引水隧洞圓弧段混凝土襯砌施工方案的調(diào)整

譚 虓 隆

(中國水利水電第七工程局有限公司， 四川 成都 610081)

1 工程概述

俄公堡水電站位于四川省木里縣境內(nèi)的木里河上，為低閘引水式電站，其上一級為沙灣水電站，下一級為固增水電站。取水樞紐位于沙灣水電站廠房下游約2.5 km處，于左岸取水后經(jīng)長度約為14.8 km的引水隧洞引水至小溝河附近的廠址區(qū)建廠發(fā)電。引水隧洞在引14+382.42～14+422.21區(qū)間為45.59°的圓弧段，圓弧半徑為50 m，圓弧段長39.79 m(圖1)。該圓弧段巖體為Ⅴ類圍巖，設(shè)計開挖斷面半徑R=4.6 m，混凝土襯砌厚度為60 cm，襯砌成型后為直徑8 m的圓形過水斷面。

圖1 引水隧洞圓弧段平面圖

2 引水隧洞混凝土襯砌施工方案

2.1 混凝土襯砌設(shè)計型式

引水隧洞共分四種圍巖混凝土襯砌方式，Ⅱ類圍巖段隧洞采用鋼筋掛網(wǎng)、噴15 cm厚的C20混凝土進行永久支護，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段采用C20鋼筋混凝土襯砌，其中Ⅲ類圍巖襯砌厚度為30 cm，Ⅳ類圍巖襯砌厚度為50 cm，Ⅴ類圍巖襯砌厚度為60 cm。對Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段頂拱120°范圍內(nèi)進行回填灌漿，Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段全斷面采用固結(jié)灌漿，全斷面布置12個孔，排距3 m，孔深深入基巖5 m，固結(jié)灌漿孔兼回填灌漿孔。不同圍巖類別間設(shè)置永久縫，相同圍巖類別永久縫分段長度為48 m，縫寬2 cm，采用GB651型橡膠止水帶止水，填縫材料采用聚苯乙烯泡沫板，橡膠止水帶距離迎水面20 cm。混凝土每隔12 m設(shè)置一道施工縫，鋼筋不穿過施工縫，縫面涂刷生石灰水，設(shè)置GB653橡膠止水帶。

2.2 隧洞平段混凝土襯砌施工方案

根據(jù)業(yè)主在招標階段的要求，引水隧洞混凝土襯砌必須采用12 m長的針梁式鋼模臺車，以保證混凝土襯砌的質(zhì)量。

鋼模臺車設(shè)計為圓型，襯砌一個循環(huán)的工作長度為12 m。

臺車由模板總成、托架總成、平移機構(gòu)、門架總成、主從行走機構(gòu)、側(cè)向液壓油缸、側(cè)向支承千斤、托架支承千斤、門架支承千斤、針梁等組成(圖2)。

(1)模板總成：模板由一塊頂模及每邊兩塊邊模構(gòu)成橫斷面，邊模與頂模通過鉸耳軸聯(lián)接。邊模分成一塊直模、一塊弧模，兩塊模板之間通過鉸耳軸聯(lián)接。每節(jié)模板的寬度為1.5 m，由多節(jié)組合而成，縱向由8節(jié)組合成12 m襯砌長度，模板之間皆由螺栓聯(lián)接。模板上開有呈品字型排列的工作窗，頂部安裝有與輸送泵接口的注漿裝置。模板厚度為6～8 mm，各加強筋采用75 mm×6mm的角鋼，間距250 mm。

圖2 針梁式鋼模臺車組成示意圖

(2)托架總成：托架主要承受澆筑時上部混凝土及模板的自重，其上承模板，下部通過液壓油缸和支承千斤傳力于門架。托架由四根縱梁、兩根邊橫梁、多根中橫梁及立柱組成。縱梁由鋼板焊接成工字形截面(500 mm×300 mm)；邊橫梁及多根中橫梁由25b工字鋼制做；立柱由18#工字鋼制做。

(3)平移機構(gòu)：鋼模臺車的平移機構(gòu)前后各一套，支承在門架邊橫梁上。平移小車上的液壓油缸(GE200/80-300，8個)與托架縱梁相連，通過油缸的收縮來調(diào)整模板的豎向定位及脫模，其調(diào)整行程為300 mm，工作油壓為160 kg/cm2；水平方向上的油缸(GE100/63-400，4個)用來調(diào)整模板的襯砌中心與隧洞中心是否對中，左右可調(diào)行程為200 mm，工作油壓為160 kg/cm2。

(4)門架總成：門架是整個臺車的主要承重構(gòu)件，由橫梁、立柱及縱梁通過螺栓聯(lián)接而成，各橫梁及立柱間通過聯(lián)接梁及斜拉桿聯(lián)接。液壓臺車的主要結(jié)構(gòu)件由鋼板(厚14 mm)焊接。門架橫梁由鋼板焊接成工字形截面(450 mm×300 mm)；立柱同樣由鋼板焊接成工字形截面(500 mm×300 mm)；縱梁采用箱形截面(800 mm×500 mm)焊接而成。由于門架高度較高，為保證整個門架的強度、剛度和穩(wěn)定性，在門架的主橫梁下增加了兩根輔助橫梁，主橫梁與輔助橫梁間由20b工字鋼聯(lián)接成空間框架，既保證了立柱的壓桿穩(wěn)定性，又能在側(cè)向壓力的作用下有足夠的剛度；門架及立柱間的各聯(lián)接梁采用18#工字鋼。

(5)主動行走機構(gòu)：由于臺車自重較大，因此其行走機構(gòu)采用四輪驅(qū)動。驅(qū)動輪鉸接在門架縱梁上。行走機構(gòu)由Y型電機(電機總功率為4×15 kW)驅(qū)動一級齒輪減速后，再通過兩級鏈條減速，其行走速度為8 m/min，行走輪直徑為300 mm。

(6)側(cè)向液壓油缸：側(cè)向液壓油缸的主要作用是為模板脫模，同時起支承模板的作用，側(cè)向脫模油缸在左右兩側(cè)對稱布置，每側(cè)上、下兩層各布置了3組油缸(GE80/70-400)，油缸工作油壓為160 kg/cm2，共選用12個側(cè)向脫模油缸，其調(diào)整行程為400 mm。

(7)側(cè)向螺旋千斤：安裝在門架上的螺旋千斤的作用是支承、調(diào)節(jié)模板位置，承受灌筑混凝土時產(chǎn)生的壓力。螺桿直徑為60 mm，其調(diào)整行程為400 mm。

(8)托架支承千斤：其主要作用為改善澆筑混凝土時托架縱梁的受力條件，保證托架的可靠和穩(wěn)定。螺桿直徑為100 mm，其調(diào)整行程為400 mm。

(9)門架支承千斤：其聯(lián)接在門架縱梁下面，臺車工作時，它頂在軌道面上，承受臺車和混凝土的重量，改善門架縱梁的受力條件，保證臺車工作時門架的穩(wěn)定。螺桿直徑為100 mm，其調(diào)整行程為200 mm。

2.3 隧洞圓弧段混凝土襯砌施工方案

引水隧洞圓弧段全長39.79 m，針梁式鋼模臺車針梁全長為29 m，臺車無法自行通過圓弧段，在襯砌完隧洞直段后，將鋼模臺車拆除至圓弧段下游，隧洞圓弧段則采用普通鋼模板進行襯砌。

先采用3015和1015模板拼裝，澆筑隧洞底部120°范圍內(nèi)的仰拱。當仰拱混凝土達到7 d強度后，搭設(shè)80 cm×100 cm×100 cm的滿堂腳手架，腳手架采用φ48鋼管，鋼管采用扣件進行連接。剩余240°范圍隧洞的襯砌采用φ28鋼筋加工成圓弧形狀，利用3015、1015模板以及3 cm厚木模板組合拼裝成隧洞設(shè)計斷面。在仰拱和頂拱混凝土接合面施工縫上安裝GB653橡膠止水帶(圖3)。

圖3 隧洞圓弧段混凝土襯砌方案

3 引水隧洞圓弧段混凝土襯砌施工方案的調(diào)整

3.1 方案調(diào)整的原因

(1)引水隧洞進口底板高程為2 297.6 m，出口底板高程為2 273.1 m，全長14.8 km，為圓形有壓隧洞，比降約為1.65‰，引用流量為191.1 m3/s。因隧洞內(nèi)水流流量與流速偏大，在引水隧洞混凝土襯砌施工前，設(shè)計發(fā)出技術(shù)要求文件，要求施工中嚴格控制，不允許出現(xiàn)順水流方向的施工縫。

(2)鑒于俄公堡水電站為木里河流域較早立項的水電站，是木里河流域一庫六級電站的排頭兵，業(yè)主對其給予了極大的關(guān)注，在混凝土外觀質(zhì)量上提出了很高的要求，以四川省“天府杯”質(zhì)量標準為俄公堡水電站施工的質(zhì)量標準。因此，減少引水隧洞混凝土蜂窩、麻面、錯臺、掛簾以及施工中可以避免的施工縫是不得不考慮的因素。

3.2 方案論證

引水隧洞圓弧段全長39.79 m，設(shè)計定義為Ⅴ類圍巖，開挖成形洞徑為9.5 m，一次噴錨支護后成洞洞徑為9.2 m，29 m長針梁式鋼模臺車若直接行走針梁將伸入隧洞外弧巖石內(nèi)方能通過，鋼模臺車直接通過圓弧段不可行。

最終決定對圓弧段進行擴挖，將圓弧段擴挖成橢圓，即外弧向外擴挖3 m，內(nèi)弧向圓心方向擴挖3 m，隧洞頂部與底部直徑保持不變，擴挖后鋼模臺車可直接通過圓弧段，圓弧段也可澆筑成12 m長的分倉單元。但對圓弧段實施擴挖有以下問題不能解決：

(1)該引水隧洞圓弧段有一滲水點，前期開挖階段隧洞頂部曾發(fā)生過塌方，后經(jīng)混凝土回填并增加型鋼支撐才完成塌方段封閉。若對圓弧段內(nèi)外弧進行擴挖，必須拆除現(xiàn)有型鋼支撐，同時增加隧洞頂板跨度，存在頂板巖石失穩(wěn)而發(fā)生再次塌方的危險。

(2)圓弧段設(shè)計外弧半徑為54 m，內(nèi)弧半徑為46 m。擴挖后鋼模臺車雖能直接行走，但混凝土分倉長度為12 m，將圓弧段變成為連續(xù)12 m長的折線，弦高達32 cm，即外弧弦中心脫離外弧32 cm，內(nèi)弧侵占設(shè)計結(jié)構(gòu)線32 cm，從而形成了很大的視覺差異，不能滿足外觀質(zhì)量要求。

綜合考慮以上因素，最終認為只有對現(xiàn)有鋼模臺車進行改裝為切實可行的辦法。

3.3 方案的實施

鋼模臺車改裝場地：引水隧洞圓弧段起始樁號為引14+382.42，在進入圓弧段前23.94 m平段停止混凝土襯砌，將該平段作為鋼模臺車的改裝場地。在改裝洞段，為了給模板拆卸吊裝提供施工空間，對S=12 m長的洞段底部進行了擴挖，擴挖深度為1 m。

鋼模臺車的改裝：鋼模臺車模板全長為12 m，由8節(jié)1.5 m長的面板組合而成，模板之間皆由螺栓聯(lián)接。為滿足圓弧段施工需要，拆除了4節(jié)面板，使模板全長變?yōu)? m。臺車針梁原長度為29 m，在拆除了可伸縮部分后，改裝后的針梁長度減少為15 m。經(jīng)過改裝，鋼模臺車全長為15 m，面板長度為6 m，可完全自行通過隧洞圓弧段。

方案的實施：將鋼模臺車改裝的平段一同納入隧洞圓弧段進行混凝土襯砌施工，調(diào)整后的隧洞圓弧段共分為12個澆筑單元。該引水隧洞為雙層結(jié)構(gòu)鋼筋，為盡可能的為鋼模臺車提供活動空間，將結(jié)構(gòu)的內(nèi)層鋼筋半徑擴大了20 cm。臺車行走按照隧洞中心軸線行走，然后以臺車針梁為軸向圓心方向旋轉(zhuǎn)6°，使鋼模臺車模板面板能夠充分就位。澆筑單元的分倉線為發(fā)散型，從圓心指向外弧。由于鋼模臺車面板長度為6 m，每次移動就位時在外弧搭接15 cm，以保證每次外弧襯砌長度為5.85 m。臺車面板在內(nèi)弧面搭接57.3 cm，內(nèi)弧襯砌長度在4.98～5.85 m之間。由于采用鋼模臺車襯砌引水隧洞圓弧段，混凝土外觀質(zhì)量達到了與平段相同的效果。因鋼模臺車面板從12m長改裝為6m長，增加了混凝土襯砌分倉單元，但施工完成后圓弧成形效果較好，外弧中心僅脫離設(shè)計結(jié)構(gòu)線8cm，內(nèi)弧也僅侵占設(shè)計結(jié)構(gòu)線8cm，圓弧段整體折線從視覺上不明顯。如此實施，減少了采用組合鋼模板二次澆筑成型形成的順水流方向的兩條水平施工縫，滿足了設(shè)計要求。

4 方案調(diào)整后的混凝土襯砌效果

5 結(jié) 語

俄公堡水電站引水隧洞采用改裝后的鋼模臺車運用于圓弧段的實例，解決了施工中的技術(shù)難題，節(jié)約了費用，滿足了設(shè)計要求，達到了業(yè)主對工程的質(zhì)量要求，取得了較好的效果！

作者簡介:

譚虓隆(1981-)，男，重慶開縣人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.