渠道衬砌机在尼勒克一级水电站中的应用

2011-09-11周仁祖马成怀杨茂松

四川水力发电 2011年2期

周仁祖，李雄，马成怀，杨茂松

(中国水利水电第五工程局有限公司第三分局，四川成都 610255)

1 工程概况

尼勒克一级水电站位于新疆伊犁喀什河尼勒克盆地河段，为径流式电站，采用引水式开发。水电站总装机容量4×55 MW，引水流量为138.8 m3/s，保证出力 126.4 MW。

水电站引水渠道总长31 km，除部分岩石渠基段采用1∶0.5开挖边坡、20 cm厚现浇混凝板衬砌外，其余渠段设计参数如下:渠基为开挖或回填形成的砂砾石基础面，渠道底宽4 m，渠深6.1 m，过水断面内坡为1∶2，纵坡为1/4 000。渠道采用现浇混凝土板+土工膜防渗方案，现浇板厚边坡为10 cm，底板为12 cm，混凝土板下为聚乙烯土工膜(150 g/0.6 mm/150 g)的防渗层(膜上下各设置一道2 cm厚砂浆垫层)，防渗层在施工阶段根据实际工况优化为0.6 mm土工膜+10 cm厚水泥稳定级配砾石找平层(以下简称“找平层”)结构。

渠道内坡面找平层和现浇混凝土板均采用机械化衬砌施工，施工设备为山东蒙阴产PHB系列坡面混凝土振动布料机和PHZ系列坡面混凝土振动成型机及人工收面工作平台。

2 机械化衬砌施工

2.1 施工工艺

渠道削坡→轨道铺设→找平层施工→复合土工膜铺设→混凝土板施工。

2.2 渠道削坡

渠道大面开挖时预留15 cm厚保护层，保护层开挖(以下称为“削坡”)在正式衬砌前完成。

渠道削坡工艺:渠顶找平→渠坡修整→渠底找平。

2.2.1 渠顶找平

渠顶找平为衬砌机渠顶轨道安装的前道工序，同时为渠坡削坡提供参照面，渠顶找平范围以衬砌机渠顶轨道轴线向渠外30 cm为界，基准面为渠顶混凝土底板高程面。

渠顶找平全程由测量人员控制和校核高程及平面位置，使用小型反铲和少量人工处理欠挖和超挖，超挖部位回填后需夯实。

2.2.2 渠坡修整

渠坡修整采用反铲粗削+人工精削方案。

2.2.2.1 反铲粗削

设备选型:选用小型反铲——PC220液压反铲，以减少对坡面的扰动;设备操作手选用经验丰富、技术精湛、责任心强的人员。

粗修流程:测量放样→设置开挖控制标志→反铲粗修。

(1)测量放样:测量人员按设计渠基开挖不应存在欠挖要求进行施工放样，放样控制桩沿渠线直线段每10 m一桩，转弯段每5 m一桩。

(2)设置开挖控制标志:施工人员根据放样资料和放样控制桩设置开挖控制线，并根据控制线在控制线处开挖控制槽，控制槽底面为设计开挖面。

(3)反铲粗修:反铲根据控制线和控制槽自上而下粗修边坡，施工人员使用自制的铝合金坡度尺(坡度为1∶2，斜长约6 m，尺上有水平仪)控制坡度和水准仪复核边坡超、欠挖情况，及时纠正。

2.2.2.2 人工精削

人工精修流程:测量复核、修正控制桩→人工精修。

反铲粗修后由测量人员对坡面进行复核并修正控制桩，就坡面开挖情况向施工人员交底，施工人员根据复核资料和修正控制桩在坡面设置人工精修控制线，完成后开始人工自上而下平行精修边坡并随修随复核，对开挖中由于大粒径砂砾石形成的坑洞采用砂料进行回填，回填料采用反铲或其他压实设备压实。

控制线设置方法为:根据测量放样，在坡脚线和坡肩线上每10 m对应各设一控制标高，用细线挂线，先削出一条基准线，并在基准线上的1/4、1/2、3/4处设一垂直坡面的高程控制桩。

2.2.3 渠底找平

渠底找平工艺类似渠顶找平。

2.3 轨道铺设

衬砌机轨道为自制简易单轨道。

轨道铺设精度直接关系到渠道衬砌体型，必须严格控制。

(1)确定轨道中心位置。

根据渠道设计断面和衬砌机行走机构的相对位置确定渠顶和渠底轨道中心位置。为方便现场控制，可设立相对渠道轴线的相对坐标进行控制。

(2)轨底找平层。

轨道基础面为砂砾石，整体不平整度较大。为提高轨道精度和沉降并减少轨道变形，在轨道底部铺设了一层具有一定强度、满足轨道安装宽度和表面平整的砂浆垫层。

(3)轨道就位。

在砂浆找平层初凝时进行轨道安装。

衬砌机行走机构垂直于轨道安装面，轨道不受侧向力，将轨道直接安装于砂浆找平层上即可，轨道连接采用套筒方式。

2.4 找平层施工

渠坡找平层施工采用衬砌机进行，找平层料采用露拌，水平运输采用5 t自卸车，垂直运输采用小型反铲，摊铺采用衬砌机的振动布料机，压实采用衬砌机的振动成型机，摊铺、压实的施工方法同渠坡混凝土面板，详见2.6。

找平层施工控制的要点为找平层料含水率调整，控制方法如下:

找平层采用水泥掺量为5%的水泥稳定级配砾石，级配砾石采用天然级配砂砾石直接筛分，最大粒径不大于40 mm。

通过现场试验确定的施工配合比见表1，其最优含水率为5.2%，含水率与干密度关系见图1。

表1 水稳层配合比表

图1 含水率与干密度关系曲线图

限于设备性能，按最优含水率拌和的找平层料不易摊铺，进度较慢，实际施工时最优含水率的控制采用以下方法:在找平层料拌制时，将含水量控制在4.5%;找平层摊铺前，采用雾状水对渠坡适量洒水湿润，完成摊铺后，采用雾状水在松铺料面上适量均匀补水一到两次，补水量依据天气情况调整。

2.5 复合土工膜铺设

找平层验收合格后进行复合土工膜铺设。铺设前将基面清理干净，铺设时将土工膜顺渠坡自上而下铺设，纵向搭接长度不小于10 cm，渠顶和渠底按要求留设搭接长度，复合土工膜连接采用热熔法双焊缝焊接，采用(莱斯特)LST－800型自动爬行焊接机，焊接完成后采用充气法检测焊缝的质量。

2.6 混凝土面板施工

2.6.1 施工准备

(1)混凝土的生产、运输及入仓。

渠坡混凝土在拌和站集中拌制，采用8 m3混凝土搅拌运输车运输。入仓方式为:混凝土搅拌运输车下料槽输送至衬砌机的布料机输送带，由输送带输送至集料箱，由螺旋输料器送至仓内。

拌制时将混凝土的坍落度控制在7～9 cm，衬砌机浇筑混凝土的入仓坍落度控制在4～6 cm，并掺入适量的缓凝剂。

(2)衬砌机就位。

衬砌机运至工作面后在现场完成拼装，然后采用吊装设备吊装就位。

吊装就位的衬砌机先试通电，检查电路及机电设备，合格后进行空载运行;检查行走结构等是否满足要求，合格后进行混凝土浇筑。

衬砌机运行过程中应密切注意轨道情况。

(3)侧模支立。

采用衬砌机进行渠坡混凝土施工需在渠坡的坡顶、坡底设置侧向模板，侧向模板可采用满足面板厚度的槽钢，侧模采用小钎加固，侧模支立应在面板浇筑前完成。

(4)衬砌机行走。

衬砌机在铺好的轨道上行走，在渠道直线段时，行走结构同频行走;在渠道曲线段时，渠坡面有凹面和凸面，渠顶和渠底轨道弧长不同，其衬砌机行走时不同频，因此，必须控制上下行走电机的速度，始终保持衬砌机与渠中心线垂直。

2.6.2 布料振捣

混凝土的布料振捣采用混凝土振动布料机，布料装置为螺旋布料器，振捣装置为插入式振捣器。

混凝土的布料由专人进行指挥。

混凝土搅拌运输车就位卸料前，为便于卸料，卸料人员用少量水湿润运输车的下料槽和布料机输送带。运输车辆卸料的自由高度不大于1.5 m。

采用螺旋布料器布料，混凝土经输送带运至布料机接料口进入集料箱，开动螺旋输料器均匀布置。开动振动器和纵向行走开关，边输料边振动，边行走。布料混凝土较多时，开动反转功能，将混凝土料收回。当布料宽度达到2～3 m时，开动成型机，启动工作部分，开始二次振捣、提浆、整平。施工时，料位的正常高度应在螺旋布料器叶片最高点以下，不应缺料。

渠道坡肩、坡脚和周边模板位置由人工辅助布料。

铺料时控制好布料厚度，松铺系数根据坍落度大小由试验确定。根据经验，当坍落度为4～6 cm时松铺系数宜控制在1.1～1.15之间。

衬砌机宜匀速连续工作，布料应与振动碾压速度相适应。

布料完成后开动插入式振捣器，振捣20～30 s后开动布料机，移动一个仓位，关振捣器进入下一布料循环。

坡肩、坡脚和周边模板位置由人工使用平板振捣器进行振捣。

2.6.3 提浆成型

提浆整平系统上部为桁架部分，下部为一个叶片轮和一个偏心滚(或轮)。

布料振捣完成后，开动提浆成型机至仓位处，关掉行走开关、打开提浆振捣开关，提浆偏心振捣滚自下而上至坡顶后再自上而下至坡脚即完成机械提浆整平工作，叶片轮的作用为向前旋转出多余料。

2.6.4 抹面压光

提浆成型工序完成后利用机械行走工作平台由人工对混凝土进行收面、压光，确保糙率满足设计要求。

抹面压光由混凝土工负责。抹面采用钢抹子2～3遍，采用2 m靠尺检测平整度，平整度控制在5 mm/2 m以内。

抹面压光在初凝前完成，消除表面气泡，保证混凝土表面平整、光滑和无抹痕，衬砌抹面施工禁止洒水、撒水泥和涂抹砂浆。

2.6.5 初步养护

混凝土面压光后采用塑料薄膜进行初步养护，待混凝土初凝后覆盖保水性材料土工布进行洒水养护。

2.6.6 切缝和填缝

(1)切缝。

机械化衬砌混凝土在浇筑完成12 h后开始切缝，并在48 h内全部完成。

混凝土切缝顺序为先“横向”、再“纵向”。

切缝采用改制的公路路面切缝机，切缝时首先由测量放出缝中心线位置，并用墨斗弹出中心线，在确认切缝类型后开始骑中心线切缝。

切缝时，通过手柄连杆机构，转动手轮使前轮升降，进行切割深度的调节，缝深应满足设计要求。

坡面横缝由坡脚向坡肩切割，也可由坡肩向坡脚切割。在坡肩设置固定的手动葫芦，将手动葫芦上的链条与切割机相连。切割时，一人沿坡面操作切割机，控制切割机深度和直线度，另一人在渠肩控制切割速度，匀速拉动手动葫芦，牵引切割机向坡肩移动。

坡面纵缝由坡脚开始向坡肩顺次切割，切割机利用简易支撑架支撑垂直坡面完成切割。

为防止混凝土初裂，采取隔缝切割法进行控制;对于未切缝的，则在1 d后补切。

(2)填缝。

在填缝前，采用钢丝刷和手提式砂轮机修整缝面，并用移动式柴油空压机吹缝，填缝前应保证缝面洁净干燥。

闭孔泡沫板采用专用工具压入缝内，勾缝用的聚氨酯砂浆在工厂配置，聚氨酯采用无毒非焦油聚氨酯防水涂料，聚氨酯砂浆配合比为:聚氨脂∶砂 =4∶6(重量比)，人工勾缝。

2.6.7 养护

衬砌混凝土板为薄板结构，抗裂要求较高，必须采取有效的养护措施。

常温(温度高于5℃)和高温季节，混凝土养护采用自然养护。养护方法为覆盖保水性材料土工布养护，并根据情况进行补水。

低温季节(气温低于5℃)，混凝土养护采用蓄热养护，养护方法为盖草袋和挂草帘进行保温，严禁在混凝土面洒水。

2.6.8 特殊天气施工

渠道混凝土板为板壳结构，在特殊天气时施工对混凝土板的质量有较大影响，故在特殊天气情况下施工应采取控制措施。

(1)风天施工。

风天施工，混凝土因水分挥发而易产生塑性收缩裂缝。采取的控制措施为:适当调整混凝土用水量，增加混凝土出机口坍落度1～2 cm;对正在衬砌的作业面及时收面并立即采用塑料薄膜养护。

(2)雨天施工。

鉴于渠道衬砌属大面积混凝土和露天作业，原则上雨天不安排衬砌施工，施工中遇突发降雨时应及时将浇筑完成的混凝土面覆盖，浇筑仓面临时覆盖以阻止雨水冲刷仓位，同时尽快完成浇筑仓面的剩余作业并进行覆盖。降雨停止后，必须清除仓位积水，不得带水抹面压光作业。若混凝土尚未初凝，对混凝土表面应进行适当处理后继续施工，否则按施工缝处理。

针对本地区降雨具有短时、不确定等特点，砂石料场应做好排水设施，对混凝土运输工具设置防雨和防滑设施，浇筑仓面配备足够的防雨覆盖塑料薄膜。

雨后，继续施工时必须检测骨料含水率，并据此适时调整混凝土用水量。

(3)高温施工。

根据本地区高温天气一年之中集中在夏季、高温时段一日之中集中在中午12～16时的特点，在高温季节进行衬砌施工时，采取了以下措施控制混凝土入仓温度不超过28℃。

①施工时间避开高温时段，施工安排在温度较低的上午12时前、下午16时之后进行;

②采取增加骨料高度、骨料场搭设防晒遮阳棚、骨料表面洒水降温措施控制骨料温度;

③在混凝土中掺加高效缓凝减水剂，延长混凝土初凝时间。

(4)低温施工。

本地区低温时段集中在10月至次年3月底，低温时段较长，多年统计资料显示，可施工的时段为10月至11月上旬。

当日平均气温连续5 d稳定在5℃以下或现场最低温度在0℃以下时，采取措施进行施工，日平均气温低于0℃时，不安排施工。

低温施工控制措施:

①浇筑现场设温度计，现场施工员根据温度计显示温度指挥施工作业;