CN113279784A - 水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,属于水利工程混凝土施工技术领域。水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,包括曲线针梁,所述曲线针梁的外表面滑动设置有曲体模板装置,所述曲线针梁的两端通过支撑结构与隧洞相连接。本发明技术可靠、工厂化制造,隧洞内现场安装,施工工效高,进度快,成本低,大大降低工人劳动强度,并提高了施工中的机械化水平。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程混凝土施工技术领域,尤其涉及水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置。
背景技术
据统计,我国水能资源可开发装机容量约6.6亿kw,年发电量约3万亿kWh。我国抽水蓄能电站建设,自20世纪60年代后期开始起步,且建设规模较小;到20世纪80年代,随着在广东、华东、华北等东部地区一批大型抽水蓄能电站的建设,将我国抽水蓄能发展推向新的高度。截至2017年,我国抽水蓄能电站装机容量已居世界第一,在运规模2849万千瓦,在建规模达3871万千瓦。到2020年,运行总容量达4000万千瓦;到2025年达到9000万千瓦左右;常规的水电站与抽水蓄能电站前景广阔。
我国的水电站建设中,引水式电站占有相当的比例。引水隧洞,作为抽水蓄能电站充放水***的部分,包括输水斜井及竖井。斜井斜直段和竖井垂直段,采用滑模技术已得到很好的应用,而斜井或竖井的上、下弯段混凝土快速衬砌技术一直没有得到很好的解决,成为水电站施工的一道技术难题。
传统的技术方法是,在加工厂制造弧带钉制曲面木模板、人工立模架设、浇筑混凝土。该技术,方法陈旧,施工时劳动强度大,施工工期长,成本费用大,安全风险高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中,水电站引水隧洞斜、竖井的上下弯段施工中,混凝土衬砌方法陈旧,施工时劳动强度大,工期长,成本费用大,安全风险高的问题,而提出的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,包括曲线针梁,所述曲线针梁的外表面滑动设置有曲体模板装置,所述曲线针梁的两端通过支撑结构与隧洞相连接;
所述曲线针梁的曲率与隧洞中心半径、曲率一致;所述曲线针梁的长度大于所述曲体模板装置的两倍以上。
优选的,所述曲线针梁采用方形钢桁架结构。
优选的,所述支撑结构在所述曲线针梁的两端各设置一组;其中一组所述支撑结构设置在已衬砌浇筑混凝土的洞壁上,另一组所述支撑结构设置在已开挖的隧洞岩壁上。
优选的,所述支撑结构由若干个千斤顶组成,若干个所述千斤顶设置在所述曲线针梁的上下左右四个侧面。
优选的,所述千斤顶的外表面转动连接有可调节丝杆,所述可调节丝杆的另一端与所述曲线针梁的外表面转动连接。
优选的,所述曲体模板装置由曲体模板块和模板台车组成,所述模板台车设置在所述曲线针梁的外表面滑动,所述曲体模板块通过千斤顶与所述模板台车相连接。
优选的,所述曲体模板块由四块拼接组成,所述曲体模板块在所述千斤顶的伸缩作用下可伸展、张开模板面,或收缩、脱模。
优选的,所述曲体模板装置的内侧面开设有贯穿至外侧的浇筑孔;所述浇筑孔靠近所述曲体模板装置安装状态下的最高点设置。
优选的,在所述曲线针梁移动方向的前端设置有第一卷扬机,所述第一卷扬机固定设置在已开挖的隧洞岩壁上,所述第一卷扬机通过绳索牵引所述曲线针梁。
优选的,所述曲线针梁位于移动方向的前端一侧设置有第二卷扬机,所述第二卷扬机通过绳索牵引所述曲体模板装置。
与现有技术相比,本发明提供了水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,具备以下有益效果:
1、本发明,技术可靠、工厂化制造,隧洞内现场安装,施工工效高,进度快,成本低,大大降低工人劳动强度,并提高了施工中的机械化水平。
2、本发明,曲体模板装置套制于曲线针梁上,曲线针梁和曲体模板装置分别随第一卷扬机、第二卷扬机的机械牵引移动,能够实现短节段多循环使用;在上、下弯段半径一致时,翻身实现互用,进一步节约施工成本。
3、本发明,以钢代木,节约大量的木制模板使用,且可复用程度高,安全环保;整体行走就位的混凝土衬砌施工,与搭设支架木模板安拆施工相比,安全风险低。
该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现,本发明技术可靠、工厂化制造,隧洞内现场安装,施工工效高,进度快,成本低,大大降低工人劳动强度,并提高了施工中的机械化水平;曲体模板装置套制于曲线针梁上,曲线针梁和曲体模板装置分别随第一卷扬机、第二卷扬机的机械牵引移动,能够实现短节段多循环使用;在上、下弯段半径一致时,翻身实现互用,进一步节约施工成本;以钢代木,节约大量的木制模板使用,且可复用程度高,安全环保;整体行走就位的混凝土衬砌施工,与搭设支架木模板安拆施工相比,安全风险低。
附图说明
图1为本发明的使用状态示意图;
图2为本发明位于下弯部的使用状态示意图;
图3为图2中A处的放大结构示意图;
图4为曲线针梁的结构示意图;
图5为曲体模板装置的部分剖视结构示意图;
图6为曲线针梁和曲体模板装置的部分剖视结构示意图;
图7为图4中B-B处的剖视结构示意图;
图8为图2中C-C处的剖视结构示意图;
图9为曲体模板装置的收缩状态结构示意图;
图10为本发明位于上弯部的使用状态结构示意图。
图中:1、曲线针梁;2、曲体模板装置;201、曲体模板块;202、模板台车;3、支撑结构;4、千斤顶;5、可调节丝杆;6、第一卷扬机;7、第二卷扬机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-10,水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,包括曲线针梁1,曲线针梁1的外表面滑动设置有曲体模板装置2,曲线针梁1的两端通过支撑结构3与隧洞相连接。其中,曲线针梁1 的曲率与隧洞中心半径、曲率一致;两端的支撑结构3将曲线针梁1的轴线调整至于隧洞的轴线相重合;曲体模板装置2沿着曲线针梁1 进行滑动移动,完成不同位置的模板支撑与混凝土浇筑施工。
曲线针梁1的长度大于曲体模板装置2的两倍以上。优选的,将曲线针梁1的长度设置为曲体模板装置2的二至三倍之间。若曲线针梁1的长度设置过大,则将增加安装难度;同时,增加所需的制作材料消耗。通过,将曲线针梁1的长度设置大于曲体模板装置2的两倍以上,使得曲体模板装置2在完成一段浇筑的模板支撑后,可以在曲线针梁1上移动,至下一混凝土浇筑段进行模板支撑;提供曲线针梁 1与曲体模板装置2的相对移动支持。
曲线针梁1采用方形钢桁架结构;利用钢桁架结构的特征,拥有足够的支撑强度和较低的重量;同时,便于拆卸、组装。可在工厂内加工各个零部件后,在外部初步组装;运送至隧洞内,再进行最终组装;且,各部件加工操作简便,可复用性强;相对于传统的施工需要大量木板,节约环保。
支撑结构3在曲线针梁1的两端各设置一组。其中,一组支撑结构3设置在已衬砌浇筑混凝土的洞壁上;另一组支撑结构3设置在已开挖的隧洞岩壁上,即,曲线针梁1移动方向的前端。通过设置两个支撑结构3提供支撑作用,从两端将曲线针梁1撑起,中间部分的曲线针梁1构成曲体模板装置2的移动轨道;在支撑结构3安装中,精确调整位置,使得针梁轴线与隧洞轴线一致。
具体的,支撑结构3由若干个千斤顶4组成,若干个千斤顶4设置在曲线针梁1的上下左右四个侧面,提供稳固支撑。因,曲线针梁 1与隧洞内壁都为弧面结构,在千斤顶4的安装过程中,需要设置垫块,以便于稳定安装。优选的,在曲线针梁1的下侧至少设置两个千斤顶4为一组,提高不少于两个支撑点,以拥有更好的稳定性。
进一步的,千斤顶4的外表面转动连接有可调节丝杆5,可调节丝杆5的另一端与曲线针梁1的外表面转动连接;一个千斤顶4至少搭配设置两个可调节丝杆5。通过设置的可调节丝杆5,拥有更高精度的调节范围;且,进一步提高支撑的稳定性。可调节丝杆5与曲线针梁1、千斤顶4的转动连接方式,可采用在千斤顶4的外表面、曲线针梁1的外表面,分别固定连接开孔的连接板;在连接板内插接转轴,转轴穿透可调节丝杆5,将可调节丝杆5与连接板转动连接在一起。优选的,在可调节丝杆5一端的两侧对称设置两个连接板,增加强度及稳定性。
曲体模板装置2由曲体模板块201和模板台车202组成,模板台车202设置在曲线针梁1的外表面滑动,曲体模板块201通过千斤顶 4与模板台车202相连接。模板台车202采用钢桁架结构,套接安装在曲线针梁1的外表面。对于滑动形式,可在曲线针梁1的外表面设置滑轨,模板台车202设置相应的移动轮,在滑轨上涂黄油润滑,减少摩擦力;模板台车202以曲线针梁1为轨道进行滑动移动。在滑动到设置位置后,将模板台车202的位置锁定。
其中,曲体模板块201由四块拼接组成;曲体模板块201在千斤顶4的伸缩作用下可伸展、张开模板面,或收缩、脱模;张开状态下,曲体模板块201与隧洞衬砌结构面一致。
具体的,曲体模板块201的弧度曲率与隧洞曲率设计一致;且,上下两块与左右两块伸缩时错位设置。
其中的一种曲体模板块201设置方式为,将上下两块曲体模板块 201的左右两个断面设置为垂直面;在张开模板面时,先伸展左右两块曲体模板块201,之后伸展上下两块曲体模板块201;在收缩模板面时,先收回上下两块曲体模板块201,再收回左右两块曲体模板块 201。同理,也可设置上下两块曲体模板块201的两个断面为水平面等其他的形式,实现伸缩时错位设置。
在曲体模板装置2的内侧面,开设有贯穿至外侧的浇筑孔。浇筑孔靠近曲体模板装置2安装状态下的最高点进行设置;以便于在曲体模板装置2安装到位后,从浇筑孔向内输送混凝土;靠近最高点的位置可一次性完成浇筑。
同时,也可以设置在曲体模板装置2的不同高程位置,设置若干个浇筑孔,由下至上逐层进行浇筑;在完成一层浇筑,进入下一层浇筑前,封堵该层的浇筑孔。设置为多个浇筑孔,可进一步提高浇筑的密实度及浇筑效果。
在曲线针梁1移动方向的前端设置有第一卷扬机6,第一卷扬机 6固定设置在已开挖的隧洞岩壁上;第一卷扬机6通过绳索牵引曲线针梁1进行移动。
曲线针梁1位于移动方向的前端一侧设置有第二卷扬机7,第二卷扬机7通过绳索牵引曲体模板装置2进行移动。
具体的使用中,在一段隧洞混凝土衬砌浇筑完成,并达到一定强度后,曲体模板块201与模板台车202之间的千斤顶4回缩,进行脱模。脱模后,第二卷扬机7牵引曲体模板装置2在曲线针梁1上向前行走,实现曲体模板装置2从一个混凝土浇筑段,移动到下一个混凝土浇筑段。当隧洞第二混凝土仓位浇筑完成后,缩回曲线针梁1两端的支撑结构3,保持曲体模板装置2的展开状态;使用设置在隧洞衬砌前端的第一卷扬机6,牵引曲线针梁1向前移动,移动中调整与隧洞轴线保持一致。在移动大于一个混凝土衬砌段的距离后,伸出支撑结构3与隧洞相固定;之后,再移动曲体模板装置2。往复循环,完成整个弯段的混凝土衬砌。
请参阅图1,左右画面分别展示了位于下弯部和上弯部的使用状态示意图。对于,引水隧洞斜、竖井的上、下弯段,直径及其转弯半径一致时,曲线针梁1与曲体模板装置2翻转180度,并相应的调整第一卷扬机6和第二卷扬机7的安装位置,即可互用。
在具体施工中,先根据隧洞的形状、尺寸,设计曲线针梁1与曲体模板装置2;水电站引水隧洞斜、竖井的上、下弯段类似于半径与隧洞一致的充满气的圆形轮胎的一部分,曲线针梁1为中心较小的曲体结构,曲体模板装置2套接在曲线针梁1外,为较大的曲体结构。设计完成后,在工厂内加工,并根据各零件尺寸,进行初步组装;运送至施工现场后,进行最终组装。在进行曲线针梁1的安装前,先进行隧洞弯段的钢筋绑扎施工。钢筋绑扎完毕后,操作人员在隧洞内,先固定安装好第一卷扬机6;牵引安装中的曲线针梁1,提供向前、向上的拉力。在曲线针梁1组装完成后,安装位于移动方向前端的支撑结构3在已开挖的隧洞岩壁上,安装位于后端的支撑结构3在已衬砌浇筑混凝土的洞壁上,并调整至曲线针梁1与隧洞轴线一致。之后,将曲体模板装置2安装在曲线针梁1上,并通过第二卷扬机7调整曲体模板装置2的位置。在位置确定后,伸展开曲体模板装置2进行支撑;并,采用厚木板将模板两端进行拉顶式封闭加固,防止浇筑混凝土时溢出。之后,通过设置的浇筑孔,送入混凝土,完成浇筑;实行先底部后中部,再顶部的浇筑程序。在浇筑中,可采用在浇筑口安装混凝土浇筑冲天管,以便于泵送混凝土入仓;并,在冲天管位于模板内侧的一端设置手动关闭闸阀,利于混凝土浇筑完成后,拆除泵管时及时关闭冲天孔,防止刚刚浇筑入仓的混凝土流出。
本发明,提出的水电站圆形引水隧洞斜、竖井的上、下弯段混凝土衬砌用曲线针梁1、曲体模板装置2,以及使用该装置的混凝土衬砌施工方法,成功解决了多年来困扰水电施工技术的难题;本装置及施工方法,技术可靠、工厂化制造,隧洞内现场安装,进度快、成本低、大大降低工人劳动强度,安全风险低;并提高了施工中的机械化水平。
本发明,采用方形钢结构桁架曲线针梁1,与引水圆形隧洞斜、竖井上、下弯段的轴线半径一致,实现在施工中的位置移动;曲体模板装置2设计制造为空间曲体结构,即部分同半径的圆环体,半径与斜、竖井上、下弯段的半径、曲率一致,类似于充满气的圆形轮胎体的部分,与隧洞内壁相匹配;曲体模板装置2套制于曲线针梁1上,曲线针梁1和曲体模板装置2分别随第一卷扬机6、第二卷扬机7的机械牵引移动,实现衬砌模板的支撑、移动。
本发明,采用钢制的曲线针梁1、曲体模板装置2,以钢代木,节约大量的木制模板使用,且可复用程度高,安全环保;工厂化制作,现场安装,施工工效高、进度快;曲线针梁1搭配曲体模板装置2,能够实现短节段多循环使用;在上、下弯段半径一致时,翻身实现互用,进一步节约施工成本;整体行走就位的混凝土衬砌施工,与搭设支架木模板安拆施工相比,安全风险低。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,包括曲线针梁(1),所述曲线针梁(1)的外表面滑动设置有曲体模板装置(2),所述曲线针梁(1)的两端通过支撑结构(3)与隧洞相连接;
所述曲线针梁(1)的曲率与隧洞中心半径、曲率一致;所述曲线针梁(1)的长度大于所述曲体模板装置(2)的两倍以上。
2.根据权利要求1所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述曲线针梁(1)采用方形钢桁架结构。
3.根据权利要求1所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述支撑结构(3)在所述曲线针梁(1)的两端各设置一组;其中一组所述支撑结构(3)设置在已衬砌浇筑混凝土的洞壁上,另一组所述支撑结构(3)设置在已开挖的隧洞岩壁上。
4.根据权利要求3所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述支撑结构(3)由若干个千斤顶(4)组成,若干个所述千斤顶(4)设置在所述曲线针梁(1)的上下左右四个侧面。
5.根据权利要求4所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述千斤顶(4)的外表面转动连接有可调节丝杆(5),所述可调节丝杆(5)的另一端与所述曲线针梁(1)的外表面转动连接。
6.根据权利要求1所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述曲体模板装置(2)由曲体模板块(201)和模板台车(202)组成,所述模板台车(202)设置在所述曲线针梁(1)的外表面滑动,所述曲体模板块(201)通过千斤顶(4)与所述模板台车(202)相连接。
7.根据权利要求6所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述曲体模板块(201)由四块拼接组成,所述曲体模板块(201)在所述千斤顶(4)的伸缩作用下可伸展、张开模板面,或收缩、脱模。
8.根据权利要求1所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述曲体模板装置(2)的内侧面开设有贯穿至外侧的浇筑孔;所述浇筑孔靠近所述曲体模板装置(2)安装状态下的最高点设置。
9.根据权利要求1所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,在所述曲线针梁(1)移动方向的前端设置有第一卷扬机(6),所述第一卷扬机(6)固定设置在已开挖的隧洞岩壁上,所述第一卷扬机(6)通过绳索牵引所述曲线针梁(1)。
10.根据权利要求1所述的水电站引水隧洞斜井上下弯段混凝土衬砌装置,其特征在于,所述曲线针梁(1)位于移动方向的前端一侧设置有第二卷扬机(7),所述第二卷扬机(7)通过绳索牵引所述曲体模板装置(2)。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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