滚压式铜止水成型机在双沟大坝的设计与应用

张大鹏，李飞 赵盛 冯立民

（中国水利水电第一工程局有限公司，吉林长春，130062）

关键词：双沟大坝　滚压式成型机　铜止水

1 工程概况

双沟水电站位于吉林省东南部山区抚松县境内的第二松花江上游松江河上。双沟坝址距小山水电站约30.0km，坝址选在距小双沟屯5.0km的峡谷中。双沟水电站为混合式开发电站，利用松江河的弯道以800.0m左右长的引水隧洞取得河道自然落差13.0m。枢纽由混凝土面板堆石坝、岸坡溢洪道和引水发电系统组成。双沟水电站面板堆石坝最大坝高110m，水库总库容3.95亿m³，调节库容1.45亿m³，电站装机容量280MW。双沟混凝土面板堆石坝级别为1级建筑物。

双沟大坝设计为面板堆石坝，坝高110m，大坝坝顶长294m，宽10m，上游混凝土面板共分29块，其中间部位12块，每块宽14m，左边11块，每块宽7m，右边6块，每块宽7m。面板厚度t=0.3+0.0033H（m）。面板垂直缝总长约3752m，顶缝长272m，周边缝长580m。设计分缝止水底部材料采用1mm厚紫铜板，现场冲压成型。铜板延伸率要求不得小于30%，抗拉强度不小于240MPa，冷弯180°及在0°～60°范围内连续张闭50次不出现裂缝。

面板垂直缝及面板与防浪墙间缝设计为W形铜止水（图1），周边缝为F形铜止水（图2）。

目前，传统的铜止水施工方案为：制作大多采用冲压机冲压成型，或施工单位根据施工现场实际状况自行加工模具，然后利用千斤顶挤压成型，最后将制作好的铜止水运输至施工现场后，采用氧气乙炔焊焊接技术焊接好后安装到分缝位置。

图1 W形铜止水

图2 F形铜止水

在双沟水电站大坝面板施工初期，趾板缝及周边缝采用传统冲压机冲压成型技术制作，安装铜止水，发现铜止水制作一次性成型合格率较低，焊接安装工作量大，对技术工人要求较高，工作效率较低，而且焊接效果不太理想。根据双沟水电站大坝面板施工要求，面板混凝土浇筑采用无轨滑模施工工艺，面板混凝土施工分别集中在3个半月内完成，共需制作、安装3752m铜止水。采用传统成型方式，受模具限制，铜止水加工制作最大长度为9m一段，共需制作安装铜止水417块，铜止水制作、安装速度远远不能满足面板施工工期要求。同时，接缝焊接按设计要求搭接采用双面焊焊接不小于20cm。在现场施工时，面板垂直缝铜止水搭接的底缝无法在大坝坝面上焊接。为了保证施工质量及设计要求，采用传统施工方法先将铜止水对接焊好后，在对接缝上用20cm铜止水加强板对称焊接两端，这样焊接满足设计要求，却多用了铜止水板，还多焊了一道焊缝，同时多用焊条及氧气、乙炔等材料，焊接所用的时间也是原来的1.5倍，且存在以下几方面制约因素。

1.1 传统成型设备存在的不足

冲压机无法在工地现场安装使用，增加了水平运输和装卸过程保护。用冲压机冲压成型或千斤顶挤压成型，制作速度慢，且无法连续挤压成型，如果一次挤压止水长度超过9m，容易使压模受力不均匀，铜止水两次挤压过渡段易出现裂纹或开裂。

1.2 传统成型设备容易产生制作变形和误差

冲压机冲压成型或千斤顶挤压成型只能控制止水中间“鼻子”的成型要求，一次性变形量大，依靠人工脱模，两边“立腿”只能人工二次成型，容易出现皱皮、裂缝等加工缺陷误差，且成型误差较大。

1.3 传统成型设备容易产生安装误差和变形

采用冲压机冲压成型或千斤顶挤压成型等办法，所制作的铜止成型误差较大，安装时如果对准中间“鼻子”部位，止水水平段和“立腿”因误差积累极易产生错台，致使接头焊缝焊接困难，容易出现焊缝填充不饱满或未焊透、咬边等焊接缺陷。

综合因素，双沟水电站大坝铜止水加工采用多级滚压式成型方案。

2 滚压式成型机设计

目前，铜止水成型机在国内尚无定型产品，基本由各施工单位根据施工经验自行制作成型机。在考证了多家单位铜止水制作方案之后，结合实际需求，大胆创新，决定设计制作多极滚压式铜止水成型机（图3）。

图3 双沟大坝铜止水成型机

2.1 成型系统原理

为防止铜板一次性变形量过大造成铜板起皱、开裂，止水成型采用分步变形，逐步渐变方式，通过6组压模，循序渐进成型，除第一组变形量为15mm外，其他每组变形量全部小于10mm。成型后连续经过4组标准模具校正后输出，确保铜板成型后中间“鼻子”和两边水平段作为精确控制节点，误差不超过±3mm。

施工设计W形止水展开宽度为764mm，生产厂家1mm厚铜板标准成批量生产符合设计要求的宽度，因此成型系统宽度按照764mm设计。

压模左、右方向位置和传动齿轮及压模轮轴支承轴承座上、下位置均设计为可调整，以确保10组压模沿滚压成型方向能始终保持在同一中心线上，成型误差不超过±3mm。

压模进料口设计原材料进料角度调整延长板，设计长度1.5m，工作前，将紫铜板放入调整板，与压模中线对中，确保紫铜板在进料过程中保持中心线与压模中线重合。

2.2 传动机构

传动系统由电动机、减速机、传动链条及齿轮对等组成，电动机通过链条传动带动减速机，经减速后由两条链条同时驱动两组主动齿轮，通过齿轮对驱动各对压模运转。

传动系统主要技术参数如下：

电动机电压、功率及转速：380V，1.2kW，2800r/min。

减速箱型号及速比：1∶595。

传动链条规格：P=25.4。

2.3 机架

机架设计时采用与现场安装铜止水的坝坡设计为同一坡比（1∶1.4），为便于使铜止水及铜止水鼻梁内的填充物一次性安装就位，在机架上安有氯丁橡胶棒的安装转轮，在加工铜止水的同时氯丁橡胶棒、聚氨酯泡沫采用人工配合安装完成，使铜止水的附属物一次性安装到位，从而节省劳动力，提高工作效率。

机架为钢结构件，用型钢、钢板等焊接而成，考虑铜板成型时，沿滚压成型垂直方向受力较大，为保证机架具有足够的强度和刚度，选取2.0的强度安全系数。电动机、减速机采用槽钢固定，避免工作时振动。传动齿轮及压模轮轴通过轴承座安装在机架上，上、下轴承座均可调整，以满足工作时压模的调整。机架如图4所示。

图4 机架

2.4 机架尺寸及整机重量

设计整机重量：3.56t。

外形尺寸为梯形：（1500+5000）mm×1900mm×3300mm（上底宽+下底宽）×宽×高。

3 滚压式成型机的应用

根据技术人员设计加工制作多级滚压式成型机一台，在双沟水电站大坝面板施工中得到了成功应用，累计加工铜止水3752m，一次性检验合格率100%。加工成型的铜止水见图5。滚压式成型机加工的铜止水实际检验结果与设计规范要求对照见表1。

图5 加工成型的铜止水

与传统加工技术相比，滚压式成型机具有以下优点。

3.1 制作速度快

传统成型技术受加工模具长度（最大9m）和现场操作技术工人熟练程度限制，最大加工速度只有0.3m/min。而多级滚压式成型技术，制作铜止水长度根据分缝长度需要，一次性自动化滚压成型，平均速度为1.8m/min。

3.2 成型效果好

传统成型技术一次性变形量为50mm，且只能控制止水中间“鼻子”的成型要求，两边“立腿”需人工二次成型，容易出现加工裂缝、压痕、皱皮等加工缺陷和误差，成品一次性检验合格率为87%。多级滚压式成型机全部采用自动化加工技术制作铜止水，6组压模逐级变形，单次变形量小，一次性变形量最大15mm，加工误差控制在±3mm内，成品一次性检验合格率为100%。

3.3 安装简便、提高了工作效率、降低了施工成本

传统成型技术安装铜止水存在安装焊接量大，高空作业，设备移动和焊接操作困难，焊接质量受安装现场外界气候条件影响，焊接接头质量很难得到保证等缺点。滚压式成型技术可以根据现场需要，按照单条施工缝长度，铜止水一次性现场滚压成型，直接安装到位。双沟水电站大坝面板共需加工铜止水3752m，铜止水制作安装由传统方案的417块降到实际滚压制作安装28块，焊接量减少90%以上，极大地提高了工作效率和铜止水安装质量，降低了施工成本。

3.4 成型机便于移动、操作简单

多级滚压式成型机可移动到施工的各个面板板间缝部位，现场制作加工成铜止水，直接安装到位。操作技术简单易学，一般人员经过培训即可掌握滚压式成型机操作技术。

4 结语

铜止水施工是面板堆石坝防渗体系至关重要的一个关键施工环节，按照传统成型和气焊安装施工方案，很难控制铜止水施工质量，达到预期的防渗效果。采用多级滚压式成型技术，由于尽可能地延长了铜止水一次成型长度，减少了焊接接头的数量，降低了施工工期和成本，在生产效率大幅提高的同时，铜止水安装质量也得到提高，铜止水滚压式成型方式操作简便，有较高的实用性和经济效益，值得推广使用。