[00144794]大跨度拱形结构高空移动模架施工技术

一、立项背景及任务来源 随着国家地铁工程,地下电站工程等大型地下工程的开工建设,在地下溶洞内洞顶进行防水、防腐,吊顶装饰等工程施工时难度大、造价高等问题暴露出来。我公司承建的溪洛渡水电站吊顶钢结构工程位于四川雷波县和云南永善县境内金沙江干流上。作为实施“西电东送”战略的骨干电源,溪洛渡电站设计装机容量13860MW,装机规模在国内仅次于三峡水电站,位居中国第二、世界第三大水电站。 溪洛渡水电站地下厂房洞室中主厂房及主变室顶拱均采用大弧度轻型复合板梁结构,主厂房肋拱吊顶结构由岩壁吊车梁以上构造柱、圈梁、拱梁拱肋、拱板、镀锌吊锚杆、镀锌压板型钢板等组成,肋拱吊顶净跨30.60m,肋拱内径R=29.082,肋拱拱顶高程403.40m,拱脚高程398.968m,左岸总长为384.02m（右岸总长为387.62m）。地面距弧顶高度30.975米,安装高度：19.257米,起吊高度：29.9米施工台车主梁上顶面距离主厂房弧形顶面6.675米,其中极限安装尺寸为0.8米。拱板下缘为镀锌压型钢模板材料,具有模板功能同时又具有美化和装饰作用,与上部现浇钢筋混凝土板一起组成复合拱板。本工程除构件预制外现场拼接全部为高空作业,危险性大。结合本工程工期短,高空立体交叉作业多,现场条件复杂等特点,经反复探索和实验,并经专家论证后设计制作自行式施工专用台车进行拱梁及楼承板的安装,实现了无脚手架施工,大大减少了搭拆脚手架的工作量,在节约施工场地,减少隧洞开挖尺寸,减小屋架运输的难度,降低劳动强度和提高效率方面有明显的成效。利用该产品可以优化地下厂房施工、减少钢管脚手架组装与机组安装的干扰,施工作业安全得到了有效保障,确保大型地下电站建设总工期。该产品市场应用前景广阔,在推广应用之后,具有显著的社会经济效益。 针对本工程工期紧、质量要求高、规模大、技术难度大等特点,及首次承接该类型工程的不利因素,我公司成立专业课题小组引进开发了“大跨度拱梁台车施工技术”,进行技术研究攻关,任务来源为自选。 二、应用领域和技术原理 1、应用领域 本工法适用于大型超长水电站、隧道、地下交通等环境复杂的轻钢结构吊顶、钢拱梁结构的施工。 2、技术原理 我公司本着“科学管理、精细施工、安全高效、用户满意”的原则,对大跨度拱梁施工进行研究和施工,参考水利工程曾经使用过的钢模台车,结合本项目的钢结构安装,经过酝酿、构思、设计、修改、专家论证,形成如下关键技术： （1）移动式台车及拱梁组合安装技术 先在拱梁下部制作安装一可自行前后移动台车（与拱梁同跨度,轨道移动）,台车系统由轨道梁、轨道、“ ”型台车梁、工作平台、安全护栏、行走及控制机构组成,为自行式全钢结构,外观涂装为橘黄色。在台车上再制作一略小于拱形轻钢模板（梁）弧度内径、宽度略大于拱梁宽度的的胎膜支架,在胎膜支架上按图纸将预制的标准尺寸拱形轻钢模板槽（4mm热镀锌板,约1m长,主厂房拱梁全长由32节一米长半成品拼装而成,主变室拱梁全长由22节一米长半成品拼装而成。断面尺寸均为408㎜×473㎜,拱梁作为主要承载结构横跨厂房上下游边墙,两端支撑在岩壁梁以上的柱顶上。）进行拼装,固定焊接,轻钢模板槽吊装定位,拼装预制楼承板,最后进行钢筋绑扎和混凝土浇筑。 （2）拱梁预拼装及焊接技术 整榀拱梁用32节拱梁箱体4mm热镀锌板材质Q235B冷弯扎制而成,现场对接焊接而成,为保证整榀拱梁的精度和质量,必须进行拱梁的预拼装。先安装8mm拱梁底模,再进行拱梁箱体对接拼装和点焊,注意对接的错边,对有较大错边应予调整。拼装采用双向定位法,彻底克服焊接变形引起拱梁表面精度降低的问题。 整个拱梁吊顶跨度为30.6m,圆拱间夹角为63.48°,高程差4.835m,拱梁内径R=29.082m;且拱梁采用4mm薄壁镀锌钢板,分段组装焊接成为有弧度的拱梁,拱度的控制工艺复杂。 （3）拱梁拉杆焊接及拉杆底部螺丝连接技术 拉杆施工顺序：放样确定栏杆的长度上段、拉杆和预留锚杆焊接、拱梁和底模钻孔、下段拉杆的焊接、底部螺母连接、拉杆作为在拱梁、压型板施工和土建浇注施工主要承受载荷构件,焊接应严格按照安装图纸要求,单面焊搭接长度340mm,双面焊搭接170mm,焊缝无夹渣、气孔、咬边、裂纹等缺陷;底部螺母连接需设置斜垫块和双螺母。 （4）压型板的安装技术 本工程采用暗扣咬合型压型板,与支承拱梁采用螺栓和焊接两种方式共同连接。在压型板进场和检验后在拱梁上安装,拱脚处压型板比照混凝土连系梁现场实测放样、划线后等离子切割。压型板与拱梁螺栓连接严禁气割扩孔,采用千斤顶和葫芦等工具使压型板螺栓孔和钢支腿螺栓孔自由穿入,压型板与压型板之间咬合符合规范要求。 通过压型板的长度和开孔间距,反过来又控制和校正拱梁的的中心线和拱梁与拱梁的间距,进一步提高拱梁安装质量和精度。压型板制作长度误差控制在±1mm,开孔间距误差在±1mm;这样在安装的时候可能带来一些安装困难,但整榀拱梁的中心轴线误差和2榀梁之间的距离误差减小对最小,消除累积误差。 三、性能指标 各项性能指标均达到或优于设计质量标准,较常规工艺缩短工期1/6以上,重要隐蔽单元工程和关键部位单元工程质量优良率96.7％。 四、与国内外同类技术比较 台车作为一种集成型脚手架,台车内部设置液压行走系统,保证台车能整体安装和拆卸、升降,并且下部设钢轨道,确保模板可以整体移动。具有周转次数多,安装速度快等特点,免去了每次搭拆脚手架的麻烦,极大的节约了劳动力,提高了施工速度,降低了成本。由于台车具有足够的刚度和强度,工作平台维护严密安全。实现了无脚手架施工,大大减少了搭拆脚手架的工作量,在节约施工场地,减少隧洞开挖尺寸,减小屋架运输的难度,降低劳动强度和提高效率方面有明显的成效。利用该产品可以优化地下厂房施工、减少钢管脚手架组装与机组安装的干扰,施工作业安全得到了有效保障,确保大型地下电站建设总工期。本技术与国内同类技术相比,具有设计先进、管理科学、经济环保、施工速度快、适应领域宽等特点,在全国同类型施工中属领先水平。 三、成果的创造性、先进性 采用自行台车和胎模与常规脚手架施工工艺相比较,有效的缩短了工期,具有工序合理、可控性高、操作简便等特点,由于台车始终在拱形钢梁下部,避免了坠落倾覆的危险,安全可得到充分的保障。 通过该技术在溪洛渡水电站工程中的成功实践,提高了施工质量,大大缩短了工期,树立了良好的企业形象,为工程按期交工奠定了基础,保障国家战略性重点工程的顺利实施,对于改善地区生态环境和投资环境,促进当地方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展作出了积极贡献,社会效益十分显著。 四、作用意义（直接经济效益和社会意义） 大型水电站大跨度拱形复合板梁高空无脚手架安装施工技术通过在溪洛度水电站主厂房及主变室工程的成功应用,提高了施工质量,大大缩短了工期,得到了政府和业主单位的高度评价,社会效益和经济效益明显。 （1）经济效益 此工法的应用比常规脚手架施工工艺大大节省人工、材料和机械租赁费用,最终完工时间 比预计施工工期约提前30天,节约钢管租赁费及机械费126万元,节约人工费18万元,降低管理费用22万元,该合同总价3889.2979万元,总成本降低率约4.27％,取得了良好的经济效益。 （2）社会效益 采用自行台车和胎模与常规脚手架施工工艺相比较,有效的缩短了工期,具有工序合理、可控性高、操作简便等特点,由于台车始终在拱形钢梁下部,避免了坠落倾覆的危险,安全可得到充分的保障。 通过该技术在溪洛渡水电站工程中的成功实践,提高了施工质量,大大缩短了工期,树立了良好的企业形象,为工程按期交工奠定了基础,保障国家战略性重点工程的顺利实施,对于改善地区生态环境和投资环境,促进当地方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展作出了积极贡献,社会效益十分显著。 （3）节能与环保 采用本技术施工效率高,大大缩短了工期,节约了大量钢管脚手架材料和机械设备投入,同时屋面省去抹灰、涂料等传统工序,节约了大量水泥、沙子等建筑材料,节能环保效益明显。 五、推广应用的范围、条件和前景 大型水电站大跨度拱形复合板梁高空无脚手架安装施工技术通过在溪洛度水电站主厂房及主变室工程的成功应用,使得施工组织合理有序,施工周期短、质量高,解决了诸多施工难题,降低了成本,实现质量工期双优,经总结形成了一套成熟的施工工艺,锻炼培养了一批技术人才和专业队伍,为以后同类工程施工积累了成功的经验,取得了良好的经济、社会效益。 实践证明该技术工艺流程合理、工程质量和施工安全容易控制,能有效降低成本投入,具有管理科学、安全高效、技术创新、适应领域宽等特点,在大中型水利工程和市政工程建设中具有良好的推广价值和应用前景。