某水電站引水上平洞混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用

陳 恩 平

(中國(guó)電建集團(tuán)海外投資有限公司， 北京 100048)

0 前 言

混凝土隧洞襯砌技術(shù)是國(guó)內(nèi)水電工程施工中的先進(jìn)技術(shù)，是水電工程中必不可少的施工環(huán)節(jié)。隧洞的襯砌施工必須綜合考慮各種條件，保證混凝土襯砌有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保長(zhǎng)期安全使用。本文結(jié)合工程實(shí)例，進(jìn)一步探討混凝土襯砌施工技術(shù)，以期為同類工程提供參考。

1 工程概況

科卡科多-辛克雷水電站(簡(jiǎn)稱CCS水電站)位于南美洲國(guó)家厄瓜多爾境內(nèi)的科卡河流域，距離首都基多市約130 km。CCS水電站為引水式電站，設(shè)計(jì)8臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量1 500 MW，工程建成后，發(fā)電量可以滿足厄瓜多爾75%地區(qū)的用電需求。2條引水上平洞上游側(cè)通過(guò)漸變段接進(jìn)水口，下游側(cè)接引水豎井，洞長(zhǎng)各約730 m，開挖斷面為馬蹄形，坡比為6%，隧洞混凝土襯砌厚度45 cm，襯后為圓形斷面，直徑5.8 m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在引水洞全長(zhǎng)范圍進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，并引進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的鋼模臺(tái)車襯砌技術(shù)。

2 混凝土施工布置

2.1 施工通道規(guī)劃

根據(jù)引水上平洞及其施工支洞的布置特點(diǎn)，其混凝土澆筑主要利用上平洞本身及其施工支洞作為施工通道。由于引水上平洞工程量相對(duì)較小，工期未處在關(guān)鍵線路上，根據(jù)施工計(jì)劃，待兩條引水洞全部開挖完成后再進(jìn)行混凝土澆筑，避免了開挖和混凝土交叉施工，更有利于混凝土施工的順利進(jìn)行和混凝土施工質(zhì)量的保證。

根據(jù)混凝土澆筑程序安排施工，合理規(guī)劃施工通道。首先，在兩條引水洞的尾部開挖一條連通洞，通過(guò)1號(hào)上平洞利用連通洞到達(dá)2號(hào)上平洞下游工作面。利用原施工支洞將兩條引水洞頭部相連通，直接用2號(hào)上平洞上游工作面作為施工通道。先進(jìn)行2號(hào)上平洞混凝土施工，待2號(hào)上平洞混凝土施工完成后再利用其作為施工通道進(jìn)行1號(hào)上平洞混凝土施工。

2.2 施工風(fēng)、水、電布置

施工用風(fēng)主要是架立筋及插筋等造孔施工及清掃倉(cāng)面用風(fēng)，由洞口空壓機(jī)供給，供風(fēng)管路沿引水洞洞壁布置。

施工用水主要集中在底板沖洗、巖面清洗及混凝土養(yǎng)護(hù)等施工用水，利用開挖期間供水系統(tǒng)供給。底板沖洗用水利用增壓泵增壓以滿足沖洗壓力要求。

施工用電主要利用開挖施工期間布置的柴油發(fā)電機(jī)等供電設(shè)施直接供給。

2.3 通 訊

在洞口設(shè)置1部固定電話機(jī)，用于施工現(xiàn)場(chǎng)與外部的通訊聯(lián)絡(luò)，手機(jī)信號(hào)較好，可直接用于聯(lián)系，混凝土澆筑施工現(xiàn)場(chǎng)、拌合樓之間采用對(duì)講機(jī)聯(lián)絡(luò)。

2.4 施工排水

倉(cāng)位沖洗等施工廢水利用倉(cāng)面低洼處集水，潛水泵抽排，混凝土養(yǎng)護(hù)等施工用水利用黏土編織袋等擋水，避免養(yǎng)護(hù)用水流入澆筑倉(cāng)面，多余的養(yǎng)護(hù)用水利用潛水泵抽排。

2.5 混凝土供應(yīng)

混凝土由布置于引水上平洞附近的集中拌和站供應(yīng)。

2.6 鋼筋廠及材料堆放場(chǎng)

鋼筋加工廠布置在引水上平洞營(yíng)地，距工作面約2 km，鋼筋及加工成品材料均堆放在該加工廠內(nèi)，模板、止水、拉筋等材料也堆放在鋼筋加工廠內(nèi)。

2.7 模板組裝及拆除場(chǎng)地

1、2號(hào)鋼模臺(tái)車分別在2號(hào)引水洞上、下游工作面進(jìn)行組裝，鋼模臺(tái)車安裝前，底部鋪設(shè)級(jí)配碎石，鋪墊厚度與底拱混凝土軌道安裝高程一致，碎石頂部鋪設(shè)枕木，安裝臺(tái)車軌道，待安裝完成后行走至底拱混凝土上。2號(hào)引水洞混凝土澆筑完成后，1號(hào)鋼模臺(tái)車通過(guò)導(dǎo)軌滑至1號(hào)上平洞上游面，下游側(cè)連通洞與上平洞呈90°交角，由于轉(zhuǎn)彎半徑不夠，2號(hào)鋼模臺(tái)車需拆除后，將散件移至1號(hào)上平洞下游面重新組裝。1號(hào)上平洞混凝土澆筑完成后，將兩臺(tái)鋼模臺(tái)車滑至進(jìn)口漸變段位置拆除，鋼模臺(tái)車安裝及拆除位置事先均設(shè)置吊點(diǎn)，方便施工。

3 混凝土施工程序安排原則

(1)底拱混凝土超前于邊頂混凝土施工，超前長(zhǎng)度充分考慮材料運(yùn)輸通道的方便快捷。

(2)在支洞與主洞相交位置，鋼模臺(tái)車配合堵頭模板，完成預(yù)留孔洞以外的頂拱混凝土澆筑，預(yù)留孔洞位置預(yù)留鋼筋接頭，預(yù)留孔洞的封堵根據(jù)施工通道規(guī)劃適時(shí)封堵。

4 混凝土主要施工技術(shù)方案

4.1 澆筑分層

結(jié)構(gòu)混凝土分底拱110°和邊頂250°兩次澆筑完成。

4.2 模板及支撐方案

底板結(jié)構(gòu)線以外的混凝土不立模板，底拱混凝土采用翻模施工工藝，中部33°范圍內(nèi)不立模，兩側(cè)各38.5°范圍內(nèi)選用P3015鋼模立模，環(huán)向采用Φ48鋼管做圍令，縱向采用Φ48鋼管做背管，Φ12拉筋配合槽鋼U型扣加固。邊頂250°范圍內(nèi)采用鋼模臺(tái)車澆筑。堵頭模板采用木模立模，過(guò)鋼筋部位開孔，拉筋加固。

4.3 澆筑分塊

兩條引水洞均為直線段，按9 m分塊澆筑。

4.4 鋼筋材料運(yùn)輸、安裝

鋼筋材料采用9 m載重汽車運(yùn)至洞內(nèi)，人工轉(zhuǎn)運(yùn)，邊頂鋼筋采用人工配合鋼筋臺(tái)車安裝。

4.5 鋼筋連接方案

環(huán)向受力鋼筋主要采用滾軋直螺紋接頭，套筒連接，每環(huán)主筋最后一個(gè)接頭采用綁扎搭接，縱向鋼筋根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范采用綁扎搭接，可以加快施工速度。

4.6 混凝土運(yùn)輸及入倉(cāng)

混凝土采用6 m3攪拌車運(yùn)輸，底板墊層混凝土采用拖泵入倉(cāng)，底拱混凝土采用拖泵配合溜槽入倉(cāng)，邊頂混凝土采用拖泵配合溜槽或溜桶入倉(cāng)。

4.7 灌漿管埋設(shè)

回填及固結(jié)灌漿管在混凝土澆筑前預(yù)埋。

4.8 縫面處理

環(huán)向施工縫設(shè)計(jì)為銅止水，縱向施工縫根據(jù)監(jiān)理要求均安裝橡膠止水帶。

4.9 臺(tái)車抗上浮措施

鋼模臺(tái)車頂拱預(yù)留有三個(gè)沖天孔，利用中部的沖天孔配合絲桿限制臺(tái)車上浮，絲桿一端支撐在臺(tái)車橫梁上，另一段支撐于基巖面，混凝土澆筑至頂拱前拆除絲桿。

4.10 新老混凝土搭接部位處理措施

引水洞新老混凝土搭接部位是指底拱與邊頂新老混凝土搭接及長(zhǎng)度方向上相鄰兩倉(cāng)的新老混凝土的搭接。

為了確保新老混凝土搭接質(zhì)量，在鋼模臺(tái)車設(shè)計(jì)時(shí)，與底拱相接部位設(shè)置了10 cm的“軟搭接”模板，鋼模臺(tái)車就位后，“軟搭接”模板先貼一條雙面膠帶，再利用鋼楔楔緊，使“軟搭接”模板緊貼老混凝土面。對(duì)于底拱與邊頂新老混凝土，在澆筑底拱混凝土?xí)r，上口利用拉筋加固，限制模板外傾，同時(shí)利用Φ48鋼管將弧形背管連接成整體，并利用短鋼管支撐在巖面上，防止模板上口內(nèi)傾，雙重加固措施確保上口平齊。應(yīng)嚴(yán)格控制底拱混凝土的收倉(cāng)高度，不得高于110°，適當(dāng)?shù)?～3 cm，確保新老混凝土搭接位于“軟搭接” 范圍內(nèi)。模板拆除后，測(cè)量配合拉線檢查上口平整度，及時(shí)利用角磨機(jī)打磨平齊。

5 混凝土主要施工工藝

5.1 施工工藝流程(見(jiàn)圖1、2)5.2 施工工藝措施

(1)基巖面清理及基礎(chǔ)驗(yàn)收。建基面一般不允許存在欠挖，若欠挖部位確實(shí)處理困難，需經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可保留局部欠挖，但欠挖凸出高度不得超過(guò)5 cm，局部欠挖面積不允許超過(guò)1 m2。欠挖處理過(guò)程中，必須遵照有關(guān)爆破操作規(guī)程，嚴(yán)格控制單響藥量。底板首先采用反鏟進(jìn)行初清，經(jīng)測(cè)量檢查全斷面無(wú)欠挖后，人工進(jìn)行細(xì)部清理，清除浮渣、巖石縫隙的石渣等，并采用高壓風(fēng)沖基巖面，軟弱夾層等不良地質(zhì)按監(jiān)理工程師要求處理，做到無(wú)浮渣、無(wú)松動(dòng)石塊、無(wú)積水。自檢合格后報(bào)監(jiān)理工程師組織基礎(chǔ)驗(yàn)收。對(duì)于邊頂已施工噴混凝土部位，采用高壓水沖洗即可。

圖1 底拱混凝土施工工藝流程

圖2 邊頂拱混凝土澆筑施工工藝流程

(2)測(cè)量放線?；A(chǔ)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行測(cè)量放線檢查規(guī)格，將混凝土澆筑控制點(diǎn)線測(cè)放在明顯位置，并在方便測(cè)量的部位給出高程點(diǎn)、特征樁號(hào)線、輪廓線、高程線、分縫線等，確定鋼筋綁扎和立模邊線，并作好標(biāo)記，焊鋼筋架立筋。立模完畢校模，提交相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)和資料供驗(yàn)收。

(3)錨桿(錨筋)施工。在引水洞底拱洞壁設(shè)置插筋，作為架立筋，插筋參數(shù)如下：Φ25、入巖0.3 m，間排距2.2 m×1.5 m。采用手風(fēng)鉆造孔，孔內(nèi)灌注水泥凈漿，水泥漿液凝固前不得敲擊、碰撞。

(4)鋼筋制安。引水洞鋼筋下料前先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及其相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求出據(jù)下料單并進(jìn)行審核，合格后交由鋼筋加工廠統(tǒng)一加工制作。加工后的每一型號(hào)、規(guī)格的鋼筋分類堆存并掛牌明示，滾軋車絲采用塑料保護(hù)套防護(hù)，環(huán)向受力鋼筋采用正反絲牙。邊頂鋼筋利用鋼筋臺(tái)車配合安裝，環(huán)向受力筋接頭避免布置在拱頂處。

(5)軌道螺栓埋設(shè)。鋼模臺(tái)車軌道預(yù)埋螺栓必須按照設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確定位，縱向間距1.0 m，由測(cè)量放線控制，安裝精度滿足使用要求，焊接牢固，防止在混凝土澆筑過(guò)程中變位。澆筑混凝土前，須將拉緊螺母安裝在螺桿上，以保護(hù)螺桿，收倉(cāng)后取出螺母，用編織袋等材料保護(hù)螺桿。為便于收倉(cāng)后取出螺母，安裝螺母時(shí)，采用塑料袋、彩條布等包裹螺母，必要時(shí)在彩條布與螺母之間涂抹黃油，注意黃油不得污染混凝土面。

(6)抹面樣架筋。底拱混凝土應(yīng)設(shè)置抹面樣架鋼筋，鋼筋直徑12 mm，弧度與隧洞保持一致，并焊接牢固，間距1.5 m。

(7)止水安裝。止水設(shè)施的型式、尺寸、埋設(shè)位置和材料的品種規(guī)格符合施工圖紙要求，止水安裝嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行，止水帶設(shè)置簡(jiǎn)易托架并利用縫面鋼筋與結(jié)構(gòu)鋼筋緊密相連而安裝穩(wěn)固，嚴(yán)禁用鉛絲和鐵釘穿扎，鼻子應(yīng)置于縫面中心。

(8)立模。底拱模板拼裝嚴(yán)格按施工規(guī)范進(jìn)行。底拱模板布置在抹面樣架筋上，采用Φ12拉筋配合弧形圍令及背管加固，經(jīng)受力分析計(jì)算，拉筋間、排距1.0 m×1.5 m，與插筋根部焊接?；⌒伪彻荛g距0.75 m，縱向背管環(huán)向間距1.0 m，采用槽鋼加工U型扣加固。

鋼模臺(tái)車行走速度須按設(shè)計(jì)要求控制，鋼模臺(tái)車行走就位后，操控液壓系統(tǒng)將邊頂拱模板支撐到位，并利用全站儀投放控制點(diǎn)校模、定位。每次澆筑前進(jìn)行除銹清理，并刷一層脫模劑。模板安裝就位后，由測(cè)量隊(duì)負(fù)責(zé)測(cè)量校模，報(bào)送校模資料，申請(qǐng)倉(cāng)位驗(yàn)收。

(9)灌漿管安裝。灌漿管充分考慮回填灌漿與固結(jié)灌漿結(jié)合，盡可能利用回填灌漿管進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿管要做出標(biāo)識(shí)，便于后期灌漿造孔施工定位。

(10)倉(cāng)位驗(yàn)收。施工人員、機(jī)具等一切就緒，履行內(nèi)部“三檢”程序后，申請(qǐng)開倉(cāng)驗(yàn)收。

(11)混凝土運(yùn)輸。混凝土選用6 m3混凝土攪拌車運(yùn)輸，運(yùn)輸路面應(yīng)經(jīng)常修整以保持平整，機(jī)口坍落度及坍落度損失滿足要求。

(12)混凝土入倉(cāng)及振搗。倉(cāng)面驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行混凝土澆筑，在澆筑第一層混凝土前，均勻鋪設(shè)一層2～3 cm厚同標(biāo)號(hào)水泥砂漿。引水洞底拱和邊頂拱澆筑混凝土均采取泵送入倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)采用溜槽和溜筒進(jìn)行分料，人工平倉(cāng)。多數(shù)邊頂混凝土采用退管法入倉(cāng)，個(gè)別超挖大的倉(cāng)位采用沖天管法入倉(cāng)。振搗器以手提式軟軸振搗器為主，混凝土應(yīng)隨澆隨平倉(cāng)，不得堆積，采用振搗器平倉(cāng)時(shí)，不能以平倉(cāng)代替振搗。邊頂拱混凝土澆筑時(shí)，除人工在倉(cāng)內(nèi)振搗外，在臺(tái)車頂拱部位用附著式振搗器輔助振搗。

混凝土在倉(cāng)內(nèi)下落垂直高度應(yīng)控制在1.5 m以內(nèi)，兩側(cè)邊墻下料高差控制在50 cm內(nèi)。合理控制澆筑上升速度，避免上升速度過(guò)快導(dǎo)致模板變形。

(13)底拱混凝土翻模施工工藝。底拱混凝土自底部向兩側(cè)澆筑，中間部位振搗器振搗密實(shí)后，刮板大面收平，人工抹面壓光。兩側(cè)模板根據(jù)混凝土澆筑速度及混凝土強(qiáng)度，一邊澆筑一邊拆除，模板拆除自底部向上部拆除，模板拆除后，割除拉筋(以拉筋頭不外露為宜)，拆除相應(yīng)部位的抹面樣架筋后，人工收光。底拱混凝土應(yīng)在初凝以前完成收光工序。在收面過(guò)程中和混凝土初凝后，12 h內(nèi)混凝土表面不得有外來(lái)水進(jìn)入倉(cāng)面。

(14)邊頂脫模。脫模時(shí)間根據(jù)洞內(nèi)氣溫、混凝土凝結(jié)時(shí)間等因素確定，澆完混凝土的拆模時(shí)間以不損壞混凝土表面輪廓為限度，一般在收倉(cāng)后12～16 h脫模。

(15)縫面處理。鋼模臺(tái)車脫模后、臺(tái)車行走前，利用鋼模臺(tái)車平臺(tái)對(duì)環(huán)向施工縫進(jìn)行人工鑿毛處理。底拱混凝土110°兩側(cè)邊口采用小型切割機(jī)和角磨機(jī)進(jìn)行削切、打磨，確保邊口平齊、順直，利于鋼模臺(tái)車緊貼老混凝土面。鑿毛及削切后用壓力水沖洗干凈，保持清潔、濕潤(rùn)。鑿毛時(shí)間應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)及具體情況確定，一般在混凝土終凝后即可進(jìn)行。對(duì)結(jié)構(gòu)縫及伸縮縫按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行處理。

(16)養(yǎng)護(hù)?；炷翝仓Y(jié)束后12～18 h，灑水養(yǎng)護(hù)混凝土面。拆模后鋪麻袋專人灑水養(yǎng)護(hù)。

(17)缺陷修補(bǔ)。拆模后若發(fā)現(xiàn)混凝土有缺陷，提出處理意見(jiàn)，征得監(jiān)理工程師同意后才能進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)不同的混凝土缺陷，按監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的相應(yīng)方法進(jìn)行處理，直至滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

(18)灌漿。引水洞回填灌漿孔布設(shè)在頂拱120°范圍內(nèi)，二、三孔交錯(cuò)布置，排距2 m、入巖0.1 m。固結(jié)灌漿孔，間排距3 m，前后排交錯(cuò)布置，入巖8 m。灌漿時(shí)，按先回填灌漿、后固結(jié)灌漿的順序進(jìn)行，回填灌漿在襯砌混凝土達(dá)70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，固結(jié)灌漿在該部位回填灌漿結(jié)束7 d后進(jìn)行。

6 施工資源配置計(jì)劃

每班計(jì)劃投入的設(shè)備、人員數(shù)量見(jiàn)表1、2。

表1 擬投入設(shè)備計(jì)劃

表2 擬投入人員計(jì)劃

根據(jù)施工需要，制定并加強(qiáng)質(zhì)量管理辦法及安全技術(shù)措施的執(zhí)行力度，按當(dāng)?shù)卣h(huán)保要求，加強(qiáng)文明施工與環(huán)境保護(hù)措施的執(zhí)行力度，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行。

7 結(jié) 語(yǔ)

CCS水電站作為中國(guó)電建在南美地區(qū)承建的首個(gè)集設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工于一體的EPC交鑰匙工程，在嚴(yán)格執(zhí)行當(dāng)?shù)夭捎玫拿绹?guó)規(guī)范過(guò)程中，積極引進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的施工技術(shù)，通過(guò)與業(yè)主、監(jiān)理咨詢充分溝通，增進(jìn)理解，取得共識(shí)，為工程順利實(shí)施提供了重要保障并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為中國(guó)先進(jìn)的施工技術(shù)走向國(guó)際進(jìn)行了有效的探索。