水工隧洞頂拱混凝土施工對策探析

(中國人民武裝警察部隊 水電第一支隊，河北 唐山 063000)

水工隧洞頂拱混凝土按體型可分為圓拱式、平頂式、漸變式、柱狀頂拱；按坡度可分為平頂拱、微斜頂拱、陡斜頂拱等。圓拱式標準體型頂拱混凝土多采用鋼模臺車施工，利用臺車設置混凝土入料口和輔助振搗設備施工，易于保證澆筑厚度；陡斜頂拱坡度較大，混凝土多采用泵送入倉，一般塌落度較大，混凝土可以從低處向高處澆筑，質量也能較好控制；平頂式、漸變式、微斜、柱狀頂拱混凝土多采用鋼木組合模板按異性結構施工，下料口、分層分倉等需現場設置，受人為因素影響大，加上頂部空間小，人員作業十分困難，極易出現頂拱混凝土脫空、振搗不密實、厚度不夠等質量問題。

近年來國內水利水電工程發展迅速，尤其是高水頭、大流量、埋藏深的水工隧洞越來越多，這些水工隧洞多處在深層地下水活動區域，大多數泄洪或放空洞洞身頂拱混凝土承受內外水壓力或導流洞等混凝土永久封堵堵頭上下游水位差越來越大，隧洞頂拱混凝土施工質量對工程安全十分重要，頂拱混凝土的質量問題會給工程的安全帶來巨大威脅。

鑒于此類問題，本文結合云南2座水電站泄洪洞、導流洞封堵經驗對水工隧洞頂拱混凝土施工進行思考分析，總結綜合應對技術措施。

1 泄洪洞有壓段頂拱混凝土修復施工

1.1 工程概述

某水電站工程屬大(1)型Ⅰ等工程，水電站正常蓄水位812 m，樞紐泄洪建筑物右岸泄洪隧洞洞身全長1 077 m，檢修閘門井后漸變段為有壓段洞身，底板坡比為 0.468%，處在壩體帷幕防滲線上游，襯砌后單孔斷面尺寸為5 m×12 m (寬×高)，由矩形漸變為圓型斷面，頂拱混凝土為鋼筋混凝土，厚1.2 m；下游 384.75 m處設置工作閘門室，工作閘門最高運行水頭達120 m，最大泄量3 313 m3/s。頂拱結構見圖1。工程運行約200 d，期間閘門經過局部開啟和全開全閉多次運行操作后，2015年對兩閘門之間有壓段檢修時，發現檢修閘門井后漸變段左孔頂拱混凝土沖毀受損，混凝土保護層崩落且滲水，泄洪洞受損部位高程707 m，水位落差為105 m，對電站樞紐工程正常運行造成了影響。

圖1 頂拱結構

1.2 頂拱混凝土修復及質量評價

2015年7～12月底，對沖毀受損部位頂拱混凝土進行了原型修復。該頂拱混凝土采用滿堂腳手架支撐，鋼木組合立模，采用6 m3混凝土攪拌車水平運輸，HBT60混凝土泵送入倉，人工平倉振搗。為確保混凝土澆筑密實，參建各方經討論采取如下措施。

(1)設置合理的進人孔和入倉下料點。為保證混凝土澆筑質量，在頂拱混凝土修復范圍中間位置預留矩形進人孔，進人孔尺寸為0.4 m×0.4 m，進人孔上大下小，四周組立鋼木組合模板立模，高度約為混凝土厚度的2/3。進人孔作為頂拱混凝土人員進出和檢查的通道，待底層混凝土澆筑振搗混凝土不溢出時或混凝土距頂部40 cm以內時人員撤離混凝土倉內，立即拆除進人孔四周模板，對已凝固混凝土進行人工鑿毛，并沖洗干凈，進行二期鋼筋修復，封模澆筑。頂拱混凝土澆筑時沿軸線方向布置3根沖天管，前后間距約 1.8 m，其中一根設置在進人孔內，以確保進人孔部位混凝土澆筑密實[1]。混凝土倉號平面布置見圖2。

圖2 混凝土倉號平面布置[1](單位:cm)

(2)預埋排氣管，引導頂拱澆筑時空氣排出。由于基礎接觸面一般因開挖凸凹不平，因此隧洞頂拱混凝土要選擇高處空腔內預埋排氣管，排氣管采用Φ50 mm鋼管制作，排氣管可緊貼巖面，保證3～5 cm間隙即可；在完整基礎接觸面表面宜鉆設垂直向上深10～20 cm、直徑大于排氣管20 mm的排氣孔，排氣管制作形成叉管，插入到排氣孔內。

(3)采用高流態自密實混凝土或一級配混凝土回填。頂拱混凝土澆筑時根據澆筑情況及時更換混凝土種類，在常態混凝土澆筑方量達到倉內實際需要混凝土量80%后或者常態混凝土已難以入倉時即開始更換混凝土種類繼續澆筑，采用自密實混凝土或一級配混凝土繼續澆筑。自密實混凝土或一級配混凝土塌落度較大，塌落度為20～24 cm，混凝土具有高流動性，能夠保證頂拱澆筑飽滿。

(4)預埋混凝土振搗設備，確保混凝土振搗密實。為確保澆筑密實和避免混凝土堆積形成局部空腔，頂拱混凝土封拱澆筑時在澆筑倉內按1.8 m×1.8 m間排距預埋布置16根Φ100 mm的硬軸振搗器，位置不宜直接布置在下料口，振搗器垂直綁扎固定于上層鋼筋，線路經上層鋼筋和巖石面之間就近從排氣孔、灌漿管、進人孔等通道導出[1]。振搗棒和變頻器應編號記錄，并繪制標示圖，以便根據現場澆筑時準確開啟使用。

(5)混凝土澆筑過程控制與判斷。為保證頂拱混凝土封拱連續施工，配備入倉設備均考慮“一用一備”，避免因設備故障澆筑中斷過長，影響混凝土質量。混凝土入倉前逐車檢測混凝土拌和物塌落度，塌落度不滿足要求嚴禁入倉，同時要控制超徑骨料入倉，避免混凝土堵塞泵管和倉內堆積。優先澆筑下層混凝土，人員撤離倉號后開始封拱時從一個方向向另一個方向澆筑，當一側沖天尾管灌入的混凝土，能從另一根沖天尾管流出時，立即變換入倉點。當預埋的排氣管流出混凝土砂漿時或者混凝土澆筑量與倉內實測混凝土量誤差不大于10%時即停止混凝土澆筑[1]。

澆筑完成后，頂拱混凝土采用鉆孔取芯及全孔壁數字成像組合探測的方式進行詳細檢查，頂拱混凝土基本飽滿密實，可見混凝土與基巖面接觸良好，澆筑完14 d后回填灌漿，灌漿量不大。

2 導流洞封堵混凝土頂拱施工

2.1 工程概述

苗尾水電站是瀾滄江上游“一庫七級”最下游的一個梯級，電站開發任務以發電為主，兼顧灌溉供水，屬一等工程，正常蓄水位1 408.00 m，相應庫容6.60億m3。電站左岸布置1、2號兩條導流洞，1號導流隧洞全長1 175.09 m，平均縱坡0.17%，2號導流隧洞全長1 069.82 m，平均縱坡0.19%；兩條導流隧洞均采用城門洞型斷面，進口高程1 302.00 m，凈斷面尺寸 13.0 m×15.0 m(寬×高)，頂拱中心角120°。兩條導流隧洞下閘后，電站只有由沖沙兼放空洞控泄庫水位，水庫水位約在 3.43 d上漲至沖沙兼放空洞底板高程1 362.00 m，導流洞封堵閘門水頭將快速達到60 m，導流洞永久封堵施工安全風險大大增加，為此設計單位提出緊鄰永久堵頭前端布置臨時堵頭，臨時堵頭長15 m，柱狀。

2.2 堵頭頂拱混凝土施工及質量評價

導流洞臨時堵頭采用連續澆筑的快速施工方法，即一次性澆筑至距頂部 1.2～1.5 m位置，然后開始實施頂拱混凝土澆筑。為確保混凝土施工質量，主要采取如下措施：

(1)混凝土合理分層分塊。堵頭混凝土分兩層施工，頂拱層按照保證人員的作業高度即1.5 m分層。考慮到頂拱混凝土只能上下游水平方向泵送入倉，上下游方向不宜分段過長，堵頭頂拱分兩段施工，其中上游段段長5m，下游段段長10 m，段間設置施工縫，采用免拆模板隔開。混凝土澆筑采用混凝土泵送水平入倉，先澆筑上游第一段，當第一段澆滿后，方可開始第二段混凝土澆筑。

(2)設置合理入倉下料點。頂拱混凝土施工水平布設入倉下料點，由于人員無法進出，堵頭頂拱混凝土導管出口下料點按間隔不大于3 m設置，即第一段在距上游2 m的位置布置下料點，第二段布置兩個下料口，間距3 m。澆筑時，第一段直接下料，第二段先澆筑上游下料口，當混凝土無法泵送時，換成第二個下料口下料，直至混凝土澆滿。

(3)采用臨時擋墻封閉，避免上游面漏漿。堵頭上游模板組立完成后，在上游模板內側砌筑24 cm磚砌體，采用厚2 cm的M10砂漿抹面處理封閉上游面，頂部與老混凝土結合面用砂漿封閉密實，避免混凝土澆筑過程中和回填灌漿時上游面漏漿。

(4)采用高流態混凝土、砂漿澆筑回填密實。混凝土臨近收倉時，采用一級配混凝土或砂漿回填頂部空隙，混凝土澆筑完成7 d后采用回填灌漿回填。澆筑完成后，頂拱混凝土采用鉆孔機械壓漿檢查，實際澆筑厚度效果良好，回填灌漿量不大。

3 結 語

水工隧洞頂拱尤其有壓洞和混凝土堵頭是水電站施工的關鍵部位，常規施工方法難以保證混凝土質量，在工程施工期間由于施工成本高、施工技術手段不夠全面，往往會出現混凝土振搗不密實、混凝土澆筑厚度不均勻、脫空等問題，會導致頂拱滲水漏水、變形坍塌等安全隱患。通過部分工程實踐經驗分析，采取合理分層分塊、設置合理的混凝土入倉下料點、預埋排氣管、高流動性混凝土回填、預埋混凝土振搗設備等綜合工程技術措施澆筑頂拱混凝土，并在過程中嚴格管理和控制，可以達到較好的封拱效果，可為今后水工隧洞工程借鑒。同時隨著現代信息技術的快速發展，可視化系統越來越先進，水工頂拱混凝土封拱可安裝可視化監控攝像頭以觀察混凝土澆筑情況，為頂拱混凝土施工質量提供保證。