某水電站引水上平洞混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用

陳 恩 平

(中國電建集團海外投資有限公司， 北京 100048)

0 前 言

混凝土隧洞襯砌技術(shù)是國內(nèi)水電工程施工中的先進技術(shù)，是水電工程中必不可少的施工環(huán)節(jié)。隧洞的襯砌施工必須綜合考慮各種條件，保證混凝土襯砌有足夠的強度和穩(wěn)定性，確保長期安全使用。本文結(jié)合工程實例，進一步探討混凝土襯砌施工技術(shù)，以期為同類工程提供參考。

1 工程概況

科卡科多-辛克雷水電站(簡稱CCS水電站)位于南美洲國家厄瓜多爾境內(nèi)的科卡河流域，距離首都基多市約130 km。CCS水電站為引水式電站，設(shè)計8臺機組，總裝機容量1 500 MW，工程建成后，發(fā)電量可以滿足厄瓜多爾75%地區(qū)的用電需求。2條引水上平洞上游側(cè)通過漸變段接進水口，下游側(cè)接引水豎井，洞長各約730 m，開挖斷面為馬蹄形，坡比為6%，隧洞混凝土襯砌厚度45 cm，襯后為圓形斷面，直徑5.8 m。根據(jù)設(shè)計要求，在引水洞全長范圍進行鋼筋混凝土襯砌，并引進國內(nèi)先進的鋼模臺車襯砌技術(shù)。

2 混凝土施工布置

2.1 施工通道規(guī)劃

根據(jù)引水上平洞及其施工支洞的布置特點，其混凝土澆筑主要利用上平洞本身及其施工支洞作為施工通道。由于引水上平洞工程量相對較小，工期未處在關(guān)鍵線路上，根據(jù)施工計劃，待兩條引水洞全部開挖完成后再進行混凝土澆筑，避免了開挖和混凝土交叉施工，更有利于混凝土施工的順利進行和混凝土施工質(zhì)量的保證。

根據(jù)混凝土澆筑程序安排施工，合理規(guī)劃施工通道。首先，在兩條引水洞的尾部開挖一條連通洞，通過1號上平洞利用連通洞到達2號上平洞下游工作面。利用原施工支洞將兩條引水洞頭部相連通，直接用2號上平洞上游工作面作為施工通道。先進行2號上平洞混凝土施工，待2號上平洞混凝土施工完成后再利用其作為施工通道進行1號上平洞混凝土施工。

2.2 施工風(fēng)、水、電布置

施工用風(fēng)主要是架立筋及插筋等造孔施工及清掃倉面用風(fēng)，由洞口空壓機供給，供風(fēng)管路沿引水洞洞壁布置。

施工用水主要集中在底板沖洗、巖面清洗及混凝土養(yǎng)護等施工用水，利用開挖期間供水系統(tǒng)供給。底板沖洗用水利用增壓泵增壓以滿足沖洗壓力要求。

施工用電主要利用開挖施工期間布置的柴油發(fā)電機等供電設(shè)施直接供給。

2.3 通 訊

在洞口設(shè)置1部固定電話機，用于施工現(xiàn)場與外部的通訊聯(lián)絡(luò)，手機信號較好，可直接用于聯(lián)系，混凝土澆筑施工現(xiàn)場、拌合樓之間采用對講機聯(lián)絡(luò)。

2.4 施工排水

倉位沖洗等施工廢水利用倉面低洼處集水，潛水泵抽排，混凝土養(yǎng)護等施工用水利用黏土編織袋等擋水，避免養(yǎng)護用水流入澆筑倉面，多余的養(yǎng)護用水利用潛水泵抽排。

2.5 混凝土供應(yīng)

混凝土由布置于引水上平洞附近的集中拌和站供應(yīng)。

2.6 鋼筋廠及材料堆放場

鋼筋加工廠布置在引水上平洞營地，距工作面約2 km，鋼筋及加工成品材料均堆放在該加工廠內(nèi)，模板、止水、拉筋等材料也堆放在鋼筋加工廠內(nèi)。

2.7 模板組裝及拆除場地

1、2號鋼模臺車分別在2號引水洞上、下游工作面進行組裝，鋼模臺車安裝前，底部鋪設(shè)級配碎石，鋪墊厚度與底拱混凝土軌道安裝高程一致，碎石頂部鋪設(shè)枕木，安裝臺車軌道，待安裝完成后行走至底拱混凝土上。2號引水洞混凝土澆筑完成后，1號鋼模臺車通過導(dǎo)軌滑至1號上平洞上游面，下游側(cè)連通洞與上平洞呈90°交角，由于轉(zhuǎn)彎半徑不夠，2號鋼模臺車需拆除后，將散件移至1號上平洞下游面重新組裝。1號上平洞混凝土澆筑完成后，將兩臺鋼模臺車滑至進口漸變段位置拆除，鋼模臺車安裝及拆除位置事先均設(shè)置吊點，方便施工。

3 混凝土施工程序安排原則

(1)底拱混凝土超前于邊頂混凝土施工，超前長度充分考慮材料運輸通道的方便快捷。

(2)在支洞與主洞相交位置，鋼模臺車配合堵頭模板，完成預(yù)留孔洞以外的頂拱混凝土澆筑，預(yù)留孔洞位置預(yù)留鋼筋接頭，預(yù)留孔洞的封堵根據(jù)施工通道規(guī)劃適時封堵。

4 混凝土主要施工技術(shù)方案

4.1 澆筑分層

結(jié)構(gòu)混凝土分底拱110°和邊頂250°兩次澆筑完成。

4.2 模板及支撐方案

底板結(jié)構(gòu)線以外的混凝土不立模板，底拱混凝土采用翻模施工工藝，中部33°范圍內(nèi)不立模，兩側(cè)各38.5°范圍內(nèi)選用P3015鋼模立模，環(huán)向采用Φ48鋼管做圍令，縱向采用Φ48鋼管做背管，Φ12拉筋配合槽鋼U型扣加固。邊頂250°范圍內(nèi)采用鋼模臺車澆筑。堵頭模板采用木模立模，過鋼筋部位開孔，拉筋加固。

4.3 澆筑分塊

兩條引水洞均為直線段，按9 m分塊澆筑。

4.4 鋼筋材料運輸、安裝

鋼筋材料采用9 m載重汽車運至洞內(nèi)，人工轉(zhuǎn)運，邊頂鋼筋采用人工配合鋼筋臺車安裝。

4.5 鋼筋連接方案

環(huán)向受力鋼筋主要采用滾軋直螺紋接頭，套筒連接，每環(huán)主筋最后一個接頭采用綁扎搭接，縱向鋼筋根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范采用綁扎搭接，可以加快施工速度。

4.6 混凝土運輸及入倉

混凝土采用6 m3攪拌車運輸，底板墊層混凝土采用拖泵入倉，底拱混凝土采用拖泵配合溜槽入倉，邊頂混凝土采用拖泵配合溜槽或溜桶入倉。

4.7 灌漿管埋設(shè)

回填及固結(jié)灌漿管在混凝土澆筑前預(yù)埋。

4.8 縫面處理

環(huán)向施工縫設(shè)計為銅止水，縱向施工縫根據(jù)監(jiān)理要求均安裝橡膠止水帶。

4.9 臺車抗上浮措施

鋼模臺車頂拱預(yù)留有三個沖天孔，利用中部的沖天孔配合絲桿限制臺車上浮，絲桿一端支撐在臺車橫梁上，另一段支撐于基巖面，混凝土澆筑至頂拱前拆除絲桿。

4.10 新老混凝土搭接部位處理措施

引水洞新老混凝土搭接部位是指底拱與邊頂新老混凝土搭接及長度方向上相鄰兩倉的新老混凝土的搭接。

為了確保新老混凝土搭接質(zhì)量，在鋼模臺車設(shè)計時，與底拱相接部位設(shè)置了10 cm的“軟搭接”模板，鋼模臺車就位后，“軟搭接”模板先貼一條雙面膠帶，再利用鋼楔楔緊，使“軟搭接”模板緊貼老混凝土面。對于底拱與邊頂新老混凝土，在澆筑底拱混凝土?xí)r，上口利用拉筋加固，限制模板外傾，同時利用Φ48鋼管將弧形背管連接成整體，并利用短鋼管支撐在巖面上，防止模板上口內(nèi)傾，雙重加固措施確保上口平齊。應(yīng)嚴(yán)格控制底拱混凝土的收倉高度，不得高于110°，適當(dāng)?shù)?～3 cm，確保新老混凝土搭接位于“軟搭接” 范圍內(nèi)。模板拆除后，測量配合拉線檢查上口平整度，及時利用角磨機打磨平齊。

5 混凝土主要施工工藝

5.1 施工工藝流程(見圖1、2)5.2 施工工藝措施

(1)基巖面清理及基礎(chǔ)驗收。建基面一般不允許存在欠挖，若欠挖部位確實處理困難，需經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可保留局部欠挖，但欠挖凸出高度不得超過5 cm，局部欠挖面積不允許超過1 m2。欠挖處理過程中，必須遵照有關(guān)爆破操作規(guī)程，嚴(yán)格控制單響藥量。底板首先采用反鏟進行初清，經(jīng)測量檢查全斷面無欠挖后，人工進行細部清理，清除浮渣、巖石縫隙的石渣等，并采用高壓風(fēng)沖基巖面，軟弱夾層等不良地質(zhì)按監(jiān)理工程師要求處理，做到無浮渣、無松動石塊、無積水。自檢合格后報監(jiān)理工程師組織基礎(chǔ)驗收。對于邊頂已施工噴混凝土部位，采用高壓水沖洗即可。

圖1 底拱混凝土施工工藝流程

圖2 邊頂拱混凝土澆筑施工工藝流程

(2)測量放線。基礎(chǔ)驗收合格后，進行測量放線檢查規(guī)格，將混凝土澆筑控制點線測放在明顯位置，并在方便測量的部位給出高程點、特征樁號線、輪廓線、高程線、分縫線等，確定鋼筋綁扎和立模邊線，并作好標(biāo)記，焊鋼筋架立筋。立模完畢校模，提交相關(guān)測量數(shù)據(jù)和資料供驗收。

(3)錨桿(錨筋)施工。在引水洞底拱洞壁設(shè)置插筋，作為架立筋，插筋參數(shù)如下：Φ25、入巖0.3 m，間排距2.2 m×1.5 m。采用手風(fēng)鉆造孔，孔內(nèi)灌注水泥凈漿，水泥漿液凝固前不得敲擊、碰撞。

(4)鋼筋制安。引水洞鋼筋下料前先根據(jù)設(shè)計圖紙及其相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求出據(jù)下料單并進行審核，合格后交由鋼筋加工廠統(tǒng)一加工制作。加工后的每一型號、規(guī)格的鋼筋分類堆存并掛牌明示，滾軋車絲采用塑料保護套防護，環(huán)向受力鋼筋采用正反絲牙。邊頂鋼筋利用鋼筋臺車配合安裝，環(huán)向受力筋接頭避免布置在拱頂處。

(5)軌道螺栓埋設(shè)。鋼模臺車軌道預(yù)埋螺栓必須按照設(shè)計圖紙準(zhǔn)確定位，縱向間距1.0 m，由測量放線控制，安裝精度滿足使用要求，焊接牢固，防止在混凝土澆筑過程中變位。澆筑混凝土前，須將拉緊螺母安裝在螺桿上，以保護螺桿，收倉后取出螺母，用編織袋等材料保護螺桿。為便于收倉后取出螺母，安裝螺母時，采用塑料袋、彩條布等包裹螺母，必要時在彩條布與螺母之間涂抹黃油，注意黃油不得污染混凝土面。

(6)抹面樣架筋。底拱混凝土應(yīng)設(shè)置抹面樣架鋼筋，鋼筋直徑12 mm，弧度與隧洞保持一致，并焊接牢固，間距1.5 m。

(7)止水安裝。止水設(shè)施的型式、尺寸、埋設(shè)位置和材料的品種規(guī)格符合施工圖紙要求，止水安裝嚴(yán)格按設(shè)計圖紙要求進行，止水帶設(shè)置簡易托架并利用縫面鋼筋與結(jié)構(gòu)鋼筋緊密相連而安裝穩(wěn)固，嚴(yán)禁用鉛絲和鐵釘穿扎，鼻子應(yīng)置于縫面中心。

(8)立模。底拱模板拼裝嚴(yán)格按施工規(guī)范進行。底拱模板布置在抹面樣架筋上，采用Φ12拉筋配合弧形圍令及背管加固，經(jīng)受力分析計算，拉筋間、排距1.0 m×1.5 m，與插筋根部焊接。弧形背管間距0.75 m，縱向背管環(huán)向間距1.0 m，采用槽鋼加工U型扣加固。

鋼模臺車行走速度須按設(shè)計要求控制，鋼模臺車行走就位后，操控液壓系統(tǒng)將邊頂拱模板支撐到位，并利用全站儀投放控制點校模、定位。每次澆筑前進行除銹清理，并刷一層脫模劑。模板安裝就位后，由測量隊負責(zé)測量校模，報送校模資料，申請倉位驗收。

(9)灌漿管安裝。灌漿管充分考慮回填灌漿與固結(jié)灌漿結(jié)合，盡可能利用回填灌漿管進行固結(jié)灌漿，灌漿管要做出標(biāo)識，便于后期灌漿造孔施工定位。

(10)倉位驗收。施工人員、機具等一切就緒，履行內(nèi)部“三檢”程序后，申請開倉驗收。

(11)混凝土運輸。混凝土選用6 m3混凝土攪拌車運輸，運輸路面應(yīng)經(jīng)常修整以保持平整，機口坍落度及坍落度損失滿足要求。

(12)混凝土入倉及振搗。倉面驗收合格后，方可進行混凝土澆筑，在澆筑第一層混凝土前，均勻鋪設(shè)一層2～3 cm厚同標(biāo)號水泥砂漿。引水洞底拱和邊頂拱澆筑混凝土均采取泵送入倉，倉內(nèi)采用溜槽和溜筒進行分料，人工平倉。多數(shù)邊頂混凝土采用退管法入倉，個別超挖大的倉位采用沖天管法入倉。振搗器以手提式軟軸振搗器為主，混凝土應(yīng)隨澆隨平倉，不得堆積，采用振搗器平倉時，不能以平倉代替振搗。邊頂拱混凝土澆筑時，除人工在倉內(nèi)振搗外，在臺車頂拱部位用附著式振搗器輔助振搗。

混凝土在倉內(nèi)下落垂直高度應(yīng)控制在1.5 m以內(nèi)，兩側(cè)邊墻下料高差控制在50 cm內(nèi)。合理控制澆筑上升速度，避免上升速度過快導(dǎo)致模板變形。

(13)底拱混凝土翻模施工工藝。底拱混凝土自底部向兩側(cè)澆筑，中間部位振搗器振搗密實后，刮板大面收平，人工抹面壓光。兩側(cè)模板根據(jù)混凝土澆筑速度及混凝土強度，一邊澆筑一邊拆除，模板拆除自底部向上部拆除，模板拆除后，割除拉筋(以拉筋頭不外露為宜)，拆除相應(yīng)部位的抹面樣架筋后，人工收光。底拱混凝土應(yīng)在初凝以前完成收光工序。在收面過程中和混凝土初凝后，12 h內(nèi)混凝土表面不得有外來水進入倉面。

(14)邊頂脫模。脫模時間根據(jù)洞內(nèi)氣溫、混凝土凝結(jié)時間等因素確定，澆完混凝土的拆模時間以不損壞混凝土表面輪廓為限度，一般在收倉后12～16 h脫模。

(15)縫面處理。鋼模臺車脫模后、臺車行走前，利用鋼模臺車平臺對環(huán)向施工縫進行人工鑿毛處理。底拱混凝土110°兩側(cè)邊口采用小型切割機和角磨機進行削切、打磨，確保邊口平齊、順直，利于鋼模臺車緊貼老混凝土面。鑿毛及削切后用壓力水沖洗干凈，保持清潔、濕潤。鑿毛時間應(yīng)根據(jù)試驗及具體情況確定，一般在混凝土終凝后即可進行。對結(jié)構(gòu)縫及伸縮縫按設(shè)計和規(guī)范要求進行處理。

(16)養(yǎng)護。混凝土澆筑結(jié)束后12～18 h，灑水養(yǎng)護混凝土面。拆模后鋪麻袋專人灑水養(yǎng)護。

(17)缺陷修補。拆模后若發(fā)現(xiàn)混凝土有缺陷，提出處理意見，征得監(jiān)理工程師同意后才能進行修補。對不同的混凝土缺陷，按監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的相應(yīng)方法進行處理，直至滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

(18)灌漿。引水洞回填灌漿孔布設(shè)在頂拱120°范圍內(nèi)，二、三孔交錯布置，排距2 m、入巖0.1 m。固結(jié)灌漿孔，間排距3 m，前后排交錯布置，入巖8 m。灌漿時，按先回填灌漿、后固結(jié)灌漿的順序進行，回填灌漿在襯砌混凝土達70%設(shè)計強度后進行，固結(jié)灌漿在該部位回填灌漿結(jié)束7 d后進行。

6 施工資源配置計劃

每班計劃投入的設(shè)備、人員數(shù)量見表1、2。

表1 擬投入設(shè)備計劃

表2 擬投入人員計劃

根據(jù)施工需要，制定并加強質(zhì)量管理辦法及安全技術(shù)措施的執(zhí)行力度，按當(dāng)?shù)卣h(huán)保要求，加強文明施工與環(huán)境保護措施的執(zhí)行力度，確保現(xiàn)場施工順利進行。

7 結(jié) 語

CCS水電站作為中國電建在南美地區(qū)承建的首個集設(shè)計、采購、施工于一體的EPC交鑰匙工程，在嚴(yán)格執(zhí)行當(dāng)?shù)夭捎玫拿绹?guī)范過程中，積極引進國內(nèi)先進的施工技術(shù)，通過與業(yè)主、監(jiān)理咨詢充分溝通，增進理解，取得共識，為工程順利實施提供了重要保障并取得了可觀的經(jīng)濟效益，同時為中國先進的施工技術(shù)走向國際進行了有效的探索。