永久船闸输水系统十字管段衬砌施工方法

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1、概述
    三峡工程永久船闸为双线连续五级船闸，设计总水头为113 m，单级最大水头48 m，为世界之最；其地下输水系统共包括：南线、中线和北线3条平行布置的输水廊道（含12条斜井）和与之垂直相贯的大、小36条竖井；其中3条输水廊道的设计总长度5 296 m，标准段开挖断面,南、北坡为6.2 m×6.5 m，中隔墩为13.5 m×8.5 m（衬砌后一分为二），断面型式为城门洞形。永久船闸水平分支廊道岔管是地下输水隧洞与闸槽第一分流口的连接通道，属高速水流区，体型结构复杂，南坡开挖平面呈丁字管形，中隔墩、北坡呈十字管形，混凝土衬砌后形成4个丁字管（中隔墩一分为二，见图1），水平轴线转弯半径8.5 m，隧洞衬砌断面为城门洞型，直墙与底板用半径为0.5 m的圆弧段连接，顶拱为半圆形(R=2.5 m)。衬砌断面净宽5.0 m，净高5.4~6.7 m。设计混凝土衬砌厚度：南、北坡隧洞为0.6~1.25 m，中隔墩隧洞为0.6~2.20 m，中隔墙厚度1.5 m，设计混凝土标号为R90300#，南、北坡丁字管混凝土约600 m3，中隔墩十字管混凝土约1 200 m3。钢筋布置采用纵横两个方向布置，间距为20 cm，双层结构，钢筋以28、25为主。
    2、模板方案
    2.1 设计思路
    此方案按十字管分两次施工考虑，顺序为先浇底板，然后边墙和顶拱一起衬砌。方案包括模板和支撑两系统。其中模板又分为底板模板和边顶拱模板两部分；支撑以碗扣式钢管组合柱为主，普通扣件式钢管为辅，组成一个稳定、坚固的空间桁架系统。
    2.2 底板模板
    岔管段结构复杂，为保证结构体形，并保证混凝土浇筑表面质量，底板用翻转模板，弯段用双曲圆弧模板，木拱架木面板，分段制作，面板用两层一分板拼制，然后钉三层板，每段长170 cm，高度70 cm，宽60 cm；直段用定型翻转钢模板，每块长120 cm，高60 cm；中部平段不设模板。
    2.3 边顶拱模板
    边顶拱模板按部位分为弯段顶拱模板、直段顶拱模板、平段顶拱模板以及边墙模板4部分。
    弯段顶拱模板采用木拱架上铺定型木模块；拱架沿弯段圆弧按射线状布置（顺径向布置）；每榀拱架上布置3块模块，木模块用5 cm×8 cm拉条制作，模块沿径向为弧形，沿水平向拼接之后形成一条折线，矢高小于混凝土平整度要求。顶拱模板用木模块，弦长38.007~53.398 cm。
    平段顶拱用钢模板，不规则部位用5分板拼制。平段不用拱架支撑，根据现场情况直接在脚手架管上铺方木，然后在方木上直接铺模板。
    弯段边墙模板采用30 cm宽普通钢模板，模板竖向布置，按弯段圆弧切线方向拼接，矢高为0.187 cm，满足平整度要求。边墙模板抗侧力采用钢管对撑与?12拉筋内拉相结合的办法处理。
    2.4 边顶拱模板支撑
    边顶拱架用碗扣式脚手架支撑，间距60cm×60cm，水平杆步距120cm，底部用TZ-1底座，顶部用TC-1托撑，托撑上布置方木，方木断面尺寸为12cm×12cm，如图2。不管采用何种支撑架均需设剪刀撑，间距180cm。
    2.5 模板计算
    模板计算的目的是确定模板材料的规格尺寸，以保证模板在新浇混凝土和施工荷载作用下，具有足够的强度和必要的刚度。由于施工现场情况复杂，荷载计算难以精确，再加上模板在装拆、堆放和运输过程中受力情况复杂，为简化计算，根据《水利水电工程施工组织设计手册（第三卷）》中计算原理进行简化假定，并套用公式来计算模板荷载。
    由上述荷载组合，得出面荷载，按拱架间距75cm算出线荷载，取一片拱架两端简支作为受力分析计算模型，计算出各杆件内力及各节点变形量，从而进行截面选择。
    3、混凝土施工方案
    3.1 底板混凝土浇筑
    在钢筋绑扎完成后，固定混凝土预制垫块或锥套，将翻模逐块地摆在垫块上，并调整好模板边墙壁的高程和模板底部的水平位置。
    搭设钢管架反吊平台，上平台作为混凝土浇筑时的分料平台，下平台为抹面平台，抹面平台离混凝土面30 cm左右，不能与边墙钢筋相连，钢管架反吊平台的布置如图3所示。抹面导轨用22~25圆钢搭设，先用5 cm×10 cm方钢刮尺或木刮尺沿导轨大平面找平，再用木刮尺人工反复抹面至平整度要求。
    混凝土入仓采用泵送，利用分料平台，每4 m左右设一个下料点，并根据现场实际情况加溜槽以保证底板边墙两边下料的均匀性。泵送混凝土从上游浇到下游，先浇至底板面层钢筋高程以下20 cm左右，然后根据来料情况，从边墙下料至高出底板40 cm左右，最后再逐段浇边墙至收仓，或边墙一次浇筑成型，同时利用反吊平台进行底板找平。
    浇筑结束后，随时观测混凝土的凝固情况，掌握翻模时机，以便翻模对反弧段的水气泡进行抹面，同时也要对底板进行抹面；散装翻模，最为关键的就是要掌握好翻模时间，翻早了，会引起边墙混凝土塌陷，边墙上会形成鼓包和裂隙，甚至边墙混凝土会塌落下来；翻迟了，混凝土已凝固，水气泡抹不动，失去了翻模的意义。翻模时，模板按块一次翻起，进行抹面。
    3.2 边顶拱混凝土浇筑
    十字管模板安装时先搭设脚手架（北侧应先留出通道），先安装南侧拱架和盖模，形成施工平台，然后绑扎南侧内层钢筋，接着再绑扎南侧外层钢筋，然后安装北侧拱架和盖模，绑扎北侧内层钢筋、外层钢筋，最后安装固定边墙模板。内层钢筋绑扎时，中隔墙分布筋先不绑，留作边墙模板的递送通道，等南侧边墙模板安装完成后再绑扎，最后安装北侧边墙模板。
    边顶拱混凝土浇筑用泵送混凝土入仓，采用退管法封拱。主泵管布置在外层钢筋上面的扩挖槽内，泵管应尽量用1.0 m短管，以利于换管，并吊在顶拱的锚杆上，尽量贴紧岩面。从主泵管接竖弯头，再接溜槽伸至边墙，溜槽的末端悬挂小溜筒，溜筒距离混凝土面不超过1.5 m。下料点每4 m左右设一个。在开仓前应将泵管布置好，浇筑边墙转换下料点时只需更换弯管即可，整个浇筑过程中，各下料点轮换下料，每层浇筑厚度不大于50 cm。
    施工人员下到浇筑面振捣，振捣以50插入式振捣器为主，快插慢拔，有序进行。距离下料点较远部位要求人工平仓，不准用振捣器以拖代平。在钢筋密集区，为防止卡棒，用25小振捣器及插钎等加强振捣，如有必要，还要求用小木锤在模板外面对模板进行针对性的有序敲击，以确保浇筑质量。
    3.3 模板拆除及混凝土养护
    对于不承重的侧面模板，应在能保证混凝土表面及棱角不因拆模而损坏时，才能拆除。对于承重的顶拱模板，应在混凝土达到设计强度的40%～50%后，才能拆除。非特殊要求，拆模时间不宜过长，以免造成拆模困难。同时，为保证混凝土表面质量，也便于拆模，模板表面须涂刷脱模剂后方可浇筑混凝土。
    4、小结
    本项目设计是对复杂断面异形模板形式的一种尝试，有待于进一步探索和实践，从而使其更具合理性和可靠性。三峡永久船闸水平十字岔管段已完成两个，经现场查看，确认使用效果达到设计意图，满足表面平整要求。