拉西瓦水电站尾水洞边顶拱钢模台车拆模时间的研究 - 水工导流洞堵漏案例.docVIP

拉西瓦水电站尾水洞边顶拱钢模台车拆模时间的研究 王秀明　张刚平　李翅翔 摘 要 拉西瓦水电站尾水洞混凝土衬砌在施工中采用先底拱后边顶拱的施工方式，由于跨度较大，为确保施工质量，控制混凝土衬砌单循环时间，加快施工进度，对边顶拱钢模台车的拆模时间进行了计算和研究，为确定较为合理的边顶拱钢模台车拆模时间提供了理论依据。 关键词 拉西瓦水电站 边顶拱钢模台车 计算　拆模时间 1．工程简介 拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界处的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡以下的第二个大型梯级电站，尾水洞为圆形断面，开挖直径19.1 m，混凝土衬砌厚度80cm， 1＃尾水洞长499.09 m，2＃尾水洞长699.30 m。混凝土衬砌施工顺序为先底拱后边顶拱，边顶拱为顶部240o范围，采用全液压穿行式钢模台车进行衬砌，参见图1。单循环衬砌长度为12m，砼为业主提供的商品砼，标号为C20W6F100，浇筑方式为砼搅拌车运输，泵送入仓。 2.边顶拱钢模台车拆模时间的研究 拉西瓦水电站尾水洞衬砌成型后的直径为17.5m，跨度较大，混凝土衬砌采用钢模台车共需要95个循环，两条尾水洞各配置一套底拱和边顶拱钢模台车。根据实际剩余工期，要求每循环时间不能大于5天，但实际施工强度，台车定位、立堵头模板、混凝土浇筑已经占用4天时间，按照规范要求，钢模台车拆模时间必须达到混凝土设计标号的40％～50％，根据试验结果，达到混凝土设计标号的40％～50％需要30h，则每循环时间已超过5d，无法满足工期要求。为此，在其他工序施工强度一定的情况下，依据规范对拆模时间进行研究，确定合理的钢模台车拆模时间，以缩短单循环时间，加快施工进度。 图1 边顶拱钢模台车示意图 2.1　研究依据 根据《拉西瓦水电站引水发电系统砼浇筑施工技术要求》、《水利水电工程模板施工规范》（DLT-5110-2000）和《水利水电工程施工组织设计手册》对拆模时间有如下规定： （1）一般当围岩稳定、坚硬时，顶拱应在混凝土强度达到设计标号的40％～50％后拆模。在有计算及试验论证的情况下，拆模时间可适当提前。 （2）隧道顶拱衬砌的拆模时间可以按照结构力学的方法计算，这时作用于衬砌上的荷载，对于Ⅰ类围岩只考虑衬砌自重；对于Ⅱ类围岩，按照具体情况确定是否考虑山岩压力与混凝土衬砌自重的共同作用；对于Ⅲ～Ⅴ类围岩，均需要考虑山岩压力与混凝土衬砌自重的共同作用。若有外水压力作用，只考虑作用在顶拱120°范围内的水压力。 （3）拆模时间还应根据洞内温度等影响混凝土强度增长的因素和隧洞断面形状、跨度及外部荷载等因素确定。 （4）美国砼学会（ACT） 2.3　计算过程中边界条件确定 1）根据圆型断面的受力特点及对混凝土衬砌施工时间的考虑，以顶部120°范围作为计算断面；2）尾水洞顶拱围岩属Ⅱ类围岩，系统锚喷支护已全部完成，并经过长时间岩石内部结构应力调整，围岩已处于稳定状态，故强度计算不考虑围岩的山岩压力，只考虑混凝土衬砌自重；3）尾水洞顶拱区域无渗水现象，不考虑外水压力对混凝土的作用；4）尾水洞内气温为13°～15°比较稳定，气温变化对砼的强度增长影响不计；5）在计算过程中，为简化计算，不考虑钢筋对混凝土的支撑作用。 2.4　计算过程 2.4.1 建立计算模型 根据结构力学理论，对顶拱120°范围混凝土拱的内力计算，按照无铰拱的内力计算方法进行，本计算过程采用弹性中心法计算无铰拱，无铰拱型式如图3所示。 计算荷载只考虑混凝土自重，以此条件为基础建立计算模型，如图3（a）所示。为简化计算，不考虑钢筋对混凝土的支撑作用，以素混凝土拱进行计算。尾水洞混凝土衬砌厚度为0.8m，根据实测试验结果，混凝土容重为2410kg/m3，取洞轴线1m长度作为计算段长，则作用于混凝土无铰拱的均布荷载为q＝18.88kN/m。 半径　R＝9.15m 圆心角　60° 拱高 弦长　 　　　 ( a)　　　　　 　　 (b) 图3 2.4.2 计算 无铰拱为三次超静定结构，因结构对称，引用“刚臂”的方法，使计算中的全部副系数都为零，即设想沿无铰拱顶截面切开后，在切口处引出两个无穷大的伸臂——刚臂，因刚臂的弹性模量与惯性矩的乘积EI＝∞，故切口截面无任何相对位移，则受力情况如图3（b）所示。 1）．求刚臂长ys 2）．求系数及自由项 由于，可略去轴力及剪力的影响，又因荷载对称。 故知。 基本结构在荷载作用下的弯矩方程为： 3）．求多余未知力 4）．内力计算 由上式可以看出，当等于90°时，最