溪洛渡左岸地下電站工程施工技術探索與創新

唐明酉 程祖剛 尹志鵬

溪洛渡左岸地下電站，作為目前世界在建最大的地下電站，其主要工程量為：石方洞挖345.68萬立方米，噴混凝土0.6萬立方米，錨索0.45萬束，錨桿17.3萬根，掛網0.3萬t，鋼結構制安2.3萬t，混凝土143.7萬立方米，鋼筋制安9.6萬t。

工程具有項目繁多、結構復雜、工程量大、施工強度高以及金結和機電設備安裝與混凝土澆筑施工干擾大等特點和難點。而且作為目前世界在建最大的地下電站，葛洲壩施工局是第一個吃螃蟹的人，面臨諸多工程技術難題，葛洲壩人始終秉承集團公司優良傳統，刻苦鉆研，勇闖難關，屢創先進技術為工程保駕護航，圓滿完成了溪洛渡左岸地下電站各級節點目標，并取得了一系列豐碩技術成果。

一、特大巖錨梁精細施工

溪洛渡左岸地下電站主廠房上、下游巖壁設有巖壁吊車梁，設計最大載荷2000t，是目前世界最大的巖錨梁之一。布置在廠橫0-79.52～廠橫0+304.50段，坐落在開挖成型的巖臺上，單面長384.02m，為鋼筋混凝土牛腿結構，牛腿底部高程387.75m，頂面高程391.00m，梁面寬2.65m。

巖壁吊車梁巖錨梁的開挖和混凝土施工是地下廠房工程中施工難度最大、質量要求最高的工程項目，其施工質量好壞密切關系到橋機運行和機組安裝安全。施工局積極響應中國三峽集團創建“西部典范工程”的號召，樹立“與三峽地下廠房媲美”的信念，提出了“巖錨梁開挖創一流的質量標準，巖錨梁混凝土達到‘平、直、光’質量要求，創‘免裝修工程’”的質量目標，成立攻關工作小組，大力開展科學試驗和技術探索。開挖中針對巖層破碎、巖性不均勻、開挖成型困難等不利條件，采用個性化爆破設計，及時控制、調整裝藥量及裝藥結構，利用“精細爆破技術”確保巖錨梁開挖優質成型；同時將巖錨梁分4區開挖避免大藥量爆破損傷巖臺；造孔過程中保護層垂直光爆孔、巖臺垂直孔和斜面孔采用樣架導向定位，孔深采取定長鉆桿及限位橫桿控制。開挖測量數據顯示巖錨梁巖臺角度偏差0.37°、平整度為4.4cm，半孔率98.2%，平均超挖4.9cm，巖錨梁上直立面、斜面和下直立面三面平整、棱角分明，成型優良，創建了地下工程的優質品牌。

混凝土施工中選用多卡大模板（3.1m高×3.0m寬×12㎝厚）和底模定型三角體模板相結合，采用無拉條免裝修施工工藝。實現了混凝土快速高質量施工，巖錨梁混凝土施工質量達到內實外光、輪廓清晰、棱角分明，外觀成形質量優良，表面無明顯接縫及裂縫。

巖錨梁開挖質量效果。

左岸地下廠房巖錨梁開挖和混凝土施工質量控制效果顯著，達到“精品工程”質量標準，得到金沙江質量檢查專家組的一致肯定。地下廠房巖壁吊車梁免裝修混凝土模板施工工藝被評為中國電力建設企業協會施工工法。

巖錨梁混凝土澆筑質量效果。

頂拱中導洞支護施工。

二、大跨度洞室快速優質開挖支護

左岸主廠房、主變室、尾調室三大洞室，設計開挖尺寸（長×高×寬）分別為：主廠房439.74m×75.6m×31.9m（28.4m）、主變室349.289m×33.82m×19.8m、尾水調壓室317.0m×95.5m×26.5m（25.0m）。為大跨度垂直高邊墻施工。

在大跨度揭頂開挖施工中，考慮到其作為洞室分層開挖的第一步，也是安全問題最為突出、開挖程序最為復雜、支護型式最為繁多的一步，認識到了大跨度地下洞室揭頂技術對水電施工行業的重要意義。于是在2006年初組織了大量技術人員對大跨度地下洞室優質揭頂技術進行了研究，從中導洞開挖與兩側擴挖的有效協調組織、優化刻槽技術、建立完善系統的地質預報及施工期安全監測體系、采用大型支護設備及時支護技術、長預應力錨桿高效施工技術等方面展開了技術攻關。實施了“中導洞先行，兩側擴挖跟進”的組織方式，兩側擴挖采用垂直開孔刻槽形成作業面，從左右兩端相向開挖，在同一工作面上下游側擴挖按錯距進行，系統支護采用三臂鑿巖臺車等大型高效支護設備隨著開挖的推進及時跟進，成功地解決了受現場工作面及施工安全的限制難以展開大規模程序化施工的問題，實現了揭頂施工中開挖、支護平行施工。通過對光爆技術、長預應力錨桿高效施工技術的研究和實踐，并從開挖作業的布孔、鉆孔、連網、爆破到支護作業的注漿方式、砂漿配合比等諸多方面進行層層質量控制，取得了良好的效果。光面爆破殘孔率達到95%；主廠房、尾水調壓室頂拱平均超挖在10cm以內，主變室頂拱平均超挖在7cm以內；錨噴支護合格率達100%，優良率達90%以上。

在垂直高邊墻開挖施工中，通過合理開挖分層布置，實施“立體多層次、平面多工序”的施工方法，針對洞室結構特性及現場實際情況，分別采用永久垂直高邊墻預裂（或預留保護層）、中槽梯段爆破及溜渣井溜渣的開挖方法，加快了施工進度，同時普遍采用邊墻定位樣架，保證了高邊墻成型質量。支護全部采用大型機械化設備及時跟進施工，加快了施工進度的同時確保了施工安全。經開挖后檢測，高邊墻開挖炮孔痕跡保留率大于95%，非地質原因的超挖值小于10cm，多個部位被溪洛渡工程建設部評為優質樣板工程。

主廠房垂直高邊墻開挖成形效果。

溪洛渡左岸尾調室下部錨噴支護。

三、大斷面深豎井壓力管道施工

溪洛渡左岸地下電站設有9條壓力管道，平行布置，每條壓力管道由上而下分為上平段、上彎段、豎井段、下彎段及下平段，管道開挖洞徑11.8m，管道過流斷面內徑為10m。壓力管道總長291.838m～405.54m，其中上、下彎段分別為45.63m、47.13m，標準豎井段高95.219m～104m。從上平段至下彎段為鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.90m，下平段、錐管段及連接段為鋼襯結構，鋼襯與圍巖之間回填混凝土。

開挖遵循多條洞平行施工，間隔開挖的原則。上、下彎段采用短進尺控制爆破，循環進尺1.5～2m，周邊孔鉆孔方向按彎段切線方向傾斜，每次開孔均進行精確計算放樣。豎井段開挖施工采用反井鉆機進行導孔鉆孔，待Ф250mm導孔形成后，反向擴挖直徑1.4m的導井，然后由下向上擴挖成直徑為3.4m的導井，最后由上向下擴挖至設計斷面；擴挖時，支護施工隨后跟進，采用一掘一支、兩掘一噴的施工程序。

混凝土施工中，針對過流面混凝土質量要求高、施工通道受限等特點，通過精心的規劃設計，充分考慮了各部位之間以及前后工序之間的施工關系，采取上下彎段施工與豎井澆筑充分結合的分倉分段澆筑方式；引入3套便于拆卸的輻條式新型滑模進行豎井段混凝土施工，結構簡單、拆裝、搬運方便，解決了受制于場地條件，不能采用整體式滑模的難題，而且在四個垂直方向設計有四組糾偏油缸，完善了滑模糾偏系統；制作使用了5套定型彎段弧形鋼模板周轉襯砌上、下彎段混凝土，實現模板在倉與倉之間、上彎段和下彎段之間以及壓力管之間的周轉循環使用，并采用弧形鋼管圍檁和徑向鋼管排架做支撐，沿彎管段圓弧半徑方向架立，用以控制混凝土在垂直水流方向上的體型，該型式能最大限度地確保混凝土成型質量符合設計要求；采用新型可快速清理H型防離析緩沖器，克服了BOX管容易破損、安全隱患大的缺點。確保了壓力管道混凝土快速、高質量、安全施工，結構體型偏差均在2cm以內，1#壓力管道上彎段及9#壓力管道豎井被評為溪洛渡水電站優質樣板工程。大斷面深豎井壓力管道混凝土施工技術獲中國施工企業管理協會科學技術獎二等獎。

壓力管道豎井施工。

壓力管道輻條式新型滑模。

四、機組混凝土快速施工設備的選擇

溪洛渡水電站左岸地下電站主廠房布置9臺機組，機組間距34.00m，單機容量77萬kW，組段總長306.81m，開挖高度78.1m，機窩縱向最大寬度為28.4m。單臺機組混凝土約1.35萬m3，9臺機組共約12.15萬m3。受開工推遲影響，工期十分緊張，加之場地狹窄等因素，地下廠房混凝土澆筑一直是關注的重點。對地下廠房混凝土澆筑的研究十分重要，選擇一套適用于大型多機組地下廠房的混凝土澆筑方法和澆筑設備，對地下廠房混凝土施工具有十分重要的意義。

根據以往經驗，地下電站廠房混凝土施工受洞內施工場地布置限制，無法布置門機、塔機等大型施工手段，一般采用膠帶機、橋機、泵機、滑槽等手段。傳統的膠帶機配取料平臺方式，完全依附主、副安裝間場地，倉內分料滑槽多，且跨多臺機組送料，對現場施工影響大，不適用于地下廠房。橋機配吊罐施工，行走距離遠，吊運一次耗時長，且受機電安裝干擾大，在溪洛渡電站只能作為備用補充手段。混凝土泵機輸送強度低，基本為負揚程輸送，容易發生堵管，也不能作為主要手段。

根據已建類似地下電站混凝土澆筑經驗，如拉西瓦、瀑布溝水電站地下廠房在澆筑混凝土時布置了梭式布料機，成功地減少了機組混凝土澆筑與機組機電安裝時的施工干擾。溪洛渡水電站地下廠房混凝土澆筑時同樣選擇布置了梭式布料機；同時為減少在狹窄的地下廠房內混凝土澆筑時產生的施工干擾，同集團公司科技中心共同研究，在廠房內還布設了無盲區高速布料系統（拐臂皮帶機），澆筑半徑52m，可覆蓋3臺機組段澆筑區域，無盲區。以上述新型設備作為主要手段的同時，還配以橋機、泵機、滑槽等常規手段，解決上述手段難以到達的部位的澆筑。

針對地下廠房施工的先進設備的投入使用，為機組混凝土快速、高質量施工奠定了堅實基礎。用時最短的一臺機組蝸殼及以上混凝土澆筑用時僅210天，較投標工期270天，節約了2個月。溪洛渡左岸地下電站機組交面時間整體提前了半年。

主廠房拐臂皮帶機澆筑。

五、機組蝸殼混凝土施工

主廠房蝸殼施工過程中，針對施工工期緊、施工強度高、施工難度大、制約因素多、技術要求高等特點，進行了全面綜合考慮，在積極學習三峽地下電站廠房蝸殼混凝土施工經驗的基礎上，對溪洛渡地下電站蝸殼混凝土施工進行了一些技術創新和改進，抓住了蝸殼施工的控制點和關鍵點，摸索出一套成熟的蝸殼混凝土施工技術措施和施工組織管理經驗，創建了溪洛渡水電站第一個蝸殼混凝土優質樣板工程。

（1）施工分層分塊

主廠房在機組之間結構縫處分段，每個機組為一澆筑段。單臺機組蝸殼外圍混凝土分層按照“1.5m～2.0m高度，最大不超過3.0m”原則共分4層澆筑（詳見蝸殼混凝土分層圖）。為便于施工組織，保證混凝土澆筑連續性，第一層在座環與蝸殼連接隔板位置設置環向施工縫，分為座環陰角混凝土（如圖中①）和外圍混凝土（如圖中②），其中外圍混凝土以機組軸心橫向偏移0.5m處為原點、沿軸線設施工縫，分成四個象限施工，共計分作5塊，澆筑順序為：座環內陰角→Ⅰ象限→Ⅲ象限→Ⅱ象限→Ⅳ象限。第二、三、四層則整塊澆筑。

（2）混凝土施工

蝸殼施工的關鍵點在于第一層澆筑，通過多次研討，采用環向主泵管和徑向分泵管組成泵送系統，徑向分泵管每個象限布置5根，3高2低。2根低泵管用于蝸殼內側底部以下大面積混凝土澆筑，3根高泵管用于蝸殼陰角頂部混凝土澆筑。

蝸殼外側采用布料機先開始澆筑，倉面從蝸殼半徑較大側布料，蝸殼內側采用泵機通過徑向低泵管跟進下料，采取外高內低澆筑方法。泵管啟用順序嚴格按照從低泵管到高泵管，方向上從蝸殼“大頭”向“小頭”方向依次啟用。高泵管倒換時機為相鄰排氣孔排濃漿后，停止澆筑，轉接下一根高泵管。

為防止蝸殼抬動，結合現場實際情況，在混凝土澆筑至距離座環陰角頂面60cm時，嚴格控制澆筑速度，要求澆筑時間控制在2h以上，即每隔10～15分鐘泵送1～2次，便于混凝土料流動和均勻分布。

澆筑過程中，在座環和蝸殼上安裝百分表，安排專人進行監測、記錄，防止蝸殼抬動變形，常態混凝土每30分鐘，泵送混凝土每15分鐘讀數記錄一次。當蝸殼出現異常變形時，立即暫停澆筑，采取調整澆筑順序、減小澆筑速度、減壓或泄壓等措施，減小變形和防止變形情況加劇。

（3）蝸殼底部接觸灌漿系統

為確保蝸殼和座環底部接觸灌漿效果，左岸地下電站采用三套灌漿系統進行接觸灌漿，三套系統互為備用。其中JTG300-38/22可重復新型灌漿管，是第一次在蝸殼灌漿中使用，其管體四周均勻設置多道出漿孔和單向開關，灌漿完成后，內部沖洗干凈，還可重復灌漿。

檢測數據顯示，溪洛渡左岸1#～9#機組座環抬動最大值為0.09～0.15mm，蝸殼抬動最大值為0.15～0.24mm，遠遠小于允許最大抬動值。通過數據對比分析，無論澆筑密實度，還是接觸灌漿成果，溪洛渡左岸9臺機組均比三峽右岸地廠6臺機組澆筑和接觸灌漿效果要好。其中8臺機組蝸殼混凝土均被評為溪洛渡水電站優質樣板工程。

蝸殼混凝土分層圖。

六、大跨度頂棚薄壁曲面混凝土施工

溪洛渡地下電站廠房頂棚結構由拱梁、肋梁、拱板組成，采用輕型復合板梁結構（即由1.6mm裝飾彩鋼板的裝飾層和65mm鋼筋混凝土結構層，以及50mm的保溫隔熱、防水層），頂拱最大跨度為31.90m，為圓弧曲面。

施工中面臨質量和工藝水平要求高，施工線路長，施工部位狹窄，與下部廠房混凝土澆筑及設備安裝之間協調配合難度大，且為高空作業，安全風險高等難題。在研究瀑布溝地下廠房頂棚施工方法的基礎上，針對溪洛渡地下廠房頂棚施工的特點，為避免施工干擾，在廠房上下游巖錨梁以上構造柱施工時研究增設了頂棚施工牛腿軌道，設計大跨度洞室橋式施工臺車作為施工手段，同時采用兩臺臺車系統形成流水作業，快速高效，解決了空間交叉作業帶來的安全及進度上的諸多難題。同時采用精確樣架、壓漿模板技術，嚴格控制澆筑厚度，確保了頂棚弧面精確成型要求。

頂棚施工質量良好，得到了業主的好評，被評為溪洛渡水電站優質樣板工程。地下廠房大跨度薄壁曲面頂棚混凝土施工工藝被評為中國電力建設企業協會施工工法。

新型可重復灌漿管在蝸殼灌漿中使用（圖中紅色管）。

七、特大斷面導流洞堵頭快速封堵施工技術

我局承建的左岸1#導流洞堵頭封堵作為擋水堵頭，是尾水改建工程一期施工的關鍵項目，長65m，為城門洞型的齒槽結構，其封堵斷面為國內目前導流洞最大封堵斷面，其最小斷面尺寸為18m×20.5m（寬×高），最大斷面尺寸為24m×26m（寬×高），中間設計有45m長的4m×5m（寬×高）城門洞型灌漿廊道。

存在工程量大、工期緊、施工質量要求高、溫控嚴、施工場地受限等難點。通過認真研究，封堵混凝土27000m3，最大單倉澆筑面積為730m2，澆筑方量為3300m3，按總工期5個月考慮，結合地下洞室施工經驗，1/3工期用于澆筑混凝土，澆筑強度達540m3/天，對于單一洞室施工，強度非常高，采用常規方法無法保證。在施工中，通過調整設計方案，分成上、下兩段施工，實施高升層混凝土施工技術，將洞室3m高分層厚度調整到4.5m高，上、下段分層交替上升；設計澆筑平臺，滿足上、下游兩段交替上升施工場地要求，釋放作業空間，上、下游澆筑及備倉同時施工；引入性能穩定、澆筑強度更高的布料機作為主要入倉手段，采用臺階法澆筑、預制廊道頂拱及個性化通水實施溫控等關鍵技術措施，確保了施工質量的同時，施工工期由5個月縮減到3.5個月。而且其施工質量達到優良水準，得到了業主單位和監理單位的一致贊賞，被評為金沙江溪洛渡水電站優質樣板工程，其施工技術已成功應用到了溪洛渡2#～5#導流洞堵頭封堵施工中，并為后續白鶴灘、烏東德水電站導流洞封堵提供施工模板。

八、金屬結構及設備安裝施工

溪洛渡水電站左岸地下電站金屬結構安裝項目主要有四大部分：一是電站進水口的金結及設備安裝，二是壓力鋼管的制造和安裝，三是尾水及尾水調壓室的金結及設備安裝，四是泄洪洞的金結及設備安裝。主要金屬結構及設備重量約3萬噸，其中約2萬噸集中在2012年6月至2013年4月期間完成，安裝強度大，安裝場地狹窄，安裝手段的布置受到很大的限制，最大月安裝量達到4693t。

其中以壓力鋼管和泄洪洞弧門安裝難度最大，技術水平最高。

（1）壓力管道安裝

根據溪洛渡水電站左岸地下電站壓力鋼管安裝的工程特點，壓力鋼管受到主廠房土建交面和蝸殼安裝的影響，使得壓力鋼管的安裝不能完全從主廠房用1000kN橋機來進行安裝，經過研究分析，擴挖了壓力管道下平洞施工支洞作為壓力鋼管卸車、翻身及安裝運輸的通道。壓力鋼管安裝從單個首裝節定位、順序單向安裝變為多個首裝節定位、多方向、洞內湊合節安裝，將第8節作為湊合節，第25節和第1節分別作為第一、二、三階段的首裝定位節，采用可垂直轉向運輸臺車拖運安裝。

在溪洛渡左岸地下電站9條壓力鋼管總共252節管節安裝中，以其快速的施工進度及高質量的安裝水準，得到了業主及監理單位的贊賞，9條壓力鋼管的安裝均被評為優質樣板工程。施工節點工期由計劃2013年3月底完成，提前到了2012年12月，總工期節約了3個月。

壓力鋼管洞內翻身與運輸。

（2）泄洪洞特大工作弧門安裝

泄洪洞弧形工作閘門為目前世界最大的弧形閘門，其球形支鉸設計尺寸和重量在世界水電行業中都是首屈一指的，其安裝技術難，安全風險高。

支鉸總成重量64t，下支臂重量91t，下支臂和支鉸整體最大起吊重量155t，由于空間狹窄，不能采用整體吊裝。在進行支鉸總成吊裝時，用300t汽車吊吊裝，為調整和穿孔的需要，在活動支鉸端安裝抬吊平衡桿，并在平衡桿根部增加配重。采用300t和120t汽車吊抬吊安裝下支臂。

門葉的吊裝采用上閘室的2臺500kN橋式起重機抬吊，門葉最大重量71t。門葉第五節與下支臂先聯接安裝調整固定好后，再順序安裝門葉四至門葉二，再安裝上支臂，最后安裝門葉一和聯系桿。

葛洲壩施工局在特大工作弧門安裝過程中，克服了技術上重重難題，并通過科學組織，嚴密管理，精細施工，歷時6個月的奮力拼搏完成了這一艱巨的任務，為溪洛渡水電站如期蓄水發電和2013年安全度汛創造了條件。

目前，溪洛渡左岸地下電站主體工程已全部完建，并已經受了第一期蓄水及充水試驗的考驗，7月將迎來首批機組發電。基于對溪洛渡左岸地下電站工程施工技術探索與創新研究，葛洲壩溪洛渡施工局已取得了豐碩成果，基本解決了所有地下電站施工所面臨的施工技術難題，截至目前已獲得行業級工法2項，國家授權實用新型專利24項，行業級科學技術獎2項，各類專業技術論文20余篇。