永久船閘輸水系統(tǒng)十字管段襯砌施工方法

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1、概述
    三峽工程永久船閘為雙線連續(xù)五級船閘，設計總水頭為113 m，單級最大水頭48 m，為世界之最；其地下輸水系統(tǒng)共包括：南線、中線和北線3條平行布置的輸水廊道（含12條斜井）和與之垂直相貫的大、小36條豎井；其中3條輸水廊道的設計總長度5 296 m，標準段開挖斷面,南、北坡為6.2 m×6.5 m，中隔墩為13.5 m×8.5 m（襯砌后一分為二），斷面型式為城門洞形。永久船閘水平分支廊道岔管是地下輸水隧洞與閘槽第一分流口的連接通道，屬高速水流區(qū)，體型結構復雜，南坡開挖平面呈丁字管形，中隔墩、北坡呈十字管形，混凝土襯砌后形成4個丁字管（中隔墩一分為二，見圖1），水平軸線轉彎半徑8.5 m，隧洞襯砌斷面為城門洞型，直墻與底板用半徑為0.5 m的圓弧段連接，頂拱為半圓形(R=2.5 m)。襯砌斷面凈寬5.0 m，凈高5.4~6.7 m。設計混凝土襯砌厚度：南、北坡隧洞為0.6~1.25 m，中隔墩隧洞為0.6~2.20 m，中隔墻厚度1.5 m，設計混凝土標號為R90300#，南、北坡丁字管混凝土約600 m3，中隔墩十字管混凝土約1 200 m3。鋼筋布置采用縱橫兩個方向布置，間距為20 cm，雙層結構，鋼筋以28、25為主。
    2、模板方案
    2.1 設計思路
    此方案按十字管分兩次施工考慮，順序為先澆底板，然后邊墻和頂拱一起襯砌。方案包括模板和支撐兩系統(tǒng)。其中模板又分為底板模板和邊頂拱模板兩部分；支撐以碗扣式鋼管組合柱為主，普通扣件式鋼管為輔，組成一個穩(wěn)定、堅固的空間桁架系統(tǒng)。
    2.2 底板模板
    岔管段結構復雜，為保證結構體形，并保證混凝土澆筑表面質量，底板用翻轉模板，彎段用雙曲圓弧模板，木拱架木面板，分段制作，面板用兩層一分板拼制，然后釘三層板，每段長170 cm，高度70 cm，寬60 cm；直段用定型翻轉鋼模板，每塊長120 cm，高60 cm；中部平段不設模板。
    2.3 邊頂拱模板
    邊頂拱模板按部位分為彎段頂拱模板、直段頂拱模板、平段頂拱模板以及邊墻模板4部分。
    彎段頂拱模板采用木拱架上鋪定型木模塊；拱架沿彎段圓弧按射線狀布置（順徑向布置）；每榀拱架上布置3塊模塊，木模塊用5 cm×8 cm拉條制作，模塊沿徑向為弧形，沿水平向拼接之后形成一條折線，矢高小于混凝土平整度要求。頂拱模板用木模塊，弦長38.007~53.398 cm。
    平段頂拱用鋼模板，不規(guī)則部位用5分板拼制。平段不用拱架支撐，根據(jù)現(xiàn)場情況直接在腳手架管上鋪方木，然后在方木上直接鋪模板。
    彎段邊墻模板采用30 cm寬普通鋼模板，模板豎向布置，按彎段圓弧切線方向拼接，矢高為0.187 cm，滿足平整度要求。邊墻模板抗側力采用鋼管對撐與?12拉筋內(nèi)拉相結合的辦法處理。
    2.4 邊頂拱模板支撐
    邊頂拱架用碗扣式腳手架支撐，間距60cm×60cm，水平桿步距120cm，底部用TZ-1底座，頂部用TC-1托撐，托撐上布置方木，方木斷面尺寸為12cm×12cm，如圖2。不管采用何種支撐架均需設剪刀撐，間距180cm。
    2.5 模板計算
    模板計算的目的是確定模板材料的規(guī)格尺寸，以保證模板在新澆混凝土和施工荷載作用下，具有足夠的強度和必要的剛度。由于施工現(xiàn)場情況復雜，荷載計算難以精確，再加上模板在裝拆、堆放和運輸過程中受力情況復雜，為簡化計算，根據(jù)《水利水電工程施工組織設計手冊（第三卷）》中計算原理進行簡化假定，并套用公式來計算模板荷載。
    由上述荷載組合，得出面荷載，按拱架間距75cm算出線荷載，取一片拱架兩端簡支作為受力分析計算模型，計算出各桿件內(nèi)力及各節(jié)點變形量，從而進行截面選擇。
    3、混凝土施工方案
    3.1 底板混凝土澆筑
    在鋼筋綁扎完成后，固定混凝土預制墊塊或錐套，將翻模逐塊地擺在墊塊上，并調(diào)整好模板邊墻壁的高程和模板底部的水平位置。
    搭設鋼管架反吊平臺，上平臺作為混凝土澆筑時的分料平臺，下平臺為抹面平臺，抹面平臺離混凝土面30 cm左右，不能與邊墻鋼筋相連，鋼管架反吊平臺的布置如圖3所示。抹面導軌用22~25圓鋼搭設，先用5 cm×10 cm方鋼刮尺或木刮尺沿導軌大平面找平，再用木刮尺人工反復抹面至平整度要求。
    混凝土入倉采用泵送，利用分料平臺，每4 m左右設一個下料點，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況加溜槽以保證底板邊墻兩邊下料的均勻性。泵送混凝土從上游澆到下游，先澆至底板面層鋼筋高程以下20 cm左右，然后根據(jù)來料情況，從邊墻下料至高出底板40 cm左右，最后再逐段澆邊墻至收倉，或邊墻一次澆筑成型，同時利用反吊平臺進行底板找平。
    澆筑結束后，隨時觀測混凝土的凝固情況，掌握翻模時機，以便翻模對反弧段的水氣泡進行抹面，同時也要對底板進行抹面；散裝翻模，最為關鍵的就是要掌握好翻模時間，翻早了，會引起邊墻混凝土塌陷，邊墻上會形成鼓包和裂隙，甚至邊墻混凝土會塌落下來；翻遲了，混凝土已凝固，水氣泡抹不動，失去了翻模的意義。翻模時，模板按塊一次翻起，進行抹面。
    3.2 邊頂拱混凝土澆筑
    十字管模板安裝時先搭設腳手架（北側應先留出通道），先安裝南側拱架和蓋模，形成施工平臺，然后綁扎南側內(nèi)層鋼筋，接著再綁扎南側外層鋼筋，然后安裝北側拱架和蓋模，綁扎北側內(nèi)層鋼筋、外層鋼筋，最后安裝固定邊墻模板。內(nèi)層鋼筋綁扎時，中隔墻分布筋先不綁，留作邊墻模板的遞送通道，等南側邊墻模板安裝完成后再綁扎，最后安裝北側邊墻模板。
    邊頂拱混凝土澆筑用泵送混凝土入倉，采用退管法封拱。主泵管布置在外層鋼筋上面的擴挖槽內(nèi)，泵管應盡量用1.0 m短管，以利于換管，并吊在頂拱的錨桿上，盡量貼緊巖面。從主泵管接豎彎頭，再接溜槽伸至邊墻，溜槽的末端懸掛小溜筒，溜筒距離混凝土面不超過1.5 m。下料點每4 m左右設一個。在開倉前應將泵管布置好，澆筑邊墻轉換下料點時只需更換彎管即可，整個澆筑過程中，各下料點輪換下料，每層澆筑厚度不大于50 cm。
    施工人員下到澆筑面振搗，振搗以50插入式振搗器為主，快插慢拔，有序進行。距離下料點較遠部位要求人工平倉，不準用振搗器以拖代平。在鋼筋密集區(qū)，為防止卡棒，用25小振搗器及插釬等加強振搗，如有必要，還要求用小木錘在模板外面對模板進行針對性的有序敲擊，以確保澆筑質量。
    3.3 模板拆除及混凝土養(yǎng)護
    對于不承重的側面模板，應在能保證混凝土表面及棱角不因拆模而損壞時，才能拆除。對于承重的頂拱模板，應在混凝土達到設計強度的40%～50%后，才能拆除。非特殊要求，拆模時間不宜過長，以免造成拆模困難。同時，為保證混凝土表面質量，也便于拆模，模板表面須涂刷脫模劑后方可澆筑混凝土。
    4、小結
    本項目設計是對復雜斷面異形模板形式的一種嘗試，有待于進一步探索和實踐，從而使其更具合理性和可靠性。三峽永久船閘水平十字岔管段已完成兩個，經(jīng)現(xiàn)場查看，確認使用效果達到設計意圖，滿足表面平整要求。