猴子巖水電站廠房頂棚結構施工方案優(yōu)化

張 朝，劉建軍

（中國水利水電第七工程局機電安裝分局，四川 彭山 620860）

猴子巖水電站廠房頂棚結構施工方案優(yōu)化

張 朝，劉建軍

（中國水利水電第七工程局機電安裝分局，四川 彭山 620860）

大渡河猴子巖水電站主副廠房及安裝間頂棚結構采用δ=1.6mm及4mm厚度的鍍鋅壓型鋼模板。論述了頂棚結構制安工作的特點和施工順序，對比了利用廠房永久橋機平臺和搭設臨時鋼模施工平臺兩種施工方案，并介紹了搭設臨時鋼模施工平臺設計方案的優(yōu)化，分析了優(yōu)化后方案的經濟效益和實施效果。

頂棚結構；鍍鋅壓型鋼模板；方案優(yōu)化；猴子巖水電站

1 概述

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，是大渡河干流水電規(guī)劃調整推薦22級開發(fā)方案的第9個梯級電站，上游為丹巴水電站，下游為長河壩水電站。從丹巴縣城～瓦斯溝口沿河右岸有省道211公路通過，并在壩址下游65km處的瓦斯溝口與國道318線相接。壩址距上游丹巴縣城約47km，距下游瀘定縣城約89km，距成都市約402km。

猴子巖水電站地下洞室主廠房頂拱采用輕型復合板梁（簡稱肋拱）吊頂，該肋拱為現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合結構，由拱板、肋梁、拱梁3部分組成。拱板下緣為鍍鋅壓型鋼模板，與上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土一起組成復合拱板；肋梁擔負次梁作用，與拱板一起整體澆注，兩端與拱梁連接；拱梁作為主要承載結構，橫跨主廠房，兩端支承在巖錨梁上。肋拱為輕型結構，自重不大，主要考慮混凝土澆筑施工、通風設備安裝和檢修等荷載。

主廠房肋拱吊頂凈跨27.8m，拱梁內半徑為20.0 509m，肋拱拱頂高程1 727.75m，拱腳高程為1 721.60m，縱向總長為196.50m，拱梁數(shù)量為47榀。肋拱分上、下兩層澆筑，即先澆筑拱梁，后澆筑肋梁和板。拱梁斷面尺寸為400mm×450mm（寬×高），兩端與巖錨梁以上柱柱頂連接；其上部肋梁和拱板整體澆注，拱板厚65mm，肋梁為梯形結構，高為190+65（拱板）mm。

2 施工特點

（1）根據(jù)設計藍圖要求，廠房吊頂主要為4mm和1.6mm厚的鍍鋅樓承板組成，根據(jù)相關經驗及計算，4mm拱梁結構無法承受混凝土澆筑時（未達到設計強度時）的荷載，需在澆筑混凝土時進行加固；

（2）廠房吊頂共47榀拱梁，在拱梁澆筑完成后等強3～7d，拆除支撐用外模板，混凝土自身強度加上4mm厚拱梁永久壓型板承受荷載，可以滿足要求；

（3）吊頂與廠房下部混凝土澆筑及機電安裝上下交叉施工，且吊頂為高空作業(yè)，施工安全問題突出，如何確保施工安全是吊頂混凝土施工的重點；

（4）廠房吊頂施工時，正值廠房下部混凝土澆筑及機電安裝施工，吊頂施工移動平臺與廠房永久橋機運行發(fā)生干擾，需做好與機電安裝的協(xié)調工作。

3 施工順序

廠房及安裝間吊頂為現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合結構，由拱板、肋梁、拱梁3部分組成。拱板下緣為鍍鋅壓型鋼模板，與上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土板一起組成復合拱板；肋梁擔負次梁作用，與拱板一起整體澆注，兩端與拱梁連接；拱梁作為主要承載結構，橫跨主廠房，兩端支承在巖錨梁以上柱柱頂。

鋼模吊頂施工程序為：頂棚結構件制作 施工平臺就位 外支撐安裝 4mm厚拱梁鍍鋅壓型鋼模板安裝 1.6mm厚肋梁和面板鍍鋅壓型板安裝（達到頂棚封閉條件） 鋼筋混凝土施工 外支撐拆除。

4 頂棚結構件制作

為減少現(xiàn)場制作，保證工件制作質量，本工程所有部件均在工廠預制，根據(jù)現(xiàn)場情況，分批次運輸進場。

制作需滿足規(guī)范及圖紙要求，鍍鋅件的厚度及外觀等應符合要求。

5 鋼模施工平臺方案設計及分析

5.1 廠房永久橋機施工平臺方案

在廠房現(xiàn)有永久橋機上使用腳手架搭設吊頂施工平臺，為保證安全、便于施工且不影響橋機的行走，結合橋機結構特點，在橋機的小車上部搭設腳手架施工平臺，利用橋機的移動進行鋼模吊頂拱梁的施工。

分析：①根據(jù)橋機結構特點，平臺搭設后，橋機上的小車將無法使用；②橋機為猴子巖水電站永久機電設備，頻繁使用以及施工過程中可能會對橋機造成損壞；③機電設備已開始安裝，橋機使用將會頻繁，不利于工程整體進度。

5.2 自制鋼模施工平臺方案

鋼模施工平臺（即自制平臺車）的行走系統(tǒng)由專業(yè)廠家設計和制作。施工平臺設置在行走施工平臺上部，與主廠房橋機使用同一軌道（軌頂高程EL1 716.60m），采用自行走系統(tǒng)行走，兩端參照橋機防撞滑線觸頭安裝防撞裝置。

施工平臺設計承受最大荷載為10t（不考慮平臺自重），平臺沿廠房縱軸線方向寬度為4.0m。吊頂平臺頂部距離吊頂中線最高點為3.6m（平臺高程為EL1 723.6m）。吊頂施工平臺設置3t卷揚機1臺，可從安裝間底板（EL1 700.6m高程）將拱梁模板及鍍鋅樓承板吊裝至施工平臺上；施工平臺上另配置垂直升降機2臺，進行拱梁鍍鋅壓型鋼模板安裝施工。

分析：①使用自制鋼模施工平臺可減少對廠房永久橋機的使用壓力（僅在最后幾榀拱梁結構因橋機占位自制平臺無法到達時才使用橋機）；②減輕對永久橋機的損壞；③在自制施工平臺施工過程中，永久橋機仍可正常進行機電設備等的吊裝工作，有利于整個工程施工。

綜上兩種施工平臺方案分析，采用廠房永久橋機作為施工平臺顯然不利于施工，所以采用自制施工平臺用于本工程頂棚結構施工（見圖1）。

圖1 廠房及安裝間頂棚結構制安施工平臺

6 拱梁外支撐方案設計及分析

根據(jù)相關施工經驗及計算，原設計結構4mm鍍鋅樓承板無法承受混凝土施工過程中未達到設計強度前混凝土自重，因此需增加外支撐進行加固，以保證混凝土施工安全和頂棚結構安全。根據(jù)分析可知，拱腳處4mm鍍鋅樓承板內力最大，但設計已在其與巖錨梁以上柱連接部位增加加腋鋼板補強。故選取內力第二大處（拱梁拱頂）4mm厚鍍鋅樓承板下邊緣一點為研究對象，此點在彎矩作用下受壓，在整個弧形樓承板內壓力作用下受壓，若此點強度滿足要求，則整個鍍鋅樓承板強度均滿足要求。

6.1 施工平臺上部搭設腳手架支撐施工（方案A）

考慮在施工平臺上部搭設滿堂紅腳手架作為吊頂拱梁外支撐，一方面由于腳手架支撐從拱梁安裝到完成時間較長，導致行走施工平臺運行受到很大的限制；另一方面，采用腳手架施工一次只能施工1根拱梁，施工進度緩慢，施工工效低，每榀安裝完成后需等強約3～7d；

若按此方案進行施工，則腳手架搭設3d，每榀安裝2d，澆筑等強3d，腳手架拆除/調整1d，則每榀需占直線工期：3+2+3+1=9d，47榀拱梁僅安裝時間長達423d；肋梁按照每榀3d計算，42榀肋梁共需工期：3×42=126d；兩項合計423+126=549d，遠遠無法滿足施工進度需求。

因此，不宜采用在施工平臺上面搭設拱梁外支撐腳手架的施工方案。

6.2 增加拱梁外支撐模板（方案B）

更可惡的是，“新版”《經翼》中收錄王應麟的《困學紀聞》中的論詩之語，并將書名篡改為《困學紀詩》，又收集了《玉海》中詩類一門，將書名篡改為《玉海紀詩》；還收錄了張華的《博物志》等三種小說家言，收錄了《禽經》《獸經》《鼠璞》，根本與史學沒有任何關系。如此之類，不可枚舉?！饵S記》校元本《宋提刑洗冤錄》中說：“明人喜刻書而又不肯守其舊，故所刻往往戾于古。即如此書，能翻刻之，可謂善矣，而必欲改其卷第，添設條目，何耶？”

6.2.1 拱梁外支撐模板結構設計

根據(jù)技術要求并參照相關水電站吊頂施工經驗，采用在鍍鋅拱梁外部增加型鋼加固模板支撐。型鋼模板根據(jù)現(xiàn)場情況確定后在加工廠加工完成再運至現(xiàn)場進行拼裝。拱梁安裝完成后，可單獨承受上部施工荷載，而后行走施工平臺可隨意移動以滿足下部施工需要，可滿足吊頂和下部混凝土及機電相互穿插施工的要求，施工干擾大大降低。

根據(jù)拱梁尺寸、上部肋板尺寸采用8mm鋼板焊接成槽型的定型模板，型鋼截面尺寸選擇430mm×448mm（寬×高），單榀拱梁凈重2.97t，由8節(jié)型鋼模板拼裝而成：端頭2節(jié)單節(jié)長度為1.75m，重量165.66kg，中間4節(jié)單節(jié)長度為4.294m，重量406.26kg，頂拱中部2節(jié)單節(jié)長度為5.367m，重量507.78kg。相鄰兩節(jié)之間采用10.9s級高強螺栓連接。在8根吊頂錨桿相對應的型鋼模板底部開孔，將吊頂錨桿自由穿過，在拱梁模板外部使用雙螺母擰緊吊頂拱梁支撐模板示意圖見圖2。

圖2 吊頂拱梁支撐模板示意圖

（1）8mm厚拱梁型鋼外支撐結構計算。加固型鋼模板外支撐受力分析：型鋼拱梁模板開始單獨承受上部施工荷載；當上部施工荷載增加到一定程度后，型鋼模板出現(xiàn)輕微向下變形，錨桿和型鋼模板共同承擔上部施工荷載；最后當荷載增加至吊頂錨桿被破壞后，型鋼模板將單獨承受上部施工荷載，直至加固型鋼模板被破壞。

（2）吊頂?28錨桿總體能承受的極限荷載為：N=n×σ×S=8×215×3.14×142=10.58×105N> 吊頂上部總體施工荷載2.456×105N故拱梁施工期間將一直處于錨桿和型鋼模板共同承擔上部施工荷載的受力狀態(tài)，型鋼模板整體受力穩(wěn)定[1，2]。

（3）型鋼模板局部受力分析。若兩根吊頂錨桿之間的型鋼模板強度滿足施工要求，則型鋼模板局部受力穩(wěn)定。型鋼模板局部受力可簡化為如下模型，見圖3。

圖3中3.347m為兩根吊頂錨桿間的最遠距離，將槽型鋼模板視為倒立放置的槽鋼。

經計算，采用8mm厚型鋼外模板可以滿足混凝土澆筑荷載要求。

圖3 型鋼模板局部受力模型

6.2.2 拱梁8mm槽型定型鋼模板施工

廠房吊頂拱梁采用8mm鋼板焊接成槽型的定型模板，截面尺寸選擇430mm×448mm（寬×高），單榀拱梁凈重2.97t，由8節(jié)型鋼模板拼裝而成：端頭2節(jié)單節(jié)長度為1.75m，重量165.66kg，中間4節(jié)單節(jié)長度為4.294m，重量406.26kg，頂拱中部2節(jié)單節(jié)長度為5.367m，重量507.78kg。在8根吊頂錨桿相對應的型鋼模板底部開孔，將吊頂錨桿自由穿過，在拱梁模板外部使用雙螺母擰緊。

增加8榀外支撐模板后可進行連續(xù)施工，每4榀頂棚結構拱梁安裝完成后可移交土建進行混凝土澆筑、等強；并依此進行另外4榀頂棚拱梁結構安裝，互不干擾，每榀拱梁安裝僅需6d，拱梁安裝僅需282d，肋梁安裝需126d，工期合計：408d。

結合上述兩種方案綜合分析，方案B能夠在保證施工安全的前提下，滿足連續(xù)施工的要求，此外8mm厚型鋼外模板可重復使用。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，最終選用增加拱梁外支撐加固模板方案。

7 實施效果及評價分析

實施效果：采用新方案后，頂棚結構現(xiàn)場安裝從2014年09月01日開始，至2015年09月15日全部完成鍍鋅壓型鋼模板，2015年10月底完成剩余鋼筋混凝土施工，期間未發(fā)生安全事故，施工整體質量、進度可控可靠。

實施效果評價：

（1）減少滿堂紅腳手架搭設：27.8m×196m=5 448.8m2；

（2）減少橋機使用臺班：549臺班；

（3）新增施工平臺制安及拆除：30t；

（4）新增外模板制安及拆除：6.1t×8套=48.8t；

（5）工期：現(xiàn)場實施期間為2014年09月01日～2015年09月15日，施工過程中受交叉施工及其他施工干擾如春節(jié)、橋機負荷試驗等影響約60d，實際施工工期為320d，較原計劃縮減了549-320=229d，較優(yōu)化后的計劃工期縮減408-320=88d（主要為技工經過一兩個月的摸索，逐漸變?yōu)槭炀毠?，效率增加）?/p>

（6）減少人工使用：229×10=2 290工日。

8 結語

通過對猴子巖水電站頂棚結構施工方案的優(yōu)化，極大地降低了高空作業(yè)安全風險，有效解決了機電施工與頂棚安裝的交叉及施工干擾；既解決了頂棚結構安裝技術難題，又縮短了安裝工期，降低了施工成本，達到了預期目的。希望通過該項目優(yōu)化的成功實施，對今后類似工程提供可靠經驗和有效幫助。

[1]GB50017-2003，鋼結構設計規(guī)范[S].

[2]GB50755-2012，鋼結構工程施工規(guī)范[S].

（責任編輯：劉征湛）

Optimization of powerhouse ceiling construction scheme for Houziyan Hydropower Station

ZHANG Chao，LIU Jian-jun
（Mechanical&Electrical Erection Corporation of SINOHYDRO Bureau 7 CO.，LTD，Pengshan 620860，China）

Houziyan Hydropower Station is located on Dadu River.The ceiling structure of its main and auxiliary powerhouse as well as erection bay is designed with galvanized pressed steel formwork of 1.6mm-or 4mm-thick.An introduction was made on the features of ceiling fabrication and erection as well as on the construction proce?dure.Two construction platform schemes were compared，one is temporary steel formwork platform and another is permanent bridge crane platform.The authors also present the optimization of temporary steel platform scheme，and analyze the economic benefits from optimization and implementation effects.

Ceiling structure；galvanized pressed steel formwork；optimization of scheme；Houziyan Hydropower Station

TV731

B

1003-1510（2016）05-0059-04

2016-07-04

張 朝（1982-）男，河南長葛人，中國水利水電第七工程局機電安裝分局，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術、質量管理工作。