白鶴灘水電站左岸尾水連接管及擴散段混凝土襯砌施工技術

楊 帆, 張 丹 萍, 鄭 勇

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左右岸對稱布置地下廠房，各安裝8臺單機容量為100萬kW的混流式水輪發電機組。左岸地下廠房采用首部式開發，引水隧洞為單機單洞、尾水兩機一洞的布置形式。

左岸尾水建筑物自上游至下游依次為尾水擴散段、尾水連接管(尾水管檢修閘門室布置在連接管中下游)、尾水調壓室、尾水隧洞及尾水隧洞檢修閘門室、尾水出口。

尾水擴散段襯砌長度為42.1 m，其上游與廠房尾水肘管相接，下游與尾水連接管相連，其高度及跨度自上游至下游逐漸變大，斷面形式由圓角矩形漸變為城門洞形，最小襯砌斷面為15.768 m×7.46 m(寬×高)，最大襯砌斷面為14 m×18 m(寬×高)。

尾水連接管每兩條以“卜”形岔管形式在尾水調壓室底部交匯，合為1條尾水隧洞。為便于廠房機組及尾水管檢修，在尾水連接管中下游布置了檢修閘門井，尾水連接管經尾水管檢修閘門井分為閘前段和閘后段，閘前段長80.35～82.9 m，標準段襯砌斷面為城門洞形，斷面尺寸為寬14 m×高18 m；閘后段長45.95～93.28 m，標準段襯砌斷面為倒角矩形，斷面尺寸為寬12 m×高18 m。在尾水連接管標準段和尾水管檢修閘門井段之間設有漸變段，長度為15 m，城門洞形，襯砌斷面由14 m×18 m(寬×高)漸變為12 m×18 m(寬×高)。尾水管檢修閘門井與尾水連接管相貫部位以下稱為尾水管檢修閘門井底部流道，該段長15.1 m，閘門槽上游斷面為城門洞形，襯砌后的尺寸為12 m×18 m(寬×高)，下游斷面為倒角矩形，襯砌后的尺寸為12 m×18 m(寬×高)。

2 施工中的重難點問題

筆者所述的尾水連接管及擴散段按其結構形式與布置特點的不同分為尾水擴散段、尾水連接管閘前段、尾水連接管漸變段、尾水管檢修閘門井底部流道、尾水連接管閘后段。在總長度僅200 m左右的水工洞室中布置了4段體型結構各不相同的洞段，給混凝土襯砌施工帶來了極大的難度。經分析，所存在的主要施工重難點問題為：

(1)尾水連接管體型結構較為復雜，單條洞室不僅閘門井前后斷面不一致，而且布置有轉彎段。對于大型水工隧洞，通常采用鋼筋鋼模臺車進行襯砌施工[1]，而對于斷面多變的尾水連接管，若采取常規襯砌臺車，為滿足工程進度要求，一條隧洞需要配置2套結構形式不同的臺車以滿足閘前閘后兩種斷面的需要，致使臺車投入量成倍增加、施工成本增加。

(2)尾水擴散段以及尾水連接管漸變段均為漸變體型隧洞，一般采用鋼管腳手架作為承重體系，配定型鋼模板進行襯砌施工，但由于洞室襯砌斷面大，需要搭設的腳手架工程量大，施工進度控制難度大。

(3)尾水管檢修閘門井底部流道中包含兩種斷面形式，設計出的模板及其支撐體系既要滿足結構體型和承載能力要求，又要施工便捷、高效；此外，由于閘門井作為尾水管閘后段的必經之路，底部流道襯砌期間其下部通道必須保通，這些邊界條件均給方案設計帶來較大的難度。

3 關鍵施工技術

3.1 尾水連接管混凝土襯砌施工

(1)施工方案研究。由于左岸尾水連接管閘前段和閘后段洞室跨度、斷面形式不相同并布置有轉彎段(閘前段轉彎半徑為45 m，閘后段轉彎半徑為25 m)，按照常規思路，需在閘前段及閘后段各配置1套相應斷面形式的襯砌臺車，將造成臺車投入數量較多、安拆工程量較大的情況，不僅施工成本增加，而且臺車的安拆帶來的安全風險也較高。

基于此，如何實現既滿足施工進度，又能減少臺車投入的目的即成為該部位襯砌方案的主要研究方向。工程技術人員通過對閘前閘后段的結構形式進行仔細比對分析，提出了臺車共用主體結構，針對結構不同的頂拱部分采取個性化設計、模塊化制作、閘前閘后替換使用的方案，有效解決了該問題。除此之外，針對斷面跨度不同的問題，采用大行程油缸[2]予以解決，鋼筋臺車則采用頂部升降平臺及側面伸縮平臺的方式以適應不同的斷面跨度。針對25 m及45 m半徑轉彎段洞室襯砌，臺車采用分節設計[3]，臺車與臺車之間采用螺栓連接，轉彎段混凝土澆筑時通過在中間增加楔形模板構筑彎段體型[4]，在轉彎段行走時將臺車拆分開、每節獨立行走，以保證轉彎段臺車的行駛空間。

(2)鋼模臺車混凝土襯砌施工。①～④尾水連接管為直線段，⑤⑥尾水連接管在閘門井前設有一處轉彎段，轉彎半徑為45 m，⑦⑧尾水連接管在閘前段及閘后段各設有一處轉彎段，轉彎半徑為45 m和25 m。綜合考慮尾水連接管襯砌段長度、施工進度要求、臺車轉彎等因素，尾水連接管標準段按照9 m/段進行分倉，每段襯砌分兩層澆筑——底板及60 cm高矮邊墻為1層，邊墻及頂拱為1層，按照 “先底板、再邊頂拱”的澆筑順序施工。邊頂拱混凝土采用臺車進行澆筑，共配置2臺鋼筋臺車與2臺鋼模臺車，鋼筋安裝超前混凝土襯砌施工。其中，①～④尾水連接管臺車采用直段整體設計，配置1套鋼筋臺車(L=9 m)及1套鋼模臺車(L=9 m)，閘前段、閘后段共用；⑤～⑧尾水連接管采用分節設計，配置1套鋼筋臺車(L=9 m)與1套鋼模臺車(L=9 m)以及彎段楔形模板，閘前段、閘后段共用，能夠滿足彎段襯砌要求。

(3)閘后段臺車改造施工。尾水連接管閘后段臺車由閘前段臺車改制而成，具體實施方式如下：① 鋼筋臺車通過頂部升降平臺調整高度，側面伸縮平臺調整寬度，滿足閘前段及閘后段不同斷面鋼筋安裝的施工要求。② 鋼模臺車共用一套門架系統及邊墻模板，閘后段鋼模臺車頂拱模板采用新制、再相應加高托架立柱即可。施工時，在其中一種斷面的混凝土襯砌完成后，只需將頂拱模板及其支撐系統替換即可滿足另一種斷面襯砌施工要求。閘前段洞室跨度為14 m，閘后段為12 m，單邊跨度相差1 m，采用大行程油缸，縮回時滿足閘后段襯砌尺寸，伸出時可滿足閘前段襯砌尺寸(圖1、2)。

圖1 閘前段襯砌臺車

圖2 閘后段襯砌臺車(由閘前段改制)

3.2 尾水擴散段混凝土襯砌施工

(1)施工方案研究。尾水擴散段為復雜漸變體型，一般采用鋼管腳手架作為模板承重支架，配定型鋼模板進行澆筑。由于尾水擴散段體型結構復雜，洞室最大高度達18 m，采用滿堂腳手架施工時，排架的最大搭設高度為16.1 m，最大搭設跨度為15.7 m，搭拆工程量大、安全風險高、施工工期長、投入成本大。

針對上述問題，采用移動式承重支架可減少排架的搭拆、縮短直線工期、降低施工成本，是最直接的改進方法。但是，尾水擴散段跨度、高度以及體型呈線性漸變的結構形式，給移動式承重支架的設計帶來了較大困難。技術人員經過細致研究，提出“中部移動式主體排架+兩側及頂部補充排架”的折中方案，解決了該問題，即按照擴散段各斷面體型的交集部分設計成移動的整體排架，再在主體排架的基礎上搭設兩側及頂部補充排架來滿足不同斷面體型模板支撐需要。如此實施，前一段襯砌完成后，只需拆除補充排架，然后移動主體排架至下一段，再根據下一段斷面形式搭設補充排架即可。補充排架搭拆工程量遠小于主體排架，基本實現了減小排架搭拆工程量、縮短直線工期、降低安全風險及施工成本的目的。

(2)尾水擴散段混凝土襯砌施工。單條尾水擴散段沿軸線分3倉進行澆筑，分倉長度分別為11.55 m、14.95 m、15.6 m，每個倉段分層澆筑，第一段分為底板、邊頂拱兩層，第二、三段分為底板、邊墻、邊頂拱三層，澆筑順序為先底板、后邊頂拱。其中，底板及底弧采用分段平鋪法澆筑，底弧部位采用翻模抹面工藝；邊墻采用雙排腳手架作為施工平臺，平面鋼模板立模澆筑；頂拱采用“移動主體排架+補充排架”的支撐系統，配定型鋼模板立模澆筑。

中部主體排架采用扣件式鋼管腳手架或盤扣式腳手架，經受力計算選取合適的立桿縱橫距以及水平桿步距。補充排架為漸變排架，采用扣件式鋼管腳手架，可裁截對應長度的立桿滿足體型變化要求。主排架搭設完成后，在其基礎上搭設補充排架，在排架上部安裝定型拱架及定型模板。第一倉混凝土襯砌完成后，拆除頂拱模板、拱架及補充排架，利用電動葫蘆將剩余移動式排架整體遷移至下一倉位置，然后根據洞室襯砌結構在主體排架兩側搭設補充排架，再安裝相應的定型拱架及模板進行混凝土襯砌施工。

排架移動是通過澆筑底板時預留的一排灌漿孔插入φ48鋼管(內充填砂漿)作為排架牽引的固定點，電動葫蘆一端固定于插入的鋼管上，另一端固定在移動排架的牽引點上。移動排架前，先將排架托撐、斜撐、支撐收縮10 cm左右，再同時操作電動葫蘆鏈條牽引排架整體移動。

3.3 尾水管檢修閘門井底部流道混凝土襯砌

(1)施工方案研究。尾水管檢修閘門井底部流道結構復雜，長度為15 m，分為門槽前城門洞形、門槽直墻以及門槽后倒角矩形三種斷面，常規采用承重排架配定型模板施工的方案。但由于尾水閘門井下部需要保持通道通暢，采用滿堂紅承重排架施工會對施工通道造成影響，但在排架下部預留門洞對承載能力又有影響。

經研究決定，最終決定采用預埋定位錐懸掛定型型鋼拱架支撐、定型鋼模板拼模澆筑的方案。即先采用雙排腳手架配平面鋼模板將邊墻澆筑至起拱線以下的適當部位，在最后一層倉內埋設定位錐，利用定位錐將型鋼拱架固定在混凝土墻壁上。定位錐需具備足夠的抗拉拔及抗剪強度。定型拱架的自身強度、剛度及穩定性應滿足承載能力。在定型拱架上鋪裝定型模板，模板的居中及高程調整分別通過定型拱架上配裝的橫移油缸和頂升油缸完成。

(2)尾水管檢修閘門井底部流道混凝土襯砌施工。尾水管檢修閘門井底部流道混凝土分為底板、邊墻和邊頂拱進行澆筑。其中，底板+60 cm矮邊墻作為一層，邊墻分三層，層高分別為4.5 m 、4.5 m和5.05 m，最后剩余的邊墻及頂拱為一層。

底板采用布料機入倉，平面鋼模板立模澆筑；邊墻采用雙排腳手架作為施工平臺，平面鋼模板立模澆筑；頂拱采用定型型鋼拱架支撐，定型鋼模板拼模澆筑。

頂拱混凝土澆筑采用的定型型鋼拱架由定型拱圈、托架、平移機構、頂升機構、門架、支座、千斤頂及工作梯等組成。定型拱架上部載荷通過模板→千斤頂→橫梁→斜撐→支座→預埋組件的順序最終傳遞到邊墻上，其結構見圖3。

施工時，先安裝預埋組件，通過全站儀控制預埋組件的安裝精度并保證安裝誤差≤1 cm。預埋組件通過高強螺栓與支座連接，相鄰支座間距誤差≤1 cm。邊墻混凝土達到10 MPa強度后，按照橫梁及支撐安裝→封閉平臺安裝→托架及拱圈安裝→模板安裝的順序進行定型鋼拱架其余組件的安裝。最后，在定型拱架上鋪裝定型模板，模板之間采用M12螺栓連接并用8#鉛絲固定在拱架上。模板安裝完成后，利用橫移油缸及頂升油缸調節模板的水平位置及高程到設計輪廓線，經測量校驗滿足要求即可。

圖3 定型鋼拱架支撐系統示意圖

采用定型型鋼拱架配定型鋼模板方案解決了尾水管檢修閘門井流道部分頂拱襯砌期間下部通行問題，且成品構件安裝效率高，承載能力強，襯砌后實測頂拱模板的最大沉降不大于3 mm。

4 結 語

在白鶴灘水電站左岸尾水連接管、尾水擴散段及尾水管檢修閘門井底部流道混凝土襯砌施工中，技術人員研制出一種多斷面一體式襯砌臺車[5]澆筑尾水連接管混凝土，該臺車通過模塊化設計與簡單改造即能夠適應變跨、變弧襯砌及彎道變化[6]，滿足單條洞室多斷面持續混凝土澆筑施工需求，經濟實用；設計了適合漸變洞室混凝土襯砌施工的可移動式排架系統，減少了滿堂承重腳手架的搭拆時間，有效縮短了施工工期；在尾水管檢修閘門井底部流道襯砌中設計了定位錐懸掛定型型鋼拱架支撐系統，解決了襯砌期間下部通道的安全問題，解除了施工干擾，成品構件安裝高效、質量可靠。以上有針對性的施工技術解決了該工程復雜斷面形式尾水管及擴散段混凝土襯砌施工的難題，對類似工程施工具有一定的參考價值。