小轉(zhuǎn)彎半徑大斷面引水隧洞上平段襯砌施工技術(shù)

邱 勇，余文飛

(1.南昌水利投資發(fā)展有限公司，江西 南昌 330000；2.中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

0 引言

引水隧洞是位于進(jìn)(出)水口和廠房之間用于輸送水流的隧洞，其斷面需滿足設(shè)計(jì)流量，一般采用圓形斷面型，為混凝土過流區(qū)有壓洞室；洞身段是由噴錨支護(hù)和現(xiàn)澆鋼筋混凝土組成的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。引水隧洞分底拱和邊頂拱2個升層澆筑完成：先澆筑底拱混凝土，利用澆筑完成的底拱鋪設(shè)臺車軌道；再將邊頂拱混凝土利用鋼模臺車襯砌。引水隧洞上平段一般設(shè)計(jì)有直線段和圓弧段2種結(jié)構(gòu)，且采用鋼模臺車襯砌，設(shè)計(jì)倉位較多。直線段圓形隧洞施工較為簡單，而控制彎弧段圓形隧洞襯砌施工質(zhì)量的難度較大。

本文依托烏東德水電站左岸引水隧洞上平段襯砌施工，總結(jié)小轉(zhuǎn)彎半徑大斷面引水隧洞襯砌施工技術(shù)。

1 工程概況和施工難點(diǎn)

烏東德水電站左岸引水隧洞采用單機(jī)單洞布置，共6條，洞軸線間距37 m，1#～6#引水隧洞上平段平面上采用直線→弧線→直線布置，均為小轉(zhuǎn)彎半徑大段面引水隧洞，平面弧段軸線半徑分別為235 m、198 m、161 m、124 m、87 m和50 m，是圓心角為69.25°的圓弧段。引水洞上平段開挖后直徑16.1 m，襯砌混凝土厚度1.2 m，襯砌后直徑13.5 m，中心高程923.25 m。引水隧洞上平段直徑大，襯砌混凝土分上、下兩層澆筑，先澆筑底拱100°范圍混凝土，再澆筑邊頂拱260°范圍混凝土(鋼模臺車澆筑)。含漸變段，6條引水洞上平段混凝土總量約64 901 m3，其中，鋼模臺車澆筑區(qū)域混凝土總量約4.5萬m3，混凝土強(qiáng)度等級C30；1#～2#隧洞采用4.5 m+4.5 m鋼模臺車；3#～6#隧洞采用3 m+3 m+3 m鋼模臺車澆筑。引水隧洞上平段標(biāo)準(zhǔn)洞身段特性詳見表1所列。

表1 引水隧洞上平段標(biāo)準(zhǔn)洞身段特性表m

烏東德水電站左岸引水隧洞上平段襯砌施工存在3個方面的關(guān)鍵點(diǎn)：

1)引水隧洞混上平段凝土襯砌結(jié)構(gòu)形式為圓形，平面設(shè)計(jì)為直線→弧形→直線布置，襯砌混凝土屬混凝土過流面，難以控制施工質(zhì)量，尤其在縱向和橫向施工縫接縫平順上尤為重要。

2)引水隧洞上平段布置為相同圓心、不同直徑的弧形洞室，需要布置合適的臺車數(shù)量完成工程任務(wù)，同時要保證襯砌輪廓質(zhì)量。

3)引水隧洞上平段襯砌施工期長，臺車需多次拆裝，合理規(guī)劃臺車拆裝位置是整個施工過程的關(guān)鍵控制要點(diǎn)，且臺車安拆的質(zhì)量和安全是后續(xù)襯砌施工的重要保障。

2 技術(shù)思路和施工工藝流程

2.1 技術(shù)思路

針對烏東德水電站左岸引水隧洞上平段襯砌施工關(guān)鍵點(diǎn)，提出以下技術(shù)思路：

1)為解決底拱及邊頂拱接縫質(zhì)量難點(diǎn)，在鋼模臺車底口使用翻模搭接技術(shù)，在底部翻模施工30 cm范圍混凝土初凝前人工抹面并收光；為解決先澆塊邊頂拱與后澆塊邊頂拱之間搭接的環(huán)向施工縫平順難點(diǎn)，在先澆塊與后澆塊接縫處設(shè)置柔性搭接模[1]。

2)為解決不同半徑彎弧段、同一斷面尺寸隧洞混凝土襯砌難點(diǎn)，在3個3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間和2個4.5 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)鋼模板臺車之間增設(shè)不同型號湊合節(jié)，將湊合節(jié)拆卸后，標(biāo)準(zhǔn)段鋼模臺車拼裝完成施工直線段混凝土襯砌。

3)為確保整個施工有序推進(jìn)，規(guī)劃1#～2#引水隧洞采用4.5 m+4.5 m鋼模臺車實(shí)施，3#～6#引水隧洞采用鋼模臺車實(shí)施，臺車拆卸位置主要在直線段施工，確保臺車拼裝安全及質(zhì)量。

2.2 施工工藝流程

底拱混凝土施工工藝流程為：基巖清理、驗(yàn)收→測量放樣→插筋安裝→鋼筋綁扎→模板安裝→預(yù)埋件安裝、沖倉→倉位驗(yàn)收→立模板→澆筑混凝土→拆?！?、養(yǎng)護(hù)。

邊頂拱襯砌混凝土施工工藝流程如圖1所示。

圖1 邊頂拱襯砌混凝土施工流程圖

3 主要施工技術(shù)

底拱混凝土澆筑采用定制弧形散裝模板施工，初凝前拆模抹面，底拱混凝土澆筑完成，達(dá)到齡期后，安裝臺車軌道及組裝鋼模臺車，并采取墊砂硬化對底拱混凝土面進(jìn)行保護(hù)，同時將保護(hù)措施作為交通通道一并考慮。鋼模臺車采用增加楔形模板襯砌圓弧段區(qū)域，拆除楔形模板襯砌直線段區(qū)域，這樣實(shí)現(xiàn)臺車在圓弧與直線段襯砌的實(shí)用性。同時，鋼模臺車底口設(shè)置翻模以更加適應(yīng)圓弧線性，橫縫搭接采用柔性搭接模板[1]，更能滿足混凝土水流區(qū)域質(zhì)量要求，整個倉位澆筑完成后正常養(yǎng)護(hù)。

3.1 分倉規(guī)則

結(jié)合設(shè)計(jì)技術(shù)要求及圍巖類型，確保以直代曲結(jié)構(gòu)體型要求，引水洞標(biāo)準(zhǔn)洞身段平面上由直線段→彎段→直線段組成，其中上、下游直線段分段長度7 m，中間彎段內(nèi)側(cè)平均分段長度為9 m，一共分為133倉，具體規(guī)則如下：

1) 1#段總長312.73 m，其中上、下游直線段(14.37 m)均分為2倉澆筑，中間彎段分30倉澆筑，總共34倉；

2) 2#段總長268.04 m，其中上、下游直線段(14.37 m)均分為2倉澆筑，中間彎段分26倉澆筑，總共30倉；

3) 3#段總長223.82 m，其中上、下游直線段(14.37 m)均分為2倉澆筑，中間彎段分20倉澆筑，總共24倉；

4) 4#段總長178.60 m，其中上、下游直線段(14.37 m)均分為2倉澆筑，中間彎段分16倉澆筑，總共20倉；

5) 5#段總長133.89 m，其中上、下游直線段(14.37 m)均分為2倉澆筑，中間彎段分11倉澆筑，總共15倉；

6) 6#段總長89.17 m，其中上、下游直線段(14.37 m)均分為2倉澆筑，中間彎段分6倉澆筑，總共10倉。

3.2 底拱混凝土施工

底拱混凝土澆筑范圍為底部100°范圍[2]，底拱混凝土先進(jìn)行基礎(chǔ)面清理后設(shè)置樣架，樣架根據(jù)臺車楔行模板位置定點(diǎn)放樣，然后進(jìn)行鋼筋綁扎及模板安裝，底拱模板為翻模，底拱翻模區(qū)域與臺車底口翻模[3]尺寸逐一對應(yīng)，模板一次安裝完成，分序拆除后進(jìn)行抹面施工，在模板背面設(shè)置下料口及振搗口，混凝土澆筑完成后先進(jìn)行試拆模，試拆模達(dá)到條件后再進(jìn)行大面積拆模作業(yè)。

根據(jù)混凝土初凝時間確定拆模時間，拆模時間應(yīng)按照混凝土初凝前2～3 h控制，主要按照已澆混凝土強(qiáng)度為準(zhǔn)，既要有足夠的抹面操作時間，又要確?；炷敛蛔冃巍⒉涣魈?。拆模后及時進(jìn)行樣架鋼管和節(jié)安螺桿的拆除，并用原漿填補(bǔ)坑槽，最后進(jìn)行3次抹光收面施工，滿足過流面不平整度和成型偏差要求。底拱混凝土采用保溫被及覆蓋砂進(jìn)行保護(hù)，上面設(shè)置20 cm混凝土硬化層作為車輛通行的通道。底拱混凝土主要施工關(guān)鍵是將圓弧段楔形模板位置定位準(zhǔn)確，其次是保證混凝土過流面質(zhì)量內(nèi)實(shí)外光。

3.3 軌道鋪設(shè)

鋼模臺車軌道的鋪設(shè)在已澆筑底拱混凝土面的軌道基座上，基座利用底拱預(yù)埋定位錐進(jìn)行加固，基座順?biāo)飨虿贾瞄g距100 cm，滿足弧段結(jié)構(gòu)體型需求。基座安裝加固完成后，采用全站儀對軌道軸線進(jìn)行測量，并采用紅油漆進(jìn)行標(biāo)識，在基座上方鋪設(shè)型鋼軌道，軌道與基座之間采用高強(qiáng)螺栓連接加固，軌道上設(shè)置夾軌器以固定鋼模臺車。具體軌道埋設(shè)及加固如圖2所示。

圖2 鋼模臺車軌道鋪設(shè)示意圖

3.4 鋼筋制作和安裝

3.4.1 鋼筋加工制作

專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)施工圖和技術(shù)文件進(jìn)行加工配料設(shè)計(jì)，并編制加工配料單下發(fā)到鋼筋加工廠。鋼筋加工廠按照配料單的要求進(jìn)行加工制作、堆放、標(biāo)識，由質(zhì)量人員進(jìn)行檢查、驗(yàn)收，符合質(zhì)量要求出廠安裝。

3.4.2 鋼筋現(xiàn)場安裝

現(xiàn)場作業(yè)人員憑鋼筋配料單到鋼筋加工廠辦理該施工部位鋼筋領(lǐng)料手續(xù)，平板汽車運(yùn)到現(xiàn)場，使用汽車吊吊裝到施工部位，施工人員利用鋼筋臺車進(jìn)行鋼筋安裝。

1)底拱鋼筋綁扎。先由測量放出中線、邊線及高程控制點(diǎn)。利用底板錨筋和結(jié)構(gòu)鋼筋搭焊2 m×2 m網(wǎng)格鋼筋樣架，架立筋核對無誤后，由人工按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼筋綁扎、套接、電焊加固。

2)邊頂拱鋼筋綁扎。首先利用鋼筋臺車或承重排架上的施工平臺在邊、頂拱錨桿加焊的延長筋上測量，并用紅油漆標(biāo)示點(diǎn)，在頂拱錨桿上焊接18 mm鋼筋，利用結(jié)構(gòu)鋼筋拉線、彎弧形成1.5 m×2 m網(wǎng)格鋼筋樣架，鋪設(shè)鋼筋的同時加密18 mm錨桿拉筋，以保證頂拱鋼筋安裝完成后的穩(wěn)定。由人工按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行綁扎、套接、焊接。

3)鋼筋綁扎、套接、焊接。采用扎絲梅花形綁扎。當(dāng)采取焊接時，雙面焊焊縫長度為5倍鋼筋直徑，單面焊焊縫長度為10倍鋼筋直徑，焊縫高度為0.25倍鋼筋直徑，且不小于4 mm；焊縫寬度為0.7倍鋼筋直徑，且不小于10 mm，鋼筋接頭打彎焊接后在同一軸線上。為滿足混凝土高強(qiáng)度施工需要，對于直徑≥25 mm的鋼筋連接，采用鋼筋直螺紋或正反絲套筒連接工藝。

3.5 鋼模臺車結(jié)構(gòu)及安裝

引水隧洞典型斷面邊頂拱混凝土襯砌采用專業(yè)廠家設(shè)計(jì)制造的邊頂拱液壓鋼模臺車施工，鋼模臺車由頂升千斤、液壓系統(tǒng)、主動行走機(jī)構(gòu)、頂升油缸和模板總成等結(jié)構(gòu)拼裝而成，在鋼模臺車接縫拼裝前，將湊合節(jié)和柔性搭接與鋼模臺車模板采用高強(qiáng)螺栓連接加固[1]，其中，鋼模臺車柔性搭接模板及湊合節(jié)施工平面圖如圖3所示，湊合節(jié)及柔性搭接模板拼裝圖如圖4所示。鋼模臺車安裝加固完成后，經(jīng)相關(guān)單位聯(lián)合驗(yàn)收通過后，方可投入施工。楔形模板須在直段進(jìn)行安拆作業(yè)。鋼模臺車布置圖如圖5所示。

圖3 鋼模臺車柔性搭接及湊合節(jié)施工平面圖

圖4 湊合節(jié)及柔性搭接模板拼裝圖

圖5 鋼模臺車斷面圖

1)走車定位。待襯砌倉位利用鋼筋臺車對鋼筋驗(yàn)收合格后，鋼模臺車行走至待襯砌倉位，通過限位器固定臺車，先對鋼模臺車面板鏟灰刷油，再調(diào)整邊墻模板，最后根據(jù)測量校正點(diǎn)，用鋼模臺車門架上的液壓千斤頂調(diào)整頂拱模板。

2)底口翻模和封頭模板施工。鋼模臺車下口采用翻模施工，利用臺車側(cè)模及支撐桿件加固，緊密貼合混凝土面。封頭模板采用弧形鋼模板施工，靠近基巖以及鋼筋過縫處采用木模補(bǔ)缺，封頭模板兩側(cè)預(yù)留15 cm寬度以保證鋼筋過縫，中間采用整塊定型弧形鋼模板，頂拱封頭模板預(yù)留澆筑觀察窗口，封頭模板緊貼鋼模臺車頂拱面板端頭，封頭模板采用內(nèi)拉內(nèi)撐的方式加固，底口翻模[3]采用高強(qiáng)螺栓與臺車側(cè)模板面連接加固，如圖6所示。

圖6 底口翻模大樣圖

3.6 混凝土澆筑

引水隧洞邊頂拱采用泵送混凝土澆筑，將泵管接引至鋼模臺車預(yù)留進(jìn)料窗口或封拱器下料。泵管利用鋼模臺車進(jìn)行反吊加固，混凝土經(jīng)溜筒下料至倉面，澆筑坯層厚度按40～50 cm控制。通過分層下料分層振搗的方式，保證混凝土成型后內(nèi)實(shí)外光。頂拱混凝土澆筑時，由封拱器進(jìn)料，直到觀察窗口溢漿，鋼模臺車頂模配有附著式振搗器進(jìn)行振搗。

在混凝土入倉后，用人工配合振搗設(shè)備將堆積的混凝土振平，鋪成規(guī)定的厚度，振搗器垂直插入混凝土并略有傾斜，傾斜方向應(yīng)與模板弧線方向保持一致，便于氣泡排除，振搗時插入下層混凝土5 cm左右，插入混凝土的間距不得超過振搗器有效半徑的1.5倍，依次振搗直至密實(shí)，在鋼筋密集部位、有預(yù)埋件部位、模板附近應(yīng)細(xì)心振搗，不應(yīng)觸及鋼筋或預(yù)埋件?；炷恋恼駬v時間以粗骨料不再顯著下沉、表面開始泛漿為準(zhǔn)，防止欠振或過振，側(cè)拱混凝土需進(jìn)行二次復(fù)振，減少混凝土表面氣泡，復(fù)振時間控制在一次振搗作業(yè)完成20～30 min后進(jìn)行，為了防止模板變形，應(yīng)注意控制澆筑速度，一般情況下混凝土上升速度控制在1 m/h為宜，頂部1 m范圍采用附著式振搗器輔助進(jìn)行振搗[4]。

反拱區(qū)域氣泡容易附著在模板表面較難排除，混凝土澆筑過程中需要注意反拱區(qū)域混凝土振搗質(zhì)量，除按照上述措施外應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)督振搗人員復(fù)振排氣，在振搗完成后采用小直徑軟軸振搗棒在鋼筋網(wǎng)與模板間引氣，確?；炷撩婀饣瑹o氣泡附著。

3.7 拆模養(yǎng)護(hù)

鋼模臺車底口搭接翻模在底部混凝土，在初凝前拆除，人工對接縫處進(jìn)行抹面施工，保證施工縫平順連接，上下游側(cè)封頭模板拆除時間以混凝土強(qiáng)度達(dá)到其表面及棱角不損傷為原則，平面模板拆除混凝土強(qiáng)度不低于2.5 MPa，鋼模臺車脫模時間則根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)根據(jù)DL/T 5110—2013《水電水利工程模板施工規(guī)范》的要求，模板臺車脫模按強(qiáng)度控制。拆模時不能用鐵質(zhì)硬具撬打混凝土，防止破壞混凝土棱角，只能用木質(zhì)器具接觸混凝土。拆卸下來的材料要妥善保存，不得損壞，以備后用，模板要及時清理、維修，將表面雜物清洗干凈，表面刷脫模劑保護(hù)，堆放要整齊，不能隨意亂放。

采用人工灑水方式養(yǎng)護(hù)邊頂拱襯砌混凝土。在鋼模臺車脫模行走至下一倉位時，配備專人負(fù)責(zé)灑水養(yǎng)護(hù)，始終保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時間為28 d。

3.8 縫面處理

建基面將斷層和泥化夾層按規(guī)范、技術(shù)要求以及圖紙要求掏槽； 松動、空鼓巖塊用人工清撬；沖洗干凈、排除積水的基巖面，經(jīng)監(jiān)理人驗(yàn)收簽字同意后，及時澆筑混凝土覆蓋?；炷潦┕たp人工鑿毛，鑿毛或沖毛成的毛面無積渣、乳皮和積水。環(huán)縫柔性搭接模板區(qū)域[1]及底口翻模搭接區(qū)域[3]合模前應(yīng)進(jìn)行拉線取直，人工采用角磨機(jī)進(jìn)行打磨平順，粘貼止?jié){條，通過驗(yàn)收后方可進(jìn)行下一步工序。

4 應(yīng)用效果

該施工技術(shù)在烏東德左岸地下電站引水隧洞上平段混凝土襯砌施工中得到了成功應(yīng)用。改造設(shè)計(jì)的鋼模臺車很好地解決了不同半徑彎弧段襯砌結(jié)構(gòu)體型要求、多個大斷面隧洞混凝土施工周轉(zhuǎn)使用、混凝土過流面施工縫搭接質(zhì)量等一系列難題，同時省去了后期修補(bǔ)投入，優(yōu)質(zhì)高效地完成了烏東德左岸地下電站引水隧洞上平段混凝土襯砌施工。該施工技術(shù)操作簡單、方便快捷、兼容直線段和彎弧段混凝土施工、能夠周轉(zhuǎn)使用，有效提升了小半徑彎弧段大斷面隧洞混凝土施工縫搭接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了混凝土過流面混凝土結(jié)構(gòu)體型技術(shù)要求。該施工技術(shù)減少了鋼模臺車數(shù)量，避免了木模補(bǔ)縫和底口修補(bǔ)，從而降低了工程量；與常規(guī)施工技術(shù)相比，應(yīng)用該施工技術(shù)直接節(jié)約工程成本約258.69萬元，見表2所列。

表2 隧洞襯砌施工工程量和成本比較情況

5 結(jié)語

針對烏東德水電站左岸引水隧洞襯砌施工關(guān)鍵點(diǎn)，本文通過在鋼模臺車底口增設(shè)翻模、在新老混凝土接縫處增設(shè)柔性搭接模、在多分段拼裝式鋼模板臺車之間增設(shè)不同型號湊合節(jié)等方法優(yōu)化常規(guī)施工技術(shù)，研究提出小轉(zhuǎn)彎半徑大斷面引水隧洞襯砌施工技術(shù)。應(yīng)用效果表明，烏東德水電站引水隧洞襯砌混凝土工程質(zhì)量優(yōu)良，檢查合格率100%，優(yōu)良率達(dá)96%以上，在質(zhì)量要求高、安全風(fēng)險(xiǎn)較大、工期極其緊張的情況下，高效率高質(zhì)量完成了混凝土襯砌施工，為第一批機(jī)組發(fā)電目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。