龍灘水電站隧洞混凝土施工技術(shù)淺析

譚冬明

(大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司,云南昆明 650000)

1 概 述

廣西紅水河龍灘水電站裝機(jī) 9×70萬千瓦。左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)由引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成,大小洞室共 119條,工程規(guī)模巨大,設(shè)計結(jié)構(gòu)混凝土方量為 68.8萬 m3,鋼筋為 4.4萬 t。其中引水隧洞采用單機(jī)單管的引水方式,包含有上平段、上彎段、斜井段(⑦～⑨引水洞為豎井段)、下彎段及下平段。引水隧洞開挖直徑 11.40 m的圓形斷面,襯砌厚度為 60 c m,襯砌后凈斷面直徑為 10.0 m。尾水系統(tǒng)由 9條尾水支洞、3個長廊阻抗式調(diào)壓井、2個“三合一”的“卜”行岔洞、三條圓型尾水隧洞和尾水出口等建筑物組成,其中三條圓型尾水隧洞典型開挖斷面尺寸為 φ 22.8 m,襯砌厚度為 80 c m,襯砌后凈空尺寸為 φ 21 m,尾水支洞為底圓城門洞型,襯砌厚度為 100 c m,凈空斷面尺寸 12 m×18 m(長 ×寬)。

針對龍灘水電站隧洞混凝土結(jié)構(gòu)及布置特點,在混凝土施工中針對不同部位采用了不同的施工方案。對于形式單一,結(jié)構(gòu)規(guī)則的斜豎井混凝土采用了全斷面滑模技術(shù),對于形式多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電纜豎井混凝土采用組合定型模板,人工平倉分層澆筑;平洞混凝土根據(jù)不同部位采用相應(yīng)的施工方案,底拱 120°范圍內(nèi)為解決水汽泡問題,采用人工翻模施工技術(shù);邊頂拱混凝土襯砌采用定型拱架、定型模板,滿堂鋼管腳手架管支撐,人工分段澆筑;尾水隧洞和尾水支洞直段邊頂拱則采用移動式鋼模臺車襯砌施工技術(shù)。

2 斜、豎井滑模施工方法

2.1 斜井滑模施工

龍灘地下廠房引水系統(tǒng)④～⑥引水隧洞斜井,與水平交角為 50°,襯砌后直徑為 10.0 m,是目前國內(nèi)斷面最大的地下引水隧洞斜井。其襯砌厚度僅為 60 c m,每條斜井長度約 80～100 m,斜井進(jìn)口布置在進(jìn)水口邊坡上,猶如懸在半空。其主要特點是斷面大、襯砌厚度小、施工難度大、長度適中,且引水隧洞斜井混凝土襯砌完后才能進(jìn)行進(jìn)口段壓力鋼管的安裝,從而直接影響進(jìn)水口壩段混凝土澆筑。如何實現(xiàn)引水隧洞斜井快速安全施工,提前或按期向相鄰標(biāo)段進(jìn)口交面是該部位混凝土襯砌需要解決的技術(shù)問題。經(jīng)分析論證,在④～⑥引水斜井混凝土襯砌中采用全斷面滑模施工技術(shù),有效地解決了大斷面斜井混凝土施工的技術(shù)難題,確保了斜井混凝土施工過程中的安全及進(jìn)度要求。

2.1.1 滑模結(jié)構(gòu)及工作原理

圖 1 斜井滑模布置圖

斜井全斷面滑模主要由以下幾部分組成:行走系統(tǒng)(包括軌道和行走輪組)、牽引系統(tǒng)、模板組、中梁、上平臺、主平臺、懸掛平臺、尾部平臺等,整個滑模系統(tǒng)總重量(包含中梁)為 36.7 t?；恳到y(tǒng)主要由牽引支架梁、鋼絞線、液壓爬升千斤頂(型號為 T S D 40)和油泵組成。牽引支架梁采用 4根Ⅰ63a工字鋼(2根為一組)加工而成,工字鋼兩端固定在井壁的鋼筋混凝土基礎(chǔ)上(工字鋼兩端與鋼筋混凝土基礎(chǔ)上的預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接連接)。整個系統(tǒng)共布置 4組(每組 4根)直徑15.3 m m的 1 860級高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線,兩端分別與工字鋼和滑模中梁進(jìn)行聯(lián)接(鋼絞線與兩端的聯(lián)接均采用預(yù)應(yīng)力錨具進(jìn)行斜井滑模的滑升,主要是利用液壓滑升系統(tǒng)進(jìn)行。液壓滑升系統(tǒng)一端固定于布置在上彎段的牽引鋼支架上,鋼支架布置在鋼筋混凝土支墩上;另一端(含有液壓爬升千斤頂)固定在中梁上,中間通過鋼絞線連接,當(dāng)混凝土的強(qiáng)度具備滑升條件時,啟動液壓系統(tǒng),利用液壓千斤頂在鋼絞線上的爬行從而帶動滑模一起向上運動來完成模板的滑升。

2.1.2 滑?；炷潦┕?/p>

(1)模板滑升

當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.1～0.3 M P a時,模板即可進(jìn)行滑升,滑升時靠布置在模板上的 4組T S D 40型液壓千斤頂進(jìn)行牽引滑升。每次滑升時間間隔控制在 45～60分鐘左右,每次滑升距離以10～20 c m為宜,以減少每次滑升距離過大造成的混凝土面不光滑、漏漿及時間過長致使滑升阻力過大。在正?；?每天滑升距離控制在4～5 m,這樣有利于滑模混凝土的質(zhì)量控制。

(2)模板滑升控制和糾正

a、滑?；础岸鄤佣嗫亍钡脑瓌t進(jìn)行。滑升過程中經(jīng)常用水平儀檢查模板高度方向是否外在同一水平面上,用吊重錘法檢查模板中心是否偏離了底板軌道中心線,若發(fā)生偏離,應(yīng)及時用手拉葫蘆或液壓千斤頂進(jìn)行調(diào)整,并在混凝土澆筑過程中,滑模每滑升 5.0 m,由測量隊系統(tǒng)的檢查一次已成型混凝土的斷面體型和軸線偏差,確?；３尚统叽?。

b、在中梁不動的狀態(tài)下始終用 2只 5 t手動葫蘆將中梁與底板軌道及插筋相連,防止中梁前端向上翹起。

c、由于模板靠導(dǎo)向軌道進(jìn)行滑升,因此,軌道安裝時必須保證軌道的安裝精度,澆筑混凝土梁來固定軌道,保證軌道不發(fā)生偏移、跳軌。

d、混凝土澆筑過程中必須保證下料均勻,兩側(cè)高差最大不得大于 30 c m,并及時進(jìn)行分料,當(dāng)因下料出現(xiàn)模板偏移時,應(yīng)改變?nèi)雮}順序,并用手拉葫蘆、絲桿或千斤頂進(jìn)行調(diào)整校核。

(3)抹面與養(yǎng)護(hù)

a、模板滑升后應(yīng)及時進(jìn)行抹面,滑后拉裂、坍塌部位,要仔細(xì)處理,多壓幾遍,保證接觸良好。

b、待初次滑升段混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,采用灑水養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。距滑模底部 2 m以外的混凝土應(yīng)隨時進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù),每 2小時灑水 1次,該工作貫穿整個斜井滑模澆筑全過程,并在滑?；炷翝仓Y(jié)束后還應(yīng)持續(xù)一段時間,確?；炷帘砻娌怀霈F(xiàn)或少出現(xiàn)裂縫。

2.2 豎井滑模施工

龍灘水電站引水系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的 3條豎井,即⑦～⑨引水豎井和排煙豎井,為直徑10 m圓形斷面,襯砌厚度為 60 c m,長度為 36 m～51 m。由于豎井具有襯砌結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則、混凝土方量大,材料運輸困難、安全、質(zhì)量問題突出,施工難度大等特點,為從根本上避免豎井混凝土施工中存在的上述難題,結(jié)合以往類似經(jīng)驗,施工中采用了爬桿埋入式滑模施工技術(shù),設(shè)計并制作了特大型圓形豎井滑模。有效地解決了常規(guī)豎井混凝土施工中的存在的問題,確保了豎井混凝土的施工質(zhì)量和施工安全。

2.2.1 滑模結(jié)構(gòu)及工作原理

圖 2 豎井滑模布圖

2.2.2 豎井混凝土施工

豎井滑?；炷恋氖┕し椒ㄅc斜井混凝土施工方法基本一致,混凝土入倉采用溜管 +M y b o x緩降器入倉方式,豎井滑模糾偏措施主要采用:每次滑升后用水平管量測滑模是否在同一水平面上,如不在同一平面則在下一次滑升中及時糾偏,每滑升 5 m利用井口設(shè)置的重吊錘進(jìn)行量側(cè),確?；２怀霈F(xiàn)整體偏離,控制模板在整個滑升過程中的襯砌體型滿足設(shè)計技術(shù)要求。

3 平洞混凝土施工技術(shù)

龍灘水電站左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)流道部分隧洞設(shè)計有體型規(guī)格不一、長度不同的洞室結(jié)構(gòu),包括有引水上、下平段,尾水?dāng)U散段,尾支漸變段、尾水支(岔)洞等,其中引水上下平洞襯砌后為直徑 10 m的圓形隧洞,尾水?dāng)U散段襯砌后為方型漸變?yōu)閮蓷l小底圓 R=2.5 m的城門洞型,尾水隧洞襯砌后為直徑 21 m的圓形隧洞。根據(jù)流道隧洞部分平洞結(jié)構(gòu)特點及相應(yīng)的工期進(jìn)度要求,平洞混凝土施工采用了多種技術(shù)綜合施工,有效地解決了大斷面平洞混凝土施工的技術(shù)難題,消除了平洞混凝土施工過程中的常見病。

3.1 底板混凝土施工

流道部位平洞底板混凝土全部采用方便快捷的定型組合式翻轉(zhuǎn)模板施工技術(shù),圓型、方型和城門洞型底板混凝土全部采用小翻模施工,圓型洞室底板混凝土翻模為底拱 120°范圍。方型、城門洞型底板混凝土翻模高度從 0.9～2.5 m范圍,由于大斷面平洞底板翻模施工技術(shù)在以往工程中實踐不多,這里主要對特大斷面圓型洞室(直徑 21 m)的底拱翻模技術(shù)進(jìn)行闡述。直徑 21 m圓型洞室底拱 120°范圍翻模分為三部份:左右各 32.74°為立模范圍、中間剩余 54.52°范圍為不立模。立模段模板為弧長 1.5 m、寬度為 1.0 m,同一斷面左右兩邊各由 4塊模板組合安裝,底拱小翻模主要由模板、背肋、拉筋、樣架、刮軌及支架等組成。模板面板厚 3 m m,高 55 m m,每塊模板長 1.2 m,模板相互間用∪形卡相連。背肋緊貼模板內(nèi)肋,以便通過拉筋把模板拉緊固定。背肋分為橫向和縱向,橫向為 1.5″鋼管,縱向為 5×10 c m方鋼,間距 60 c m。刮板導(dǎo)軌用 φ 25圓鋼通過可調(diào)螺桿與底板鋼筋固定,混凝土平整后把導(dǎo)軌取出,人工抹平。底拱翻模混凝土施工程序為施工程序主要是:扎筋→立?！Ｕ鷿仓絺}振搗→翻模→抹面→模板移裝。

圖 3 底拱翻模布置圖

3.1.1 直徑 21 m圓形洞室底板混凝土翻模主要控制措施

(1)塌落度控制混凝土澆筑采用泵送分層平鋪入倉,澆筑層厚控制在 50 c m以內(nèi),混凝土塌落度嚴(yán)格控制在 10～14 c m之間。

(2)澆筑順序先進(jìn)行底部不立模段混凝土的澆筑,然后澆筑立模段混凝土,為防止立模段混凝土澆筑時大量混凝土從不立模處溢出,可以在第一層立模段混凝土具備翻模強(qiáng)度后才進(jìn)行澆筑,兩層不立模段混凝土的澆筑可以均勻同步上升(也可不對稱上升)。

(3)平倉振搗混凝土入倉后,骨料有堆積的地方采用人工及時平倉分料及振搗;振搗棒作業(yè)時要求“快插慢退”,振搗以混凝土不再冒氣泡且表面泛漿為宜。

(4)接縫部位處理收倉后,邊墻混凝土的澆筑高度應(yīng)達(dá)到設(shè)計高程,且翻模后需拉線修直,確保底板與邊頂拱鋼模臺車之間的結(jié)合部位平整順直。

(5)翻模抹面當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到 0.2～0.3 M P a時,按混凝土澆筑順序把模板逐塊翻起,然后用泥鏟把殘留于反弧段混凝土表面的水汽泡、麻面及錯臺等進(jìn)行抹平、壓光,消除表面缺陷,且抹面時要求用原漿進(jìn)行抹面。

大斷面底拱翻模技術(shù)改變了以往底拱混凝土施工的常規(guī)方法,雖然結(jié)構(gòu)簡單,機(jī)械化程度低,但由于適合地下洞室施工的特點,特別是在隧洞長度短、體形變化大、底拱與邊頂同步作業(yè)時,具有較大的靈活性及優(yōu)越性。

3.2 平洞邊頂混凝土施工

平洞部分邊頂拱混凝土襯砌主要采用穿行式鋼模臺車技術(shù)一次襯砌成型技術(shù)、簡易臺車配合移動式腳手架施工技術(shù)以及 12×18 m車架式鋼模臺車一次襯砌成型施工技術(shù)。由于特大斷面(直徑 21 m)穿行式鋼模臺車邊頂拱一次襯砌成型混凝土施工技術(shù)在國內(nèi)尚屬空白,因此,這里主要針對尾水隧洞特大圓型洞室混凝土施工技術(shù)作重點闡述。

圖 4 鋼模臺車剖面圖

3.2.1 特大斷面穿行式鋼模臺車結(jié)構(gòu)及工作原理

直徑 21 m穿行式鋼模臺車主要由:行走機(jī)構(gòu)、臺車架、橫送裝置、托架、模板組、手動撐桿、平臺、液壓系統(tǒng)等組成,臺車總重為 250.0 t。臺車結(jié)構(gòu)通過托架、液壓垂直千斤頂和橫向移動裝置承受鋼模澆筑、脫模、拆除和運輸荷載,鋼模臺車?yán)迷诘装逡岩r砌好的混凝土上安裝的箱梁軌道作為行走支架,當(dāng)鋼模臺車安裝結(jié)束運行到位后,轉(zhuǎn)動夾軌器絲桿,使夾軌器夾緊軌道;調(diào)節(jié)橫送液壓油缸,使模板的中心線與隧洞的斷面軸心線重合。調(diào)節(jié)頂模油缸,使頂模達(dá)到隧洞的設(shè)計高度。伸側(cè)模油缸,使模板達(dá)到洞子的設(shè)計寬度。頂緊上、下豎向撐桿及手動撐桿,保證每根撐桿在頂緊時應(yīng)做到受力基本均勻一致。

3.2.2 混凝土施工

3.2.2 .1 分塊長度

直徑 21 m尾水隧洞標(biāo)準(zhǔn)段邊頂拱混凝土每塊襯砌長度為 10.0 m。

3.2.2 .2 混凝土施工控制措施

(1)鋼模臺車在混凝土澆筑之前應(yīng)進(jìn)行精煉油脫模劑的涂涮,以免拆模時混凝土表面發(fā)生掉皮。臺車周邊與已澆混凝土的柔性搭接處必須用鋼楔(或木楔)撐緊,以保證新老混凝土平順搭接,避免錯臺,先澆塊混凝土搭接處為“軟搭接”,即用臺車“裙邊”搭接在上一塊混凝土施工縫處。為防止搭接處漏漿,必要時臺車將高彈性塑料泡沫板頂緊先澆塊混凝土面。

(2)混凝土澆筑應(yīng)從低到高分層進(jìn)行,先從左、右兩側(cè)掛溜筒下料,要求下料高度不超過 2 m。頂拱下料處用彩條布鋪蓋,以免混凝土散落在模板上。臺車澆筑應(yīng)左右兩側(cè)同時下料。180°線以下澆筑,應(yīng)連續(xù)快速,頂拱部位應(yīng)適當(dāng)控制混凝土上升速度。

(3)根據(jù)尾水隧洞施工特點鋼模臺車頂拱部位混凝土采用“退管法”澆筑,導(dǎo)管從頂拱水平進(jìn)入倉內(nèi),用 90°度彎管向兩邊分叉,倉內(nèi)導(dǎo)管應(yīng)采用 1m短管,以便拆接,最后利用預(yù)留排氣管進(jìn)行逐步退管澆筑封拱。兩側(cè) 180°以下模板要求加強(qiáng)振搗,直到模板底部翻出的混凝土幾乎不含氣泡為止。封拱時,根據(jù)施工實際情況在頂拱一側(cè)預(yù)埋自制混凝土泵管,待下一倉澆筑時一并回填澆筑飽滿。

3.2.2 .3 臺車混凝土澆筑主要控制難點及改善措施

(1)為防止錯臺在臺車就位時應(yīng)保證與先澆塊混凝土搭接處為“軟搭接”,即用臺車“裙邊”搭接在上一塊混凝土施工縫處,為防止搭接處漏漿必要時臺車將高彈性塑料泡沫板頂緊先澆塊混凝土面。

圖 5 排氣管布置圖

(2)為了保證臺車 180°線以下混凝土澆筑飽滿、密實,防止水氣泡、水波紋現(xiàn)象的發(fā)生,可采用的方案有:①、可在臺車模板內(nèi)側(cè)面每隔 1.5～2.0 m安裝一臺附著式振搗器,并加強(qiáng)對該部位的插入式振動器振搗,為了避免附著式振搗器產(chǎn)生共振,應(yīng)將附著式振搗器間隔設(shè)置同組啟動開關(guān);②、控制混凝土上升速度,盡可能降低混凝土塌落度,保證良好的和易性,避免泌水現(xiàn)象;③、180°腰線以下混凝土振搗時間不宜過長,出現(xiàn)過振而形成泛砂現(xiàn)象。

(3)為防止頂拱超挖部位“退管法”回填澆筑形成封閉氣室,隨著混凝土泵不斷的輸送混凝土而造成氣室內(nèi)壓力過高發(fā)生臺車破壞性的變形,應(yīng)按附圖原則在頂拱超挖最大的部位提前埋設(shè)排氣管。

4 結(jié) 語

龍灘水電站洞室型式有世界級地下廠房、超深豎井、國內(nèi)斷面最大的斜井和尾水隧洞,也有直徑約 12 m的一般隧洞和斷面較小的廓道,幾乎概括了地下引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群的全部類型,具有較強(qiáng)的代表性。要確保隧洞混凝土施工質(zhì)量和進(jìn)度,部分經(jīng)驗可以供其它類似工程借鑒。其中隧洞斜豎井襯砌混凝土運用滑模施工技術(shù)具有速度快、成型好、安全性和總體效益高等特點,建議類似工程斜豎井混凝土施工優(yōu)先考慮采用滑模技術(shù)。穿行式鋼模臺車技術(shù)適用于大斷面、長洞室施工,移動式簡易臺車可廣泛運用于大斷面、短洞室的頂拱混凝土施工、鋼筋綁扎,通過臺車帶動承重排架(平臺)在軌道上的移動,可以避免混凝土承重排架重復(fù)搭拆,具有設(shè)計簡單、可操作性強(qiáng)等特點。平洞翻模施工技術(shù)普遍運用于底拱混凝土施工,具有靈活性強(qiáng)、技術(shù)難度低、操作工藝簡單有效、施工進(jìn)度快、混凝土平整度高且能徹底解決了底板澆筑脫空現(xiàn)象和解決了底拱水氣泡問題,既能降低施工成本又能提高底拱混凝土質(zhì)量。在隧洞混凝土施工中要嚴(yán)格控制混凝土澆筑溫度,采取必要措施控制混凝土最高溫升,合理選擇澆筑爬升速度、澆筑分塊長度和澆筑層厚度,盡量避免混凝土裂縫產(chǎn)生?；炷潦┕な且粋€系統(tǒng)工程,要嚴(yán)格控制每一道施工工序、工藝,做到精細(xì)化管理施工,這樣混凝土才能達(dá)到內(nèi)實外光,保證混凝土施工質(zhì)量。