水工隧洞頂拱混凝土施工對策探析

(中國人民武裝警察部隊 水電第一支隊，河北 唐山 063000)

水工隧洞頂拱混凝土按體型可分為圓拱式、平頂式、漸變式、柱狀頂拱；按坡度可分為平頂拱、微斜頂拱、陡斜頂拱等。圓拱式標準體型頂拱混凝土多采用鋼模臺車施工，利用臺車設(shè)置混凝土入料口和輔助振搗設(shè)備施工，易于保證澆筑厚度；陡斜頂拱坡度較大，混凝土多采用泵送入倉，一般塌落度較大，混凝土可以從低處向高處澆筑，質(zhì)量也能較好控制；平頂式、漸變式、微斜、柱狀頂拱混凝土多采用鋼木組合模板按異性結(jié)構(gòu)施工，下料口、分層分倉等需現(xiàn)場設(shè)置，受人為因素影響大，加上頂部空間小，人員作業(yè)十分困難，極易出現(xiàn)頂拱混凝土脫空、振搗不密實、厚度不夠等質(zhì)量問題。

近年來國內(nèi)水利水電工程發(fā)展迅速，尤其是高水頭、大流量、埋藏深的水工隧洞越來越多，這些水工隧洞多處在深層地下水活動區(qū)域，大多數(shù)泄洪或放空洞洞身頂拱混凝土承受內(nèi)外水壓力或?qū)Я鞫吹然炷劣谰梅舛露骂^上下游水位差越來越大，隧洞頂拱混凝土施工質(zhì)量對工程安全十分重要，頂拱混凝土的質(zhì)量問題會給工程的安全帶來巨大威脅。

鑒于此類問題，本文結(jié)合云南2座水電站泄洪洞、導(dǎo)流洞封堵經(jīng)驗對水工隧洞頂拱混凝土施工進行思考分析，總結(jié)綜合應(yīng)對技術(shù)措施。

1 泄洪洞有壓段頂拱混凝土修復(fù)施工

1.1 工程概述

某水電站工程屬大(1)型Ⅰ等工程，水電站正常蓄水位812 m，樞紐泄洪建筑物右岸泄洪隧洞洞身全長1 077 m，檢修閘門井后漸變段為有壓段洞身，底板坡比為 0.468%，處在壩體帷幕防滲線上游，襯砌后單孔斷面尺寸為5 m×12 m (寬×高)，由矩形漸變?yōu)閳A型斷面，頂拱混凝土為鋼筋混凝土，厚1.2 m；下游 384.75 m處設(shè)置工作閘門室，工作閘門最高運行水頭達120 m，最大泄量3 313 m3/s。頂拱結(jié)構(gòu)見圖1。工程運行約200 d，期間閘門經(jīng)過局部開啟和全開全閉多次運行操作后，2015年對兩閘門之間有壓段檢修時，發(fā)現(xiàn)檢修閘門井后漸變段左孔頂拱混凝土沖毀受損，混凝土保護層崩落且滲水，泄洪洞受損部位高程707 m，水位落差為105 m，對電站樞紐工程正常運行造成了影響。

圖1 頂拱結(jié)構(gòu)

1.2 頂拱混凝土修復(fù)及質(zhì)量評價

2015年7～12月底，對沖毀受損部位頂拱混凝土進行了原型修復(fù)。該頂拱混凝土采用滿堂腳手架支撐，鋼木組合立模，采用6 m3混凝土攪拌車水平運輸，HBT60混凝土泵送入倉，人工平倉振搗。為確?；炷翝仓軐?，參建各方經(jīng)討論采取如下措施。

(1)設(shè)置合理的進人孔和入倉下料點。為保證混凝土澆筑質(zhì)量，在頂拱混凝土修復(fù)范圍中間位置預(yù)留矩形進人孔，進人孔尺寸為0.4 m×0.4 m，進人孔上大下小，四周組立鋼木組合模板立模，高度約為混凝土厚度的2/3。進人孔作為頂拱混凝土人員進出和檢查的通道，待底層混凝土澆筑振搗混凝土不溢出時或混凝土距頂部40 cm以內(nèi)時人員撤離混凝土倉內(nèi)，立即拆除進人孔四周模板，對已凝固混凝土進行人工鑿毛，并沖洗干凈，進行二期鋼筋修復(fù)，封模澆筑。頂拱混凝土澆筑時沿軸線方向布置3根沖天管，前后間距約 1.8 m，其中一根設(shè)置在進人孔內(nèi)，以確保進人孔部位混凝土澆筑密實[1]。混凝土倉號平面布置見圖2。

圖2 混凝土倉號平面布置[1](單位:cm)

(2)預(yù)埋排氣管，引導(dǎo)頂拱澆筑時空氣排出。由于基礎(chǔ)接觸面一般因開挖凸凹不平，因此隧洞頂拱混凝土要選擇高處空腔內(nèi)預(yù)埋排氣管，排氣管采用Φ50 mm鋼管制作，排氣管可緊貼巖面，保證3～5 cm間隙即可；在完整基礎(chǔ)接觸面表面宜鉆設(shè)垂直向上深10～20 cm、直徑大于排氣管20 mm的排氣孔，排氣管制作形成叉管，插入到排氣孔內(nèi)。

(3)采用高流態(tài)自密實混凝土或一級配混凝土回填。頂拱混凝土澆筑時根據(jù)澆筑情況及時更換混凝土種類，在常態(tài)混凝土澆筑方量達到倉內(nèi)實際需要混凝土量80%后或者常態(tài)混凝土已難以入倉時即開始更換混凝土種類繼續(xù)澆筑，采用自密實混凝土或一級配混凝土繼續(xù)澆筑。自密實混凝土或一級配混凝土塌落度較大，塌落度為20～24 cm，混凝土具有高流動性，能夠保證頂拱澆筑飽滿。

(4)預(yù)埋混凝土振搗設(shè)備，確?；炷琳駬v密實。為確保澆筑密實和避免混凝土堆積形成局部空腔，頂拱混凝土封拱澆筑時在澆筑倉內(nèi)按1.8 m×1.8 m間排距預(yù)埋布置16根Φ100 mm的硬軸振搗器，位置不宜直接布置在下料口，振搗器垂直綁扎固定于上層鋼筋，線路經(jīng)上層鋼筋和巖石面之間就近從排氣孔、灌漿管、進人孔等通道導(dǎo)出[1]。振搗棒和變頻器應(yīng)編號記錄，并繪制標示圖，以便根據(jù)現(xiàn)場澆筑時準確開啟使用。

(5)混凝土澆筑過程控制與判斷。為保證頂拱混凝土封拱連續(xù)施工，配備入倉設(shè)備均考慮“一用一備”，避免因設(shè)備故障澆筑中斷過長，影響混凝土質(zhì)量?；炷寥雮}前逐車檢測混凝土拌和物塌落度，塌落度不滿足要求嚴禁入倉，同時要控制超徑骨料入倉，避免混凝土堵塞泵管和倉內(nèi)堆積。優(yōu)先澆筑下層混凝土，人員撤離倉號后開始封拱時從一個方向向另一個方向澆筑，當一側(cè)沖天尾管灌入的混凝土，能從另一根沖天尾管流出時，立即變換入倉點。當預(yù)埋的排氣管流出混凝土砂漿時或者混凝土澆筑量與倉內(nèi)實測混凝土量誤差不大于10%時即停止混凝土澆筑[1]。

澆筑完成后，頂拱混凝土采用鉆孔取芯及全孔壁數(shù)字成像組合探測的方式進行詳細檢查，頂拱混凝土基本飽滿密實，可見混凝土與基巖面接觸良好，澆筑完14 d后回填灌漿，灌漿量不大。

2 導(dǎo)流洞封堵混凝土頂拱施工

2.1 工程概述

苗尾水電站是瀾滄江上游“一庫七級”最下游的一個梯級，電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧灌溉供水，屬一等工程，正常蓄水位1 408.00 m，相應(yīng)庫容6.60億m3。電站左岸布置1、2號兩條導(dǎo)流洞，1號導(dǎo)流隧洞全長1 175.09 m，平均縱坡0.17%，2號導(dǎo)流隧洞全長1 069.82 m，平均縱坡0.19%；兩條導(dǎo)流隧洞均采用城門洞型斷面，進口高程1 302.00 m，凈斷面尺寸 13.0 m×15.0 m(寬×高)，頂拱中心角120°。兩條導(dǎo)流隧洞下閘后，電站只有由沖沙兼放空洞控泄庫水位，水庫水位約在 3.43 d上漲至沖沙兼放空洞底板高程1 362.00 m，導(dǎo)流洞封堵閘門水頭將快速達到60 m，導(dǎo)流洞永久封堵施工安全風險大大增加，為此設(shè)計單位提出緊鄰永久堵頭前端布置臨時堵頭，臨時堵頭長15 m，柱狀。

2.2 堵頭頂拱混凝土施工及質(zhì)量評價

導(dǎo)流洞臨時堵頭采用連續(xù)澆筑的快速施工方法，即一次性澆筑至距頂部 1.2～1.5 m位置，然后開始實施頂拱混凝土澆筑。為確保混凝土施工質(zhì)量，主要采取如下措施：

(1)混凝土合理分層分塊。堵頭混凝土分兩層施工，頂拱層按照保證人員的作業(yè)高度即1.5 m分層。考慮到頂拱混凝土只能上下游水平方向泵送入倉，上下游方向不宜分段過長，堵頭頂拱分兩段施工，其中上游段段長5m，下游段段長10 m，段間設(shè)置施工縫，采用免拆模板隔開?；炷翝仓捎没炷帘盟退饺雮}，先澆筑上游第一段，當?shù)谝欢螡矟M后，方可開始第二段混凝土澆筑。

(2)設(shè)置合理入倉下料點。頂拱混凝土施工水平布設(shè)入倉下料點，由于人員無法進出，堵頭頂拱混凝土導(dǎo)管出口下料點按間隔不大于3 m設(shè)置，即第一段在距上游2 m的位置布置下料點，第二段布置兩個下料口，間距3 m。澆筑時，第一段直接下料，第二段先澆筑上游下料口，當混凝土無法泵送時，換成第二個下料口下料，直至混凝土澆滿。

(3)采用臨時擋墻封閉，避免上游面漏漿。堵頭上游模板組立完成后，在上游模板內(nèi)側(cè)砌筑24 cm磚砌體，采用厚2 cm的M10砂漿抹面處理封閉上游面，頂部與老混凝土結(jié)合面用砂漿封閉密實，避免混凝土澆筑過程中和回填灌漿時上游面漏漿。

(4)采用高流態(tài)混凝土、砂漿澆筑回填密實。混凝土臨近收倉時，采用一級配混凝土或砂漿回填頂部空隙，混凝土澆筑完成7 d后采用回填灌漿回填。澆筑完成后，頂拱混凝土采用鉆孔機械壓漿檢查，實際澆筑厚度效果良好，回填灌漿量不大。

3 結(jié) 語

水工隧洞頂拱尤其有壓洞和混凝土堵頭是水電站施工的關(guān)鍵部位，常規(guī)施工方法難以保證混凝土質(zhì)量，在工程施工期間由于施工成本高、施工技術(shù)手段不夠全面，往往會出現(xiàn)混凝土振搗不密實、混凝土澆筑厚度不均勻、脫空等問題，會導(dǎo)致頂拱滲水漏水、變形坍塌等安全隱患。通過部分工程實踐經(jīng)驗分析，采取合理分層分塊、設(shè)置合理的混凝土入倉下料點、預(yù)埋排氣管、高流動性混凝土回填、預(yù)埋混凝土振搗設(shè)備等綜合工程技術(shù)措施澆筑頂拱混凝土，并在過程中嚴格管理和控制，可以達到較好的封拱效果，可為今后水工隧洞工程借鑒。同時隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，可視化系統(tǒng)越來越先進，水工頂拱混凝土封拱可安裝可視化監(jiān)控攝像頭以觀察混凝土澆筑情況，為頂拱混凝土施工質(zhì)量提供保證。