大型地下厂房混凝土施工浇筑技术研究

程志华

(葛洲坝集团股份有限公司，湖北宜昌 443002)

1 概述

目前大型地下厂房施工项目很多，已建和在建的地下厂房有:拉西瓦、龙滩、小湾、水布垭、白莲河、三峡、溪洛渡、向家坝、锦屏水电站等，每个厂房都设计有3台以上机组，其中溪洛渡电站地下厂房是世界上最大的地下厂房，左右岸两个厂房共装18台机组。目前我国水电工程和地下工程的规模与设计施工水平已经居于世界领先水平。我国今后的大型电站项目多集中于云、贵、川、青等西部偏远地区，西部多高山峡谷，几乎每个电站都有地下厂房工程，而且相应的地下工程也越来越大型化与复杂化。

由于施工管理与施工技术的进步和提高，水电工程施工的速度也越来越快，而地下厂房的混凝土浇筑手段却还依靠桥机加卧罐、泵送或溜槽，其输送速度与技术水平已经成为影响地下厂房施工进度与成本的重要因素。笔者主要分析了大型地下厂房结构特点以及现有浇筑手段的优缺点，提出了一种更合理、经济的大型地下厂房混凝土浇筑手段。

2 大型地下厂房结构及混凝土施工特点

2.1 地下厂房是封闭结构，各结构物间布置紧凑，难以布置大型混凝土施工设备

地下厂房主要是在岩体内对岩石进行开挖，以形成一个可以安装多台机组的狭长封闭结构物。地下厂房中主厂房混凝土施工是地下厂房混凝土的主体，也是施工的重点和难点。一般与主厂房相连接的结构物主要有引水洞、尾水洞、安装间、母线洞及主变室等(不同的工程有所不同)，上游引水洞与主厂房机组蜗壳进水口相接;尾水洞与主厂房机组肘管相接;发电机层与母线洞和主变室相通;安装间一般设在主厂房一端。若地下厂房安装机组较多，则在主厂房左右两端分别设有主安装间和副安装间。与主厂房相连接的这些结构物亦均为洞室结构，且与其紧凑布置。在这些布置紧凑、狭长封闭的结构中难以布置大型的起吊设备进行厂房混凝土施工。

2.2 地下厂房混凝土结构难以布置长久施工通道

地下厂房施工时，不同时段布置不同的施工道路，对相应的施工部位干扰较大，且使用时段均很短。一般进入主厂房的道路共计四条:

①上游引水施工支洞未封堵前，可使用引水洞的施工支洞，经引水洞进入地下厂房。

②下游利用尾水管施工通道可以进入地下厂房肘管部位。

③利用进入厂房安装间的通道，通过安装间进入地下厂房。

④利用主变室、母线洞的施工通道，通过主变室、母线洞进入地下厂房。

其中道路①、②分别与引水洞、尾水洞施工相干扰，且其只能在厂房底部混凝土施工初期使用。道路③是进入厂房的永久道路，但由于安装间既是金结埋件拼装吊装场地，又是作为土建施工的取料平台，金结与土建施工干扰大，协调难度大。道路④与主变室和母线洞混凝土相干扰，若合理安排工期，加强混凝土施工内部协调，可以作为向主厂房输送混凝土的一条通道，但与主厂房混凝土施工部位高差大，须配有合适的输料布料设备。由此可知，主厂房混凝土施工难以布置长久道路，且使用协调难度大，受使用时段限制。

2.3 地下厂房施工程序复杂，金结埋件多，混凝土施工与金结施工相互干扰大

地下厂房施工包含厂房混凝土施工、水轮机组埋件施工、公用辅助设备安装及金属结构安装工程等，施工项目多、结构复杂、专业面广，各部位、各专业施工相互关联、相互制约，施工程序复杂。金结、机电埋件大，且与土建施工交叉施工多，如肘管、锥管、蜗壳等部位存在土建与金结多次交面，交叉作业，互相影响等问题，混凝土施工难度大。

2.4 主厂房混凝土施工质量要求高，混凝土浇筑难度大

主厂房肘管、锥管、蜗壳周边混凝土体积大，温控要求高;肘管、蜗壳底部以及座环阴角部位混凝土必须浇筑密实，同时，混凝土浇筑中须防止金结埋件移位。但由于地下厂房肘管、蜗壳、座环等部位金结埋件较多，钢筋多，施工空间相对狭小，尤其肘管底部和蜗壳、座环底部及其阴角部位空间更狭小，施工难度大，混凝土浇筑密实难度更大。同时，由于地下厂房无法布置大型混凝土浇筑设备，对于相对较大面积的仓位，混凝土入仓强度很难达到，若增加泵机浇筑泵送混凝土，将增加混凝土温控压力，增加施工成本;若采用其它辅助手段，由于混凝土输送通道受到限制，很难确保混凝土浇筑质量。

3 目前大型地下厂房混凝土浇筑的主要手段及其优缺点

目前地下厂房使用的混凝土浇筑手段主要有泵机、桥机挂吊罐、沿上游墙壁架设供料皮带配溜槽、母线洞供料皮带配固定布料皮带以及天泵等五种方案，每种浇筑手段各有其优缺点，具体如下。

3.1 泵机浇筑混凝土方案

优点:布置方便灵活，适用主厂房混凝土浇筑的任何部位。

缺点:混凝土浇筑过程中，布料不方便，需拆装泵管，从而影响混凝土的入仓强度;按照已施工项目情况，泵机实际最大浇筑强度在30 m3/h左右，很难再提高其混凝土的浇筑强度。由于泵机要浇筑泵送混凝土，且泵机、搅拌车租赁费用较高，同时，泵送混凝土水泥含量较高，水化热较大，温控难度大，从而增加了施工成本。另外，为确保浇筑泵送混凝土施工人员的安全，需搭设操作平台，进而增加了施工工序和施工成本。

3.2 桥机挂吊罐浇筑混凝土方案

优点:可以根据结构需要浇筑任何级配混凝土，布料方便简单。

缺点:在有限的空间内，桥机运行速度较慢，入仓强度不高;根据已施工项目情况，桥机浇筑入仓强度一般为每小时3～4罐混凝土。一般桥机的取料点在主副安装间，而此时金结构件在安装间拼装，干扰较大;若在主厂房内其它位置设置取料点，则需搭设较大的取料平台，而取料平台要占压施工部位，影响仓位施工，因此，桥机的取料点也受到限制。

3.3 沿上游墙壁安装供料皮带与溜槽配套浇筑方案

优点:可以浇筑常态混凝土，降低混凝土中的水泥用量，减少水化热，降低温控难度，降低混凝土原材料成本。

缺点:在主厂房岩壁墙上架设供料皮带难度大，需要打设很多锚杆，工程量较大，且供料皮带在每台机组位置卸料装置较笨重。由于与供料皮带配套的溜槽卸料范围有限，为满足浇筑需要需搭设的溜槽较多，且仓内埋件较多，空间相对较小，对主厂房施工影响较大。

3.4 母线洞供料皮带与仓面固定布料皮带相配套浇筑方案(图1)

图1 母线洞供料皮带配固定布料皮带方案图

优点:可以浇筑常态混凝土，降低混凝土中的水泥用量，减少混凝土水化热，降低温控难度;从母线洞供料还可减少与安装间的施工干扰。

缺点:固定式布料皮带由于受主厂房空间限制，其长度有限，布料范围较小，很难发挥其效用。另外，主厂房肘管混凝土浇筑期间，布料皮带基座可以布置在机组两侧岩墩上，但其覆盖范围最大只能覆盖两台机组的各一半，使整个机组备仓浇筑受到影响;蜗壳二期混凝土浇筑期间，固定布料皮带基座一般需埋进混凝土内，从而增加了加工基座的工程量，若根据仓位结构不埋进混凝土内，则需占压仓位，且布料范围也受到影响。

3.5 天泵浇筑混凝土方案

优点:混凝土布料方便，混凝土入仓强度相对较高，入仓强度可达50～60 m3/h。

缺点:施工布置受限，一般将其布置在安装间，用于浇筑安装间附近的仓位，对安装间金结埋件拼装干扰较大;其浇筑的泵送混凝土水泥含量较高，水化热大，增加了温控难度;另外，其租赁费用较高。

4 拐臂布料皮带系统浇筑地下厂房混凝土施工方案

通过对地下电站厂房现有混凝土浇筑手段的优缺点进行分析可知，若需要加快地下厂房混凝土浇筑速度，必须加强其浇筑手段创新。根据地下厂房结构特点，我们提出了一种采用桥机挂设拐臂皮带浇筑地下厂房混凝土方案(图2)。其工作原理为:

拐臂布料皮带机由内外相互衔接的布料皮带组成。内皮带机机尾安装于母线洞上游洞口的回转支撑上，前端使用岩壁上设置的锚固点悬挂钢丝绳斜拉，可以通过卷扬改变斜拉钢丝绳的长度，进而改变内皮带机的仰俯角度。将外皮带机尾挂在内皮带机头部位的回转支撑盘底部，前端由桥机吊钩牵引，桥机吊钩升降可改变外皮带的仰俯角度，桥机大车与小车运动可以使拐臂布料皮带屈折伸缩摆动，以满足覆盖区域混凝土输送布料要求。

图2 地下厂房拐臂布料皮带三维布置图

对于该设备系统，我部已进行设计研究并制造且已应用到了溪洛渡水电站地下厂房混凝土浇筑，其可以覆盖三台机组浇筑范围，并具有输送混凝土料能力强、布料简单、操作方便、经济适用等优点，是地下厂房大体积混凝土浇筑的一种理想施工手段，具有较强的推广应用前景。

5 结语

通过以上对地下厂房结构特点和现有浇筑手段进行分析可知，除因结构阴角部位浇筑混凝土要求需配置1～2台混凝土泵机浇筑外，地下厂房混凝土采用拐臂布料皮带系统浇筑是地下厂房混凝土快速、经济适用的最佳手段。