沙沱電站通航建筑物本體段土建快速施工實例

吳西家 陳雄

【摘 要】沙沱水電站建設是烏江流域梯級電站開發(fā)的圓夢工程，電站的通航建筑物施工開工時間比流域上下游其它電站都來得遲。為了按期實現整個流域的全面通航，實現烏江流域“三年水運大會戰(zhàn)”目標，需加快施工進度趕上“會戰(zhàn)”要求。通航建筑物作為電站結構的一部分，尤其是建筑物中的主體工程本體段具有結構復雜、工作面狹窄、起重吊裝垂直設備布置難度大、工期緊、需攻關的課題多等特點。根據本人自始至終在沙沱水電站通航建筑物負責現場施工管理的實際經驗，總結了本體段施工過程中的關鍵要素，供類似工程施工參考與借鑒。

【關鍵詞】沙沱電站 通航建筑物 本體段 快速施工

1 基本概況

沙沱水電站通航建筑物按四級航道設計，過壩船舶噸位500t級，年過壩能力為330萬噸，由上游引航道、過壩渠道、上閘首、本體段、下閘首、下游引航道及靠船墩等組成，采用垂直升船機型式，布置于溢流壩段的右側。

本體段平面尺寸為83.5×40.0×106.1m，建基面最低高程為270.5m，升船機機電安裝平臺板梁頂面高程為376.60m，混凝土總方量達11萬方。本體段上游端為厚度5.0m的混凝土墻與13右壩段銜接，墻內布置有樓梯井、風道和交通廊道。高程281～316.5m間布置7層交通廊道，高程316.5～376.6m布置11層交通廊道，376.6m高程設置一層樓板，下方為70×40cm混凝土梁。高程376.60～398.0m為起重吊車排架及頂棚。本體段左右兩側為雙墻體結構，內、外墻體之間通過1.2m厚墩墻相連，高程316.5m以下外側墻體厚4.8m、內側墻體厚2.0m，高程316.5m以上外側墻體厚1.5m、內側墻體厚1.2m，根據升船機的運行特點設計有若干豎井。高度方向上高程316.5m以下每6m設一層寬度2.0m的檢修平臺，高程316.5m以上每6m設一層寬度5.3m的檢修平臺；每一層檢修平臺通過預留在隔墻上廊道相通，并最終通向兩端的樓梯井，形成墻體內的上下及水平交通。在施工中左右兩邊墻各分3倉號進行澆筑，分別為左1、2、3號倉，右1、2、3號倉。

2 施工進度要求

在烏江流域梯級電站建設過程中，前期為了達到電站下閘蓄水發(fā)電要求，將通航建筑物放在后期建設。根據烏江流域“三年水運大會戰(zhàn)”要求：2016年底實現整個流域的全面通航，工期目標十分緊張。而通航建筑物尤其是本體段施工普遍都具有難度大、工期緊、攻關課題多等與水電站其他建筑物不同的特點，要達到這個要求，在過程中需優(yōu)化施工方案，采取各項快速施工措施與方法，這不僅需要的是建設者們的不懈努力，更需要的是建設者們的智慧。根據這個要求，在施工過程中打破常規(guī)，在施工的各個環(huán)節(jié)上采取一系列措施，細化方案，合理安排，下大力度加強施工人員組織，增加設備、材料投入等，確保通航目標的實現。

3 優(yōu)化方案及采取快速施工措施

3.1 施工水、電、交通通道及垂直吊裝設備的布置

一項工程在施工前期都要進行充分的施工準備，水、電、施工通道及垂直吊裝設備的施工準備是本體段施工正常進行的保障，有些工程施工準備簡單方便，而本體段工作面孤立，高度落差128.5m，基礎面左側與山體邊坡連接，右側距離泄洪消力池右導墻僅有5.1m，上下長度約106m，整個工作面集中在一個長方形的槽形體內，增加了現場施工的水、電、交通通道及垂直吊裝設備布置的難度。為了方便施工，保證施工形成連續(xù)性，杜絕重復施工、返工等狀況的發(fā)生，最大限度地降低施工難度，采取了一系列優(yōu)化方案，解決不同施工時段、不同高程水、電、交通通道及垂直吊裝設備布置的問題。

（1）水電布置：自主水源接供水管、主變壓器引供電線路由已建好的溢流壩段的右側13#壩段壩頂左右兩邊向本體段左右邊墻兩側供應。水電布置分四次進行：低高程左邊布置在山坡310m高程馬道中部，右邊布置在本體段右邊墻與泄洪消力池右導墻間287m高程底板中部，供316m高程以下施工使用，左右邊墻分開使用。主電源由布置在壩項的主供變壓器供電，主供水源由壩頂牽引，避免隨著高度上升而帶來改主供水管的工程量。中部施工分兩次，一次左側布置在山坡325m高程馬道上，右側布置在316m高程的泄洪消力池右導墻頂部，另一次布置在過壩渠道350.5m高程底板上，高高程布在壩頂376.6m高程上。（2）交通通道布置：交通通道分為運輸道路和人員上、下倉面通道。因工作面高程落差大，在低高程運輸道路自下游經沙沱大橋沿著河道左岸邊填路到296m高程至四期圍堰直到本體段底板；中部自下游經沙沱大橋在340m馬道修路至本體段左側山坡邊，此處布置有一臺C7050塔機；高高程自壩頂公路到過壩渠道左邊376.6m高程。人員通道主要是通過安裝架設垂直旋轉樓梯形成，同樣地按高程分三次布置：低高程自底板安裝旋轉樓梯到施工倉面，中部自過壩渠道低板向下安裝旋轉爬梯至倉面，頂高程自過壩渠道壩頂向下安裝旋轉樓梯至倉面。（3）塔機設備布置：根據實際地形條件，為了既能保證塔機設備能夠覆蓋整個所有工作面，滿足上、下高度落差要求，又能保證在狹小的工作面內塔機設備能獨立作業(yè)，互不干擾。要達到這樣要求，就需要對設備選型、布置位置及使用時的頂升高度做出最優(yōu)的方案。當然，因場地受限等原因，在布置上需綜合考慮其安裝通道與安裝場地問題，所付出的代價較高。在本體段施工中，選擇了兩臺C7050塔機和一臺附著式C7035塔機作為垂直吊裝設備。三臺設備在使用中為了滿足提升入倉皮帶機系統(tǒng)需要，保證方便施工且互不干擾，應分時段進行頂升，塔機頂升高度及其性能如表1。需特別說明的是2# C7050塔機基礎是在右岸310m高程馬道往高高程方向沿邊坡澆筑混凝土基礎墩至335m高程，形成塔機基礎，其施工難度、投入較大；附著式C7035塔機隨著邊墻上升分三次附著頂升，滿足吊裝需要。這樣解決了整個本體段施工垂直吊裝手段問題。塔機布置如圖1。

3.2 混凝土入倉工法

本體段施工布置有三臺塔機設備，這些垂直吊裝手段起重量有限，且在混凝土倉號備倉過程中不斷地在吊裝模板，吊運鋼筋等材料，僅僅只能滿足備倉需要，沒有更多的時間作為混凝土入倉的手段。要解決混凝土入倉，需在其它入倉手段上優(yōu)化施工方案。利用施工現場地勢高低落差可采用挖掘機直接入倉、入倉溜管系統(tǒng)及入倉皮帶機及皮帶機上倉內分料行走小車系統(tǒng)，可實現所有混凝土的入倉，把有限的垂直吊裝手段充分解放出來（入倉系統(tǒng)見圖2）。

（1）左邊墻316.5m高程以下入倉系統(tǒng)布置。在287m高程以下，利用本體段281m高程底板及287m高程右邊墻與泄洪消力池右導墻之間底板，采用填渣修路的方式，混凝土運輸車直接運輸至倉號外側，通過倉內搭設溜槽或通過長臂挖掘機可實現入倉；287～316.5m高程混凝土入倉系統(tǒng)分兩次布置皮帶機入倉系統(tǒng)解決入倉手段問題。第一次在13#壩段過壩渠道頂部安設集料斗，集料斗出口與∮377溜管相接，通過溜管引料至皮帶機機尾處集料斗，皮帶機上帶行走分料小車，分料小車兩側出口聯(lián)接多節(jié)單根為1m長的溜筒，利用溜筒的可拖動性實現小車兩側分別向外側墻體和內側墻體下料。在本體段上游側，即皮帶機機尾部分，因分料小車無法行走到位，存在皮帶機入倉盲區(qū)，對該部位的入倉采用由壩頂再安設一條入倉溜管，溜管出口處同樣聯(lián)接多節(jié)單根為1 m長的溜筒，利用溜筒的可拖動性實現盲區(qū)部位的入倉。由于本體段316.5 m高程上下結構不同，在316.5m高程以下的倉號外側墻體厚4.8m、內側墻體厚2m，每6m設一層寬度為2m的檢修平臺，這樣的結構只須將入倉皮帶機立柱中心布置在外側墻體和內側墻體間空腔中心，就能把混凝土輸送至內外倉內，立柱無須澆筑埋到倉號內。結合皮帶機安裝的穩(wěn)定性，立柱安裝高度應控制在18m以下，安裝一次能澆筑5倉15m（每倉根據模板高度為3m）。因而第一次皮帶機系統(tǒng)安裝到305m高程，第二次經對原立柱加固后加高立柱14m將皮帶機提升安裝至319m高程，實現316.5m高程以下的入倉。（2）右邊墻316.5m高程以下入倉系統(tǒng)布置。右邊墻在287m高程以下，采用左邊墻同樣的方法實現入倉，287m～316.5m高程以下混凝土入倉利用右岸山體邊坡地勢高低落差采用溜管系統(tǒng)。在右岸340m高程道路邊坡上安裝集料斗，集料斗出口與∮377溜管相接，在溜管出口處設立柱，在立柱上安裝旋轉溜槽向邊墻內外側倉內下料。由于每個倉號長度為20～22m，要保證旋轉溜槽能全面覆蓋所有工作面，采取多點下料布置的方式，即每個倉內按四等分的原則安裝3趟相同的溜管系統(tǒng)，總共9趟，倉內輔助搭設溜槽架鋪設溜槽實現無盲區(qū)入倉。根據實際地形，自340m高程下料引料到316.5m高程，溜管傾斜度大于32.5°以上，滿足了二級配混凝土正常溜動不堵料。（3）左右邊墻316.5m高程以上入倉系統(tǒng)布置。用左邊墻287～316.5m高程入倉皮帶機系統(tǒng)布置的同樣方法布置左右邊墻316.5m高程以上入倉系統(tǒng)，過程中需對∮377主溜管進行不斷改造提升，以滿足向皮帶機機尾集料斗喂料需要。由于316.5m高程以上的倉號外側墻體厚1.8m、內側墻體厚1.2m，每6m設一層寬度為5.3m的檢修平臺。皮帶機分料小車在下料時，需滿足混凝土輸送至內、外側薄墻體倉號內，故入倉皮帶機立柱需布置在整個邊墻中心，穿過5.3m的平臺。根據實際情況，因立柱在澆筑過程中每6m有一段埋至平臺混凝土內，隨著邊墻上升，其穩(wěn)定性能滿足需要，只需在初期安裝時對立柱根部進行加固加撐，就能將立柱安裝控制在22.5m高度，達到安裝一次能澆筑7倉的要求。因而皮帶機系統(tǒng)第一次安裝至339m高程，第二次提升至361.5m高程，最后一次提升至378.5m高程，以滿足澆筑到376.6m樓板高程的需要。為了大大提高入倉效率，左右兩邊墻入倉皮帶機系統(tǒng)具有各自獨立的集料斗、溜管及皮帶機系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)間互為干擾。

3.3 其它快速施工措施及優(yōu)化方案

（1）增加設備投入。增加設備除了上述的入倉皮帶機系統(tǒng)、溜管系統(tǒng)投入外，在混凝土拌制上增加了備用拌合樓，以保證混凝土源頭上的連續(xù)，配齊配夠混凝土水平運輸設備，保證運輸強度。（2）增加材料投入。因本體段結構復雜，在施工中316.5m高程以上5.3m的檢修平臺需搭設模板支撐鋼管腳手架，平臺混凝土澆筑完成后，待混凝強度達到規(guī)定值后方可拆除鋼管腳手架和木模板材料，并將其移至上層重新搭設使用。為了加快施工進度，由原計劃投入三層的鋼管、木模板材料增加投入了六層，這有利于施工人員在倉面上搭設腳手架、立模同時，下層拆除腳手架、模板，這樣大大提高了施工效率；增加鋼模板投入，每塊墻體投入2層翻轉鋼模板（3*3m），保證連續(xù)施工；增加木模板投入，將墻體內側面的所有空洞、豎井、隔墻、檢修平臺、電梯井、樓梯井全部改用為木模板，減少了使用定型模板占用塔機吊裝時間，為周邊鋼模板吊裝及倉面內材料吊運節(jié)約了大量時間，同時有利于實現多工作面同步作業(yè)，大大縮短了備倉周期；在376.6m高程板梁結構施工中，采用貝雷梁作為模板支撐，方便立模，工序簡捷，降低施工難度。（3）增加人員投入。把施工一線人員配齊、配全、配夠、配強，增加模板工、鋼筋工、混凝土工等幾類主要工種的熟練人員，在施工工序銜接及工效提高上制定嚴密的制度，確實地發(fā)揮施工人員的主動性、積極性和創(chuàng)造性。（4）優(yōu)化施工措施。對不影響直線工期的部位，原則上采取協(xié)調的方式同步施工，對直接占用直線工期的部位，進一步優(yōu)化施工方案，在保證施工質量安全的前提下，促進工程進度的按期完成。

在優(yōu)化措施上除了上述的合理規(guī)劃、合理增加材料、設備投入外，值得一提的是采取了以下兩個結構優(yōu)化措施：一是在邊墻316.5m高程以上取消了后澆帶，取而代之的是臺階式分倉接頭，這樣施工難度降低，施工質量也得到保證，大大提高了施工速度。二是在底溫季節(jié)施工時，由于溫度控制方便實施，邊墻由分3倉改為分2倉施工，這樣更加有利于入倉皮帶機澆筑效率，減少了備倉工序，縮短了備倉時間，大大提高了施工效率。

4 質量保證措施

（1）混凝土溫控措施主要采用保溫、灑水養(yǎng)護、麻袋養(yǎng)護、通水冷卻、噴霧降溫等方法；（2）原材料在使用前應通過實驗檢驗其各項技術指標，符合要求后方可投入使用；（3）嚴格按施工圖紙、設計規(guī)范進行施工，嚴格控制工序質量；（4）皮帶機入倉時，不可避免會帶來混凝土水分損失、外來水分侵入、骨料分離等情況發(fā)生。為了降低使用皮帶機入倉而帶來的質量影響，對皮帶機入倉系統(tǒng)提出了高標準的要求：首先對皮帶機的運行穩(wěn)定性進行控制，做到勤保養(yǎng)、勤清理、勤更換刮刀片，減少皮帶機漏槳漏料，保證入倉強度；其次在皮帶機機頭下料處加設三把以上“刮刀”（刀片用聚胺脂制作），將粘附在皮帶上細料刮干凈，減少骨實損失；第三將皮帶機全程搭設遮陽棚防止陽光直接照射混凝土時間過長，減少水分損失；再是對溜管下料口處安設緩沖節(jié)，選擇轉速小于2.5m/s皮帶機電機，倉內分料小車與倉面下料點之間采用皮溜筒下料，并保證溜筒出口與受料點之間距離小于1.5m，能較好地減少骨料的分離程度。實踐施工經驗證明：通過嚴格、有效的過程控制，施工質量能夠完好地控制在規(guī)范允許的范圍內。

5 結語

在通航建筑物施工期，電站已下閘蓄水，上、下游河道已過水，其主體工程本體段成了一個孤立的工作面，具有結構復雜、工作面受限狹小、起重吊裝垂直設備布置難度大、工期緊等特點，而在沙沱電站更具有其特殊性。根據烏江流域“三年水運大會戰(zhàn)”要求，為了按期實現整個流域的全面通航，須下大力度加快沙沱電站的通航建筑物本體段建設。過程中，從全面的施工準備開始，進行反復的論證和精細求精的計劃，細化布置和安排了相關設施，優(yōu)化了相關方案及局部結構，加大了相關資源的投入，采取了一系列加快施工措施，確保了“會戰(zhàn)”目標圓滿完成。