柳樹溝水電站泄洪洞進(jìn)水塔改線施工

歐建廣，鄧四東

（武警水電第二總隊(duì)，江西 南昌 330096）

1 工程概述

柳樹溝水電站位于新疆和靜縣境內(nèi)，為開都河流域九級(jí)梯級(jí)電站的第六級(jí)。電站樞紐由混凝土面板堆石壩、深孔泄洪洞、表孔溢洪洞、引水發(fā)電洞、電站廠房等建筑物組成，裝機(jī)容量18萬kW。深孔泄洪洞前期作為導(dǎo)流洞使用，后期加設(shè)洞內(nèi)式弧形閘門，改造成深孔泄洪洞。電站地處天山山脈，兩岸地形復(fù)雜，邊坡高陡，河谷深窄，樞紐建筑物均布置于右岸高陡邊坡附近。

深孔泄洪洞進(jìn)水塔建基面基礎(chǔ)高程1 414 m（黃海高程，下同），胸墻高程1 442 m。2010年4月底，泄洪洞進(jìn)口邊坡及進(jìn)水塔建基面按原設(shè)計(jì)開挖完成，2010年5月3日，因地質(zhì)原因發(fā)生大規(guī)模坍塌，破壞了已開挖完成的進(jìn)水口邊坡，并覆蓋已開挖進(jìn)水塔建基面，塌方總方量20 余萬m3。

2 方案優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)方案比選

一般情況下，當(dāng)洞挖施工遭遇塌方時(shí)，多數(shù)采取加固邊坡及圍巖、挖除塌方體恢復(fù)施工的方法，也可采取建筑物改線、修改建筑物結(jié)構(gòu)形式等方法實(shí)施，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況而定。以上實(shí)施方法國內(nèi)外均有處理成功的案例。

本工程塌方體方量大，且邊坡高陡、河谷深窄，清除施工難度極大，同時(shí)加固邊坡、圍巖及清除塌方體工期長、投資大，不僅大大增加建設(shè)成本，更不能滿足發(fā)電工期要求。補(bǔ)充地質(zhì)勘查表明，原洞線左側(cè)地質(zhì)及地形地貌條件滿足布置泄洪建筑物要求，有獨(dú)立實(shí)施施工的條件，可直接施工，但必須進(jìn)行設(shè)計(jì)改線。經(jīng)設(shè)計(jì)單位兩個(gè)方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性研究、參建四方會(huì)商比選，放棄加固邊坡圍巖、挖除塌方體實(shí)施原線施工的方案，選用改線方案，即將泄洪洞進(jìn)水塔左移150 m，原洞身段0+076 與改線后進(jìn)水塔之間新增洞挖130 m 相接，原已貫通的泄洪洞洞身段在0+076～0+045 采用混凝土封堵。如圖1 所示。

2.2 工期調(diào)整

考慮到原施工工期目標(biāo)已無法達(dá)到、改線施工的難度和合理工期，經(jīng)參建四方會(huì)議研究，將泄洪洞主要節(jié)點(diǎn)工期調(diào)整如下：

（1）泄洪洞具備導(dǎo)流條件時(shí)間由2010年9月延后至2011年4月。

（2）下閘蓄水時(shí)間由2012年9月延后至2012年11月底。總工期延后2個(gè)月。

2.3 施工方案優(yōu)化

進(jìn)水塔原施工方案按常規(guī)的邊坡、基礎(chǔ)開挖→混凝土澆筑至塔頂→金屬結(jié)構(gòu)安裝→啟閉機(jī)安裝等程序施工，塔頂啟閉機(jī)、閘門安裝完成后方具備過流條件；垂直運(yùn)輸采取門塔機(jī)組合方案，混凝土模板采取常規(guī)組合鋼模板并局部輔以木模板。改線后，如果仍按照原施工方案實(shí)施，泄洪洞具備過流條件最短有效施工工期需12個(gè)月以上，將滯后發(fā)電工期一年以上，無法滿足節(jié)點(diǎn)工期和發(fā)電工期要求。經(jīng)參建四方反復(fù)論證，進(jìn)水塔施工方案優(yōu)化如下：

（1）優(yōu)化開挖支護(hù)方案。進(jìn)口邊坡薄層開挖至強(qiáng)風(fēng)化層以下、快速實(shí)施基礎(chǔ)開挖，為確保邊坡穩(wěn)定，錨噴支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。同時(shí)，為確保蓄水后塌方體穩(wěn)定，對(duì)塌方體實(shí)施錨固、支護(hù)和混凝土幫護(hù)等，確保塌方體穩(wěn)固。

（2）優(yōu)化混凝土澆筑方案。為盡快滿足泄洪洞前期導(dǎo)流要求，進(jìn)水塔混凝土和金屬結(jié)構(gòu)安裝采用分期施工方式。即在2011年4月前，進(jìn)水塔混凝土澆筑至1443.4 m（高于上游圍堰1441m 高程和胸墻1442m 高程），即進(jìn)行門楣以下金屬結(jié)構(gòu)安裝，之后進(jìn)行導(dǎo)流；截流后，開始進(jìn)水塔塔筒及塔頂、啟閉機(jī)房施工，并于2012年11月底前完成。

圖1 泄洪洞改線平面布置圖

（3）優(yōu)化模板方案。1 443.4 m 高程以下混凝土及1 493.5～1 499 m 高程的塔頂及啟閉機(jī)房混凝土因其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，仍采取常規(guī)組合鋼模板配部分木模板；1 443.4～1 493.5 m 高程塔筒混凝土結(jié)構(gòu)統(tǒng)一規(guī)范，采用液壓滑模施工，可大大加快施工進(jìn)度，如圖2 所示。

（4）優(yōu)化材料運(yùn)輸方案?；炷敛捎肏BT60A 混凝土泵泵送入倉，模板、鋼筋等材料采用QTZ80 型塔機(jī)運(yùn)輸。塔機(jī)與進(jìn)水塔采用自制附墻桿固定，間距12 m。

（5）優(yōu)化混凝土配合比。因澆筑方案和運(yùn)輸方案發(fā)生變化，為滿足混凝土泵送條件，相應(yīng)的三級(jí)配混凝土修改為二級(jí)配，并適量摻加泵送劑等外加劑?；炷僚浜媳扔稍囼?yàn)確定。

圖2 進(jìn)水塔混凝土模板方案

3 開挖與支護(hù)施工

3.1 進(jìn)口邊坡1 499 m 高程以下開挖與支護(hù)

進(jìn)口邊坡塌方后，為保證工程安全與進(jìn)度，進(jìn)水塔左移150 m，改線后進(jìn)口邊坡1 499 m 高程以下采取薄層開挖方式剝離邊坡表面土方與強(qiáng)風(fēng)化層，并及時(shí)錨噴支護(hù)。

（1）土石方開挖。進(jìn)口邊坡1 499 m 以下土石方開挖共約6.5萬m3。為保證進(jìn)水塔混凝土施工極早進(jìn)行，2010年7月10日開始，先行開挖高程1 499～1 477 m之間土方，然后將1 477 m 高程（交通橋基礎(chǔ)）石方開挖至巖質(zhì)馬道外開口線，1 477 m 高程以下石方于2010年8月上旬開挖完成并開始進(jìn)行進(jìn)水塔混凝土施工，進(jìn)水口開挖僅用35 d 即完成；1 477 m 高程以上石方開挖安排在2010年冬季采用人工小方量爆破挖除。

（2）邊坡錨固支護(hù)。按照1 447 m、1 467 m、1 492 m三個(gè)交通橋基礎(chǔ)高程分級(jí)跟進(jìn)支護(hù)，嚴(yán)格按照開挖一級(jí)支護(hù)一級(jí)實(shí)施。交通橋基礎(chǔ)采用無蓋重固結(jié)灌漿加固。除錨桿、錨筋樁外，另行在泄洪洞進(jìn)口邊坡、進(jìn)水塔右側(cè)邊坡1 499 m 高程以下增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索（1 000 kN，L=30 m）23 根、（1 000 kN，L=40 m）7 根，并安裝3 組應(yīng)力計(jì)。

（3）混凝土幫護(hù)。因邊坡強(qiáng)風(fēng)化巖石采取薄層開挖，開挖后巖體仍比較破碎，部分巖體倒懸，且蓄水后位于水下，為確保進(jìn)水塔運(yùn)行安全，除采取錨固支護(hù)等措施外，在1 431 m 至1 499 m 高程之間澆筑貼坡混凝土，確保了進(jìn)口邊坡穩(wěn)定。貼坡混凝土頂部厚度不小于50 cm，下部根據(jù)地形條件而定，且不小于50 cm。此外，1 447 m 橋臺(tái)基礎(chǔ)巖石破碎且寬度不足，故在進(jìn)水塔與進(jìn)水洞洞口之間1 419 m 高程處設(shè)混凝土明拱相接，其上高程1 431 m 與1 447 m 橋臺(tái)基礎(chǔ)之間設(shè)混凝土撐墻，以保證52 m 高橋墩基礎(chǔ)牢固。

3.2 垮塌體1 499 m 以上邊坡開挖與支護(hù)

垮塌體1 499 m 高程以上后緣邊坡因受卸荷及垮塌時(shí)拖曳，穩(wěn)定性差，對(duì)永久建筑物施工與運(yùn)行安全影響較大；由于垮塌體后緣邊坡、原泄洪洞進(jìn)口與溢洪洞之間高陡，二次開挖極為困難，且因垮塌體處于1499m高線施工道路中部，此高線施工道路為壩頂及引水發(fā)電洞、溢洪洞施工必經(jīng)之路，如進(jìn)行垮塌體上部開挖施工，必然造成道路中斷，影響其他主要項(xiàng)目工程施工，故后緣邊坡以錨固加固為主，人工清除坡積碎石為輔。增設(shè)長錨桿（Ф28，L=9 m）184 根、錨樁（3Ф28，L=14 m）40 根、預(yù)應(yīng)力錨索（1 000 kN，L=30 m）79 根，并安裝3組應(yīng)力計(jì)。在錨樁、錨索鉆孔施工過程中，因垮塌體后邊坡巖石破碎，經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆、掉塊、漏風(fēng)、塌孔現(xiàn)象，故采用全孔灌漿固壁，待凝24 h 后進(jìn)行掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)。以上支護(hù)施工于2012年8月完成，目前邊坡變形經(jīng)觀測(cè)正常。

3.3 垮塌堆積體處理

改線后泄洪洞進(jìn)口右側(cè)為原泄洪洞進(jìn)口邊坡垮塌堆積體，坡度37°～40°（1∶1.2～1.3），坡腳距改線后進(jìn)水口30 m，水庫蓄水后必將產(chǎn)生飽水濕陷、沉降，有可能對(duì)進(jìn)水口造成堵塞破壞，影響電站泄洪及運(yùn)行安全。因此，采取了在距進(jìn)水口約20 m處設(shè)倒T 形混凝土擋墻（長60 m，高15 m，底寬15 m，頂寬1.8 m），擋墻與垮塌堆積體之間采取石渣回填，將垮塌體整體坡比放緩，并防止擋墻向進(jìn)水口方向傾倒。

4 進(jìn)水塔混凝土施工

4.1 常規(guī)模板混凝土施工

進(jìn)水塔混凝土于2010年8月開始施工。進(jìn)水塔塔座混凝土（1 414～1 443.4 m 高程）和塔頂、啟閉機(jī)房混凝土（1 493.5～1 499 m 高程）采用常規(guī)模板施工。胸墻頂墻、啟閉機(jī)房混凝土采用滿堂腳手架支撐模板。塔座混凝土施工至2012年3月上旬完成，塔頂、啟閉機(jī)房混凝土施工自2012年11月初至11月30日完成。

為確保泄洪洞2011年4月底具備導(dǎo)流條件，于2010年12月5日至2011年2月20日 進(jìn)行混凝土冬季施工。采取了拌和站保溫棚保溫、60℃以下熱水拌合、改變投料順序、倉內(nèi)保溫棚保溫等綜合冬季施工措施，較好地控制了混凝土冬季澆筑質(zhì)量。

4.2 塔筒段混凝土滑模施工

泄洪洞進(jìn)水塔滑模段高50.1 m，高程自1 443.4～1493.5 m?；Ｊ┕r(shí)段為2011年9月15日至11月2日。

4.2.1 滑模設(shè)計(jì)

滑模主要由模板、操作平臺(tái)、輔助工作臺(tái)、支承桿、下料溜槽、液壓系統(tǒng)等組成。

根據(jù)力學(xué)計(jì)算及以往施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土正壓力取30 kN/m2，每隔1.6m設(shè)置一道豎向圍檁，圍檁采用∠80×8角鋼制成1.0m×1.0m矩形桁架梁。模板采用定制鋼模，整體高度1.5 m。模板上口邊長比下口邊長大1～2 mm，以便于模板滑升。

操作平臺(tái)為采用∠80×8 角鋼制成的1.0 m×1.0 m空間桁架環(huán)梁，上鋪5cm 厚木板，外設(shè)安全護(hù)欄。提升架采用“開”型、“F”型，為避免整體變形，下部采用雙槽鋼加強(qiáng)布置。輔助工作臺(tái)采用∠80×8 角鋼制作成0.8 m寬桁架，上鋪5 cm 木板，懸掛于距模板下口1.5 m處，以進(jìn)行表面修補(bǔ)、壓光、預(yù)埋件處理和養(yǎng)護(hù)等。

模板結(jié)構(gòu)自重計(jì)算為G1=55 t，垂向摩阻力計(jì)算為G2=38.4 t，動(dòng)力系數(shù)、不均勻系數(shù)分別按2 倍、1.3 選取，施工荷載計(jì)算G3=32.5 t，模板整體頂升所需動(dòng)力G=G1+G2+G3=125.9 t，經(jīng)比選采用32 臺(tái)10 噸千斤頂作動(dòng)力。各主油管長度相近確保同步提升。支承桿采用Ф48×3.5鋼管，布置于已澆混凝土內(nèi)承受滑模整體荷載。下料溜槽采用真空溜管至操作平臺(tái)，分轉(zhuǎn)式溜槽入倉。

4.2.2 滑模澆筑施工

滑?；譃?個(gè)階段：初次滑升、正?；湍┒位?/p>

初升前，要控制混凝土厚度，使混凝土自重大于摩阻力，防止滑升時(shí)將混凝土與模板同時(shí)提起。根據(jù)計(jì)算和以往施工經(jīng)驗(yàn)，在混凝土澆筑2～3 層、高度達(dá)到60～70 cm、待凝3～4 h 后開始初升。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)和指按等簡單方式判斷滑升時(shí)機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)判斷方式：同步制作混凝土模塊，待混凝土模塊強(qiáng)度達(dá)到0.1～0.3 MPa 時(shí)可開始滑升。指按判斷方式為：用指按已脫?；炷?xí)r有微痕，且表面已不粘手，即可開始初次滑升。

當(dāng)模板初次滑升以后，即轉(zhuǎn)入正?；^程。模板滑升速度與混凝土凝結(jié)時(shí)間、垂直運(yùn)輸強(qiáng)度、澆筑速度以及當(dāng)時(shí)氣溫等相關(guān)，一般情況下，以日均滑升3 m 左右為宜，氣溫較低時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低滑升速度。正?；瞬扇”訚仓?、連續(xù)微量提升、倉內(nèi)應(yīng)均勻下料、減小澆筑高差等施工工藝，能有效降低提升荷載，減小支承桿脫空長度，有利于滑模系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。

當(dāng)滑升至距設(shè)計(jì)高程1 m 時(shí)，即進(jìn)入末段滑升階段，相應(yīng)降低滑升速度，進(jìn)行找平，以保證頂部結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)要求。

4.2.3 鋼筋與預(yù)埋件安裝

在滑模施工過程中，鋼筋安裝采用與滑升平行作業(yè)的方式，豎向筋套筒連接，水平筋超出澆筑面約50 cm。本工程進(jìn)水塔預(yù)埋件主要有通氣孔、二期插筋等，彎折插筋，脫模后將其鑿出。

4.2.4 混凝土澆筑

采用二級(jí)配泵送混凝土入倉，人工平倉振搗。拌和物應(yīng)有較好的和易性，與入倉方式、氣溫、滑升速度相匹配，一般情況下，初凝時(shí)間控制在3～4 h為宜，終凝時(shí)間控制在6～8 h為宜，混凝土塌落度控制在8～12 cm為宜，滑升過程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況注意動(dòng)態(tài)調(diào)整。

4.2.5 混凝土表面修整與養(yǎng)護(hù)

滑?；罅⒓催M(jìn)行混凝土表面修整，一般抹面收光不少于3 遍。第一遍主要消除砂眼，第二遍主要控制混凝土表面平整度，第三遍主要在終凝前壓光，提高表面光潔度。收光過程中必須用原漿收光，否則將起砂起皮，影響結(jié)構(gòu)耐久性。本工程地區(qū)氣候惡劣，晝夜溫差大，混凝土收光完成后，應(yīng)立即噴灑養(yǎng)護(hù)劑，防止混凝土表面水分大量蒸發(fā)，產(chǎn)生裂縫。

4.2.6 滑?？刂浦攸c(diǎn)

滑模施工中質(zhì)量控制的重點(diǎn)與難點(diǎn)是控制糾偏、糾扭，操作平臺(tái)保持水平是保證進(jìn)水塔中心線不跑偏的關(guān)鍵，采用全站儀、垂球等對(duì)操作平臺(tái)水平度、中心線每班進(jìn)行2～3次測(cè)量。常用糾偏措施：首先在支承桿上設(shè)置限位調(diào)平器，每滑升20～30 cm 整體找平一次；其次改變?nèi)雮}位置形成混凝土相對(duì)高差；再次偏移小于10 mm 時(shí)常用螺旋式千斤頂不平衡頂升，超出10 mm 時(shí)主要采用法籃螺桿、手動(dòng)葫蘆拉模板或爬桿。為防止因粘模等原因?qū)е虏黄胶馓嵘がF(xiàn)象的發(fā)生，主要采取優(yōu)化配合比、薄層澆筑、微量提升等措施來避免。

5 金屬結(jié)構(gòu)安裝

1 441 m 高程門楣以下金屬結(jié)構(gòu)安裝于2011年3月中旬開始，2011年4月18日結(jié)束（含二期混凝土澆筑），提前具備了導(dǎo)流條件。2012年12月底，完成了閘門和啟閉機(jī)安裝，滿足下閘蓄水條件。金屬結(jié)構(gòu)安裝和啟閉機(jī)安裝均采用塔機(jī)配合汽車起重機(jī)安裝方式完成。

6 結(jié)語

柳樹溝水電站泄洪洞改線進(jìn)水塔施工，通過邊坡開挖支護(hù)、混凝土澆筑等施工方案的優(yōu)化，確保了泄洪洞于2011年5月24日按期實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流，2012年11月底具備下閘蓄水條件，與原合同工期相比，僅滯后2個(gè)月，具備下閘蓄水條件時(shí)間相對(duì)提前了5個(gè)月，實(shí)現(xiàn)了改線后施工的進(jìn)度、質(zhì)量、安全目標(biāo)。通過對(duì)柳樹溝水電站泄洪洞改線進(jìn)水塔施工的實(shí)踐，筆者認(rèn)為：

（1）在基巖條件容許下，采取邊坡薄層開挖、加強(qiáng)支護(hù)等措施，可以加快邊坡開挖進(jìn)度，保障邊坡穩(wěn)定，盡早實(shí)施基礎(chǔ)開挖。

（2）當(dāng)塌方體挖除難度較大時(shí)，采取設(shè)置混凝土擋墻及放緩石渣邊坡處理，可以確保塌方體的穩(wěn)定。

（3）當(dāng)進(jìn)水塔需提前過流時(shí)，采取分期施工的措施，先期施工水下部位混凝土和金屬結(jié)構(gòu)，待過流后采取措施施工水上部位混凝土和金屬結(jié)構(gòu)安裝，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)水塔提前過流目標(biāo)。

（4）對(duì)相對(duì)規(guī)范統(tǒng)一的混凝土結(jié)構(gòu)體，采用滑模工藝，可以加快施工進(jìn)度，確保施工質(zhì)量。

［1］王國力，等.吉林臺(tái)一級(jí)水電站發(fā)電洞進(jìn)水塔滑模施工［J］.水力發(fā)電，2006（6）.

［2］彭宣常，等.我國滑模工程施工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.施工技術(shù)1999，28（3）.

［3］李軍旗，陳澤衍.公伯峽水電站旋流泄洪洞工程滑模設(shè)計(jì)與施工［J］.水力發(fā)電，2004（08）：51-53.

［4］彭正海，等.三峽永久船閘排架柱混凝土施工滑模設(shè)計(jì)簡介［J］.水力發(fā)電，2006（04）：63-64.

［5］賀成立，張 奎，羅 偉.水工大體積防裂混凝土配合比的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)［J］.混凝土，2002（07）：32-35.