深溪溝水電站泄洪洞出口改建施工技術(shù)

王延炯，劉巧林

(中國葛洲壩集團股份有限公司，湖北宜昌 443002)

1 概述

深溪溝水電站為大渡河干流規(guī)劃的第十八級電站，其上一梯級為已投產(chǎn)發(fā)電的瀑布溝水電站，下一級為規(guī)劃中的枕頭壩水電站。該電站的主要任務(wù)為發(fā)電，無漂木、防洪、灌溉和通航要求。該電站為河床式廠房樞紐工程，正常蓄水位高程660 m，利用落差40 m，裝機容量660 MW，當(與雙江口、冶勒、瀑布溝水電站)梯級聯(lián)合運行時，年發(fā)電量32.35億kW·h，枯期電量9.18億kW·h，設(shè)計枯水年枯水期平均出力為253 MW。

兩條泄洪沖沙洞與導流洞按全結(jié)合布置，前期作為導流洞，后期對出口改建后作為永久泄洪洞。兩條導流洞斷面為城門洞型，過水斷面尺寸均為15.5 m×18 m(寬×高)，出口改建后尺寸為9 m×11.5 m(寬×高)。進口高程均為616 m，出口高程均為614 m。1#洞軸線長1 350.07 m，2#洞軸線長1 493.54 m。出口改建包括圍堰施工、基坑抽排水施工、拆除老混凝土施工、常態(tài)混凝土施工、預應(yīng)力混凝土施工、回填灌漿施工、金結(jié)施工、橋梁施工、建筑與裝修施工。

2 施工特點

(1)泄洪沖沙洞出口改建是深溪溝水電站度汛的主要項目，施工期為大渡河枯水期，要求汛前必須完成。該工程施工存在施工項目多，施工工期緊等問題。

(2)各個施工項目相互制約、相互銜接，現(xiàn)場施工干擾多。合理安排好施工是關(guān)鍵。

(3)泄洪沖沙洞出口改建施工場地狹小，機械布置困難。

(4)出口改建施工部位滲水量大，滲水來源多，有導流洞進口閘門滲進來的水;從出口圍堰滲入的水;另外還有兩岸山體裂隙滲水、河床基巖裂隙滲水、前期施工的洞內(nèi)底板被沖毀而涌出的大量滲水。大量的滲水給出口改建施工帶來很大的難題，造成施工工期異常緊張。

(5)泄洪沖沙洞出口改建有大量的鑿毛、混凝土拆除、錨筋施工工作，占壓施工工期。

3 主要施工程序

3.1 泄洪洞出口改建實施的主要施工程序

施工道路修建→出口擋水圍堰填筑→基坑初期排水→基坑施工期排水設(shè)備布置→閘室、洞內(nèi)排水→閘室、洞內(nèi)清理→老混凝土拆除及縫面處理(含洞內(nèi)深鑿毛)→溜槽輔助設(shè)施施工→插筋施工→鋼筋、模板、預埋件施工→常態(tài)混凝土澆筑、預應(yīng)力混凝土施工→洞內(nèi)改建段頂拱回填灌漿→工作橋預制梁吊裝→門槽埋件安裝和二期混凝土澆筑→土石方回填→啟閉機排架施工→檢修閘門安裝→工作閘門安裝→油泵房及啟閉機房施工→路面及其它附屬建筑物施工。

3.2 1#泄洪洞出口改建與2#泄洪洞出口改建施工程序的區(qū)別

3.2.1 兩者的不同之處

根據(jù)深溪溝水電站首臺機組提前發(fā)電的總進度要求，1#泄洪洞出口改建先期在2010年汛前改建完成，2#泄洪洞出口改建在2011年汛前改建完成。1#泄洪洞出口改建期間，深溪溝水電站廠房壩段進、尾水、泄洪閘還未投入使用，2#泄洪洞作為導流洞使用，下游河床水位較低，圍堰填筑容易，工期不太緊張，故1#泄洪洞出口未提前考慮混凝土鑿毛與錨筋施工，結(jié)果在混凝土備倉過程中混凝土大面積鑿毛占壓工期。另外，在1#泄洪洞出口施工過程中，工期不是很緊張，閘室段混凝土施工先將閘室主體混凝土完成，最后施工預應(yīng)力混凝土，即支鉸大梁混凝土。

2#泄洪洞出口改建期間，深溪溝水電站廠房壩段1#、2#機組已投產(chǎn)發(fā)電，大渡河河床水位較高，水流較急，從而給2#泄洪洞出口改建帶來了很大的工期壓力，主要表現(xiàn)為:

(1)圍堰方案改變。大渡河河床水位較高，水流較急，使得圍堰填筑困難，土石圍堰無法滿足抽排水要求，必須采用混凝土防滲芯墻圍堰。

(2)滲水量大，場地狹窄，基坑抽排水難度大。因廠房壩段進水口已蓄水至655 m高程，造成2#泄洪洞洞內(nèi)滲水量較大，主要滲水有:洞內(nèi)排水孔滲水，進口閘門也滲水，兩岸山體滲水，前期2#泄洪洞參與了3年時間的泄洪，洞內(nèi)底板沖刷較厲害，1/4的底板被沖毀，滲水量較大，總滲水量約2 275 m3/h?，F(xiàn)場2#泄洪洞出口場地狹窄，基坑最深處為2 m，淤泥較多，2 275 m3/h的滲水量給閘室底板混凝土施工帶來較大的困難。為了保證閘室底板混凝土施工質(zhì)量，共配置了9臺抽排水泵(每臺水泵抽排能力為485 m3/h)，用4臺潛水泵抽排大量滲水。洞內(nèi)大量滲水給弧門安裝也帶來了較大困難，為保證弧門順利安裝，提前讓檢修閘門具備擋水條件，在洞內(nèi)和檢修閘門處設(shè)置了抽排系統(tǒng)，抽排管道順閘室邊墻將水排至檢修閘門門外，弧門安裝期間增加了60 cm高的鋼支撐墩以保證弧門安裝。

(3)閘室底板混凝土施工難度增加。2 275 m3/h的滲水量給閘室底板混凝土施工帶來較大的困難。為了保證混凝土施工質(zhì)量，對閘室底板混凝土分層分塊也進行了調(diào)整，由原2倉澆筑完成調(diào)整為5層完成，底板混凝土原計劃20 d完成，實際施工用了48 d時間，從而給后期施工帶來了更大的工期壓力。

(4)總結(jié)1#泄洪洞出口改建的施工經(jīng)驗，改進了施工程序。在總結(jié)1#泄洪洞出口改建施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，為確保2011年汛前完成2#泄洪洞出口改建工程，對一些施工程序進行了調(diào)整。在抽排水過程中，提前開始大面積混凝土鑿毛、拆除混凝土施工，加快備倉速度。因支鉸大梁混凝土澆筑完成后需待其達至設(shè)計強度后才能進行預應(yīng)力錨索張拉，預應(yīng)力錨索張拉完成后才能開始弧形閘門安裝，占壓工期時間較長，現(xiàn)場調(diào)整為先完成支鉸大梁混凝土，最后完成閘室主體混凝土。實施調(diào)整后，提前工期23 d。

3.2.2 兩者的相同點

為確保泄洪洞出口改建完成后臨時擋水圍堰能拆除干凈，兩個泄洪洞出口改建都采用了檢修閘門加高2 m，待其先具備擋水條件，然后在汛前拆除臨時擋水圍堰。

原設(shè)計要求支鉸大梁頂部閘室邊墻的混凝土待預應(yīng)力錨索張拉完成后再施工。若按設(shè)計圖紙進行施工，工期將拖后60 d。為加快施工進度，保證度汛安全，對該方案進行了優(yōu)化，具體措施為:在支鉸大梁的頂部采用預留施工洞方法施工(錨索張拉施工在洞內(nèi)完成)，施工洞后期采用二期混凝土澆筑(圖1)。該方案保證了支鉸大梁上部混凝土連續(xù)澆筑，為檢修門啟閉機排架施工和固定卷揚式啟閉機安裝贏得了寶貴時間，滿足了主體工程2010年、2011年泄洪和度汛要求。

4 主要施工方法

4.1 混凝土施工

(1)泄洪洞出口改建混凝土澆筑分為洞內(nèi)改建段、閘室改建段及出口擴散段三塊，每塊混凝土分層厚度按3 m控制，局部根據(jù)結(jié)構(gòu)要求進行調(diào)整，閘室底板分層高度按1.95～3 m控制。分層情況為:洞內(nèi)改建段分6層，閘室改建段分13層(不考慮啟閉機排架柱)，其中包括3層底板，出口擴散段分8層。

(2)泄洪洞出口改建采用手風鉆、電鎬對導流洞內(nèi)壁和出口閘室段底板老混凝土表面進行鑿毛處理，采用啄木鳥專業(yè)鑿毛鉆機對閘室段老混凝土和洞臉混凝土墻進行拆除。

(3) 洞內(nèi)改建段混凝土施工側(cè)墻以大模板為主，頂拱采用鋼管排架和組合鋼模板或木模板;閘室改建段以多卡模板為主，弧門支鉸大梁等部位采用組合鋼模板或木模板進行混凝土施工;出口擴散段采用組合小鋼模板作為該部位混凝土施工模板;其他部位(啟閉機排架柱、門槽二期混凝土等)結(jié)構(gòu)部位小，采用組合小鋼模及木模進行施工。

圖1 泄洪洞口改建弧門支鉸大梁預留施工洞布置圖

(4)閘室底板混凝土采用臺階法澆筑，φ80插入式振搗器振搗，鋼筋樣架控制表面高程及平整度，人工抹面。兩側(cè)墻626.5 m高程以上并倉澆筑，626.5 m高程以下分倉澆筑，混凝土采用通倉平鋪澆筑，采用φ80、φ100型插入式振搗器振搗。

(5)在混凝土澆筑完畢8～12 h(即初凝)后對倉面和暴露的側(cè)面進行灑水養(yǎng)護，始終保持混凝土表面的濕潤狀態(tài)。混凝土水平施工縫養(yǎng)護至澆筑上層混凝土為止;永久外露面采用花管灑水養(yǎng)護，混凝土養(yǎng)護時間為28 d。

(6)混凝土垂直及水平運輸手段。

①泄洪洞出口改建出口擴散段、閘室改建段混凝土采用真空溜槽入倉，小反鏟平倉、二次轉(zhuǎn)料。

②閘室段胸墻、弧門支鉸大梁、啟閉機排架柱、啟閉機房、檢修門閘室梁、配電房采用電吊和泵機入倉。

③洞內(nèi)改建段混凝土澆筑時，采用HBT80型混凝土泵機配φ150泵管入倉，φ80型插入式振搗器振搗，鋼筋密集處采用φ50軟軸振搗器振搗。

④門槽、底坎二期混凝土采用混凝土泵機入倉。側(cè)槽二期混凝土采用一次立模到頂，φ50插入式振搗器振搗。

⑤采用6臺20 t自卸汽車和9臺9 m3的攪拌車進行混凝土水平運輸，自卸汽車車廂改裝(包括車廂后擋板、車廂中部加設(shè)隔板等)并設(shè)置遮陽、遮雨棚等措施，適時清冼運輸車輛。

(7)鋼筋嚴格按照設(shè)計圖紙施工。

(8)鋼筋接頭連接。根據(jù)設(shè)計圖紙要求，鋼筋接頭主要采用機械連接方式，個別采用焊接方式，焊接接頭采用雙面焊縫，搭接長度為40 d(d為相鄰兩根鋼筋接頭中距大于500 mm)。

4.2 回填灌漿施工

灌漿管路的預埋方式:所有灌漿管路均采用φ50鋼管，灌漿鉆孔孔徑為38 mm，回填灌漿按施工規(guī)范要求施工。

4.3 泄洪洞出口改建工程鋼襯接觸灌漿

在導流洞出口改建工程閘室段檢修門與弧形工作門之間的混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置鋼襯，鋼襯布置于閘室段底板上的檢查閘門底檻和弧形閘門底檻處。鋼襯接觸灌漿灌區(qū)面積為94.974 m2。

(1)施工流程及工藝。

鋼襯接觸灌漿施工流程為:鋼襯脫空度檢查(包括脫空區(qū)域和深度)和標識→電磁鉆鉆孔→高壓風水洗孔→接觸灌漿→封孔→質(zhì)量檢查。

進口鋼襯灌漿孔位按設(shè)計要求并結(jié)合現(xiàn)場錘擊檢查結(jié)果確定，采用磁座電鉆鉆孔。根據(jù)設(shè)計圖要求，每塊鋼板鉆φ6排氣孔、φ40灌漿孔各兩個;鉆孔采用電鉆。每孔均需測記鋼襯與混凝土之間的間隙尺寸。

(2)灌漿方法和灌漿壓力。

接觸灌漿采用循環(huán)式灌漿，在灌漿過程中嚴格控制進漿壓力。灌漿壓力以控制鋼襯變形不超過設(shè)計及規(guī)范要求為準，灌漿初始壓力按設(shè)計要求采用不大于0.1 MPa壓力進行灌注。漿液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6(或0.5)∶1(重量比)三個比級。灌漿時盡量多灌注濃度較大的漿液。

鋼襯接觸灌漿按施工規(guī)范要求施工。

4.4 預應(yīng)力錨索施工方法及措施

(1)泄洪沖沙洞出口閘室預應(yīng)力錨索。

泄洪沖沙洞出口閘室段長40 m，設(shè)有一扇弧形工作閘門，孔口尺寸為9 m×11.5 m(寬×高)，1#、2#洞出口底板頂高程均為614 m，底板為平坡。

出口閘室的閘墩為預應(yīng)力閘墩。采用預應(yīng)力混凝土支鉸大梁將弧門推力傳到閘墩。在左右閘墩內(nèi)分別布置5層，每層4束、共20束、設(shè)計噸位為4 720 kN級預應(yīng)力主錨索?；￠T支鉸大梁內(nèi)布置4排、設(shè)計噸位為1 652 kN級預應(yīng)力次錨索，上游2排，每排4束;下游2排，每排6束，共布置20束。

兩條泄洪沖沙洞出口閘室共布置80束主錨索和40束次錨索。

主錨索沿弧門推力方向在立面上呈輻射狀布置，次錨索對穿支鉸大梁。平面上，主錨索與水流方向平行，其上游端在閘墩預留平孔內(nèi)，下游端在混凝土錨塊的下游面上;次錨索平行于支鉸大梁方向布置。

在張拉端和固定端錨具部位的周邊混凝土中布置有非預應(yīng)力鋼筋，以承受局部壓應(yīng)力和次生拉應(yīng)力;兩端設(shè)二期混凝土，以保護錨具、鋼絞線等不因外露而銹蝕。

泄洪沖沙洞出口主錨索張拉荷載依次為:1 298 kN、2 077 kN、2 856 kN、3 634 kN、4 413 kN、4 413 kN、4 673 kN、超張拉5 192kN。次錨索張拉荷載依次為:455 kN、909 kN、1 364 kN、1 636 kN、超張拉1 818 kN。

(2)主要施工方法及措施。

①該工程預應(yīng)力錨索采用有混凝土內(nèi)先預埋鋼管一端張拉的后張法施工。

②在預應(yīng)力鋼絞線張拉過程中，由于施工現(xiàn)場狹窄且為高空作業(yè)，為保障高預應(yīng)力張拉施工安全，作出了以下具體要求:施工過程中采用雙控措施，張拉力由油表反應(yīng)，伸長值由觀察量測得出。張拉過程中，對每束鋼絞線做張拉的原始記錄。

③其他均按現(xiàn)行施工規(guī)范要求施工。

4.5 混凝土溫控措施

根據(jù)設(shè)計圖紙，在高溫季節(jié)(氣溫超過17℃)控制混凝土入倉溫度為17℃，低溫季節(jié)(氣溫低于17℃)時按自然入倉澆筑。混凝土允許最高溫度控制標準為33℃。根據(jù)混凝土施工時段的氣溫情況，采用合理的常規(guī)溫控措施，保證混凝土的施工質(zhì)量，具體施工措施在此不再贅述。

5 施工建議

深溪溝水電站1#泄洪洞與2#泄洪洞出口改建工程分兩年施工完成，現(xiàn)已投入運行，運行狀態(tài)良好。1#泄洪洞出口改建施工期間廠房壩段進水口未蓄水，大渡河河床水位較低，利于施工。2#泄洪洞出口改建施工期間1#、2#機組已投產(chǎn)發(fā)電，大渡河河床水位較高，施工難度較大，新增了混凝土防滲芯墻圍堰抽排水費用達300多萬元，多耗用工期60 d，增加了施工風險，故建議類似電站在施工過程中，應(yīng)將泄洪洞改建在廠房壩段進水口未蓄水前、機組未投產(chǎn)發(fā)電之前完成。