固增水電站特長引水隧洞薄壁混凝土襯砌施工

吳 利 國， 王 軍 紅

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

固增水電站為引水式發(fā)電，引水隧洞沿木里河左岸布置，總長度為11.06 km，襯砌后的斷面為馬蹄形(6.1 m×7.8 m)，Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類圍巖的襯砌厚度分別為0.3 m(單層鋼筋網(wǎng))、0.4 m和0.6 m(雙層鋼筋網(wǎng))，混凝土強度等級為C25W6F50。共設(shè)6條施工支洞作為交通道路。混凝土澆筑采用先底板后邊頂拱分倉施工的方式，邊頂拱采用定型鋼模臺車。施工中存在的主要問題：①開挖工期滯后，導(dǎo)致襯砌時間不足：如關(guān)鍵線路總長度為2 050 m，其開挖受富水影響完成滯后；襯砌邊頂拱及底板共設(shè)342倉，而距完成節(jié)點目標的時間僅剩6個月(按正常施工須10發(fā)明專利：《一種用于深埋有壓過水隧洞的泄水系統(tǒng)》CN202210055567.3個月)，導(dǎo)致工期緊張；②交通布置單一，合理規(guī)劃是其重點：如關(guān)鍵線路總長度為2 050 m，僅有兩條施工支洞，高峰期有8個工作面，機械設(shè)備較多，交通易堵塞，對施工進度影響較大；③薄層結(jié)構(gòu)，施工質(zhì)量難以保證：如邊頂拱混凝土的襯砌厚度為30～60 cm，鋼筋密度大，施工人員無法進入，存在振搗困難、預(yù)埋灌漿管易移位及頂拱澆筑不易飽滿等問題；④有壓富水洞段長，施工影響大：如富水洞段有壓滲水點多，充水后洞內(nèi)水壓較大、易外滲，放空檢查時洞內(nèi)無水壓，外部滲水對薄層混凝土結(jié)構(gòu)擠壓造成的破壞性較大。本文針對固增水電站特長引水隧洞薄壁混凝土襯砌施工采取的有效措施進行了闡述。

2 采取切實有效的施工措施，保證施工進度

2.1 墊層分段澆筑

針對關(guān)鍵線路1～2號施工支洞控制段總長度為2 050 m的實際情況，選擇靠下游1/3處為分界點向兩端實施，有助于下游段墊層優(yōu)先澆筑完成，進而提前啟動底板施工。從分界樁號起以100 m為一段先清理，待其驗收合格后拉通澆筑。在后續(xù)清理澆筑墊層時優(yōu)先確保底板混凝土澆筑。按該方式進行墊層清理每倉澆筑實際用時為6 d，關(guān)鍵線路墊層混凝土澆筑共用時2.7個月，從而為底板澆筑爭取了時間。

2.2 底板連倉澆筑

針對關(guān)鍵線路的襯砌方案，考慮了先底板、后邊墻的混凝土澆筑方式(因墊層和底板制約著邊頂拱的啟動施工，即優(yōu)化墊層和底板施工方法能夠促進施工進度)。優(yōu)先進行墊層的清理與澆筑，待澆筑200 m后啟動底板施工。根據(jù)底板設(shè)計結(jié)構(gòu)厚度為30～60 cm較薄的特性，選用2～8倉連澆進行了生產(chǎn)性試驗。將施工縫與結(jié)構(gòu)縫處的鋼筋斷開，對襯砌厚度1/2處水平安裝橡膠止水，對止水以外的縫間安裝聚乙烯閉孔泡沫板分隔澆筑以保證結(jié)構(gòu)縫處的混凝土斷開。聚乙烯泡沫板兩側(cè)用Φ16 mm鋼筋加固，混凝土初凝前拆除加固鋼筋，二次復(fù)振以確保振搗密實。試驗結(jié)果證明該措施效果較好。據(jù)此，最終確定8倉底板一起備倉連續(xù)澆筑[1]，且現(xiàn)有資源利用效果最佳。從關(guān)鍵線路中間向兩端開始澆筑，每周單個工作面澆筑兩次，共16倉，約193 m。最終結(jié)果為：關(guān)鍵線路底板實際澆筑用時3個月完成，為邊頂拱提前啟動創(chuàng)造了條件。

2.3 邊頂拱跳倉澆筑

由于2號洞上游底板較1號洞下游底板提前1個月完成，從而促進了2號洞上游邊頂拱可提前1個月啟動澆筑；關(guān)鍵線路的施工總共計劃了5臺襯砌臺車，5臺簡易鋼筋安裝臺車，底板澆筑完成前1個月在距2號支洞三岔口1/3處安裝了2臺鋼筋臺車，向上游啟動邊頂拱鋼筋制安，每天保證完成2倉，以保證邊頂拱混凝土澆筑不受鋼筋安裝制約；利用2號洞控制段下游已澆筑完成的底板就近安裝了4臺襯砌臺車和2臺鋼筋臺車待命，剩余的1臺鋼筋臺車和1臺襯砌臺車待1號洞控制段下游底板澆筑完成后，從1號洞上游行走進入關(guān)鍵線路，從而減少了直線工期安裝時間；2號洞上底板澆筑完成后，將所安裝的4臺襯砌臺車和2臺鋼筋臺車行走至已安裝鋼筋的部位，靠下游的2臺鋼筋臺車向下游啟動安裝鋼筋，相鄰2臺襯砌臺車待命至1號洞的下底板澆筑完成后向下游澆筑，靠上游的2臺襯砌臺車向上游跳倉澆筑[2]，澆筑完成4 h后拆除所附加的橫向撐桿提供交通，采用液壓千斤頂支撐模板，保證3 d澆筑2倉邊頂拱，該施工措施促進了邊頂拱提前1個月啟動澆筑，從而均衡了兩條支洞運輸?shù)膲毫Γ?號洞下底板澆筑完成后具備雙向交通的條件，2號洞待命的2臺襯砌臺車向下游啟動襯砌，1號洞的2臺襯砌臺車繼續(xù)向上游澆筑，待1號洞的鋼筋臺車和襯砌臺車行走至三岔口下游時，開始向下游啟動襯砌。至此，關(guān)鍵線路上的5臺襯砌臺車和5臺鋼筋臺車共3個工作面全部投入使用，臺車從1號洞向2號洞依次編號，1號和2號臺車為一組，交通為1號施工支洞。4號和5號臺車為一組，交通以2號施工支洞為主，3號臺車作為調(diào)劑工作面使用，其交通為兩個支洞穿插。1號臺車需保證2 d 1倉，2號～5號臺車為2 d完成5倉。該措施的實施比計劃提前1個星期的時間完成任務(wù)，從而保證了節(jié)點工期的實現(xiàn)。引水隧洞襯砌后的效果見圖1。

圖1 引水隧洞襯砌后的效果圖

3 提高施工質(zhì)量的技術(shù)措施

3.1 臺車設(shè)計

臺車設(shè)計的主要目的是為了解決轉(zhuǎn)彎重組、預(yù)埋灌漿管固定、混凝土入倉振搗等問題。臺車的設(shè)計方案為兩跨合并由螺栓連接，轉(zhuǎn)彎時打開連接，跨間外弧加入楔形模板，將直段臺車改為彎段使用；灌漿孔的固定裝置在臺車面板上按設(shè)計的間排距設(shè)置，由螺栓、擋板、楔子和卡口組成，預(yù)埋PVC灌漿管穿過預(yù)留孔口，端頭緊貼噴混凝土面，采用臺車面板固定裝置段的四周螺栓固定，不埋管部位將關(guān)閉擋板以封堵預(yù)留孔口，背部采用螺栓固定以防止松動漏漿，該裝置已獲得國家《一種用于巖壁灌漿的鋼模臺車灌漿裝置》的實用新型專利(授權(quán)公告號：CN210195773U)。為便于混凝土均勻合理地入倉，減少澆筑過程中的周轉(zhuǎn)次數(shù)，在臺車頂拱設(shè)一排進料窗口，兩側(cè)各2層，每層4個。在臺車肋板距窗口較遠處安裝輔著式振搗器，梅花形布置，48個/臺，復(fù)振器安裝獨立開關(guān)，用于不同區(qū)域的輔助振搗。合理設(shè)計的臺車解決了轉(zhuǎn)彎時快速的重組，預(yù)埋灌漿管安裝了加固防移裝置，分層分段下料入倉，合理有序啟動復(fù)振器，提高了混凝土澆筑速度和外觀質(zhì)量。

3.2 優(yōu)化配合比

28 d混凝土終凝過程會產(chǎn)生大量的水化熱，當其內(nèi)外溫差超過15℃時產(chǎn)生的拉應(yīng)力會形成裂縫而造成結(jié)構(gòu)破壞。用于砂石骨料生產(chǎn)的母巖檢測結(jié)果表明其存在堿活性潛在危害[3]，按照《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T5151-2001，其7 d砂漿棒快速法測試膨脹率為0.324%，28 d膨脹率為0.632%，不滿足規(guī)范要求小于0.1%的要求。

按照以往經(jīng)驗，摻加適量的粉煤灰可以抑制堿活性骨料潛在的危害性。在該理論基礎(chǔ)上，通過采用不同粉煤灰的摻量進行了抑制堿活性骨料試驗，試驗結(jié)果表明：采用粉煤灰摻量為30%時抑制效果最佳。同時，30%的粉煤灰摻量混凝土90 d的抗壓強度較28 d提高了1.2倍以上，該水膠比抗壓強度亦增長了10 MPa，從而解決了堿活性問題，也提高了混凝土后期強度。

90 d齡期的混凝土流動性較差，振搗不到位，易出現(xiàn)缺陷。項目部根據(jù)洞室呈馬蹄形結(jié)構(gòu)的特點：對一倉混凝土澆筑在高程方向劃分為三個區(qū)，一區(qū)范圍為拱腰以下易振搗部位，每側(cè)設(shè)置兩排振搗窗口，每排有4個窗口供下料，易振搗，澆筑C9025W6F50二級配混凝土，通過振搗滿足質(zhì)量要求；二區(qū)為拱腰至拱肩部位，該部位無法采用人工振搗，遂利用頂拱窗口進料，澆筑C9025W6F50一級配混凝土，通過復(fù)振器振搗滿足質(zhì)量要求；對于拱肩以上頂拱部位及存在的空腔，采用C25W6F50高流態(tài)一級配混凝土充填飽滿[4]。

3.3 混凝土入倉方式

混凝土澆筑入倉采用泵送為主、溜槽為輔的方式。泵管接入臺車中間，采用動滑輪控制并固定，泵管端頭安裝彎管，端頭套接6 m長的軟管，搭設(shè)簡易溜槽，用動滑輪升降泵管分層送料，彎管旋轉(zhuǎn)軟管左右送料至溜槽，移動溜槽給各窗口均勻分料。為控制下料的高度并防止骨料分離堆積在模板面而造成架空形成混凝土缺陷，采用下料從低到高的窗口逐層上升，從中間至兩端、兩側(cè)均勻上升的進料方式，將進料窗口處的鋼筋斷開，溜槽深入鋼筋內(nèi)側(cè)，在端頭設(shè)計擋板以阻擋粗骨料分離。對于同層的各窗口均勻澆筑升層至窗口下方50 cm處時恢復(fù)鋼筋，關(guān)閉窗口，改為上層下料的方式。對于最后一排窗口頂拱的澆筑，采用臺車正頂拱預(yù)留接頭、利用泵機沖力從先澆塊段向后澆塊段逐層澆筑，在端頭封堵模板頂部預(yù)留窗口或通過木模板間的滲透水印痕跡觀察澆筑高度。對于頂拱開挖支護遺留的空腔部位采用泵管至頂部的方式，通過預(yù)埋排氣孔泄壓以保證邊頂拱澆筑飽滿。提前量測斷面、計算方量供澆筑時參考，頂拱澆筑的飽滿程度通過泵送聲音和端頭模板預(yù)留口溢漿進行判斷。

3.4 密封模板縫

對于矮邊墻的收倉線部位安裝∠3 cm的角鋼平行底板以保證澆筑施工縫面平順；在臺車靠攏前，對矮邊墻上口的拉線進行打磨校直以確保所搭接5 cm的部位處于同一平面以減小縫隙漏漿；清理模板下口的雜物，在矮邊墻搭接已打磨平順的混凝土上口粘貼2 mm厚的雙面泡沫膠，打開臺車液壓千斤頂，迫使邊頂拱模板下口與矮邊墻搭接部位緊密接觸；采用手電筒照射的方式檢查搭接部位的密實性；對不密實部位補打泡沫膠進行密封；根據(jù)襯砌斷面較小的特點，采用I16工字鋼對撐桿進行支撐，并在撐桿兩端安裝千斤頂，根據(jù)襯砌厚度，在臺車下部大梁均勻?qū)?～6根，將受力均勻傳遞至模板面，防止?jié)仓r受混凝土擠壓漲模造成矮邊墻搭接部位漏漿；對于襯砌厚度較小的部位，臺車環(huán)向端頭模板采用5 cm厚木模，利用臺車端頭環(huán)向設(shè)計的雙排固定環(huán)插入木模，對其背部采用木楔打緊，泡沫膠密封縫隙，防止混凝土澆筑過程漏漿，確保止水部位混凝土的澆筑質(zhì)量。

3.5 加強振搗

鑒于底板以上4 m范圍為仰拱，所產(chǎn)生的氣泡不易排出，欠振造成的混凝土缺陷較多；而4 m至頂拱呈俯拱式，所澆筑的模板承重，不易聚集氣泡，富漿多，澆筑外觀較好。對于仰拱區(qū)域采取了以下措施加強振搗：①嚴格控制下料澆筑厚度不大于50 cm，采用φ50 mm軟軸振搗器插入鋼筋與基巖之間進行振搗；②利用鋼筋保護層4 cm的間距，采用φ30 mm軟軸插入模板與鋼筋間進行二次復(fù)振；③打開振搗區(qū)域模板外側(cè)輔振器，震動5～10 s，暫停3 min，重復(fù)2～3遍(連續(xù)震動易造成混凝土過振而降低其表面強度)；④對于振搗盲區(qū)部位，采用φ50 mm軟軸棒頭在模板外側(cè)間斷振動，將混凝土表面停留的氣泡排除。

4 采用引堵排措施解決富水問題

對于大面積滲水，采用打孔減壓引排的方式進行處理，對其表面鋪柔性防水板材，下部刻槽埋PE管引排，在后期滲水變小時采用灌漿封堵。對于滲水較大部位安裝單向逆止閥[5]；對于涌水較大的部位設(shè)集水坑采用水泵抽排，后期埋管回填并安裝單向逆止閥；底板澆筑時在其上游段堆碼沙袋形成擋水圍堰，采用水泵抽排的方式防止外來水流入影響澆筑；將邊頂拱的滲水采用打孔埋管的方式引排至矮邊墻，刻槽預(yù)留通道引排；混凝土澆筑完成后，對于其表面有滲水的部位采用濃漿加水玻璃或速凝劑灌漿封堵；對于涌水部位，根據(jù)流量安裝φ100 mm、φ50 mm和φ32 mm的單向逆止閥，單向逆止閥的作用是阻止外水通過管道閥門進入巖體。當巖體內(nèi)部的積水大于閥門外側(cè)0.1 MPa時打開排水閥，防止后期運行或放空檢查時巖體中的積水壓力過大破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該工程富水段的處理已獲得《一種用于深埋有壓過水隧洞的泄水系統(tǒng)》CN202210055567.3發(fā)明專利。

5 結(jié) 語

作為EPC模式，充分發(fā)揮了其施工特長，通過聯(lián)動機制統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，抓住重點，優(yōu)化工藝等措施，按期完成了引水隧洞的襯砌任務(wù)，所取得的施工經(jīng)驗可為類似工程提供參考。