溪洛渡水电站泄洪洞工程技术创新与创新管理

聂庆华，陈庄明，许传稳

(中国长江三峡集团公司溪洛渡工程建设部，云南永善 657300)

1 概述

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县相接壤的溪洛渡峡谷段，电站总装机容量为13860MW，年发电量573．5亿kW·h。泄洪洞是溪洛渡水电站主要泄洪设施之一，左岸布置有1#、2#泄洪洞，右岸布置有3#、4#泄洪洞。左右岸基本对称布置，洞长约1．4～1．8km不等，进口位于厂房进水口与大坝之间，随后采用有压段进行平面转弯、绕过坝肩，后经地下工作闸门室接顺直的无压段，无压段采用“龙落尾”型式，最后通过出口明渠和挑坎，采用挑流消能将水流挑射于尾水洞下游河道。泄洪洞单洞设计流量约为4000 m3/s，总泄量超过16600m3/s，最大设计流速达50m/s，具有高水头、大流量、高流速等特点，其泄洪功率、工程规模和技术难度均居世界前列。

2 技术创新成果

2．1 开挖与支护

2．1．1 底板水平光爆

目前国内底板爆破通常采用垂直光爆技术，底板成型质量很差。而水平光爆技术由于架钻困难，造孔精度不易保证，同样存在欠挖或二次爆破现象。为此，设计了水平光爆造孔设备专用固定支架，从而有效保证了钻孔精度，同时进行了生产性爆破试验，确定了装药参数，取得了较好的施工质量［1］，开挖效果见图 1、图2。

2．1．2 钢筋拱肋支护

图1 有压段弧形底板开挖效果图

图2 无压段底板开挖效果图

地下洞室开挖后一般采用喷混凝土和锚杆作为临时支护方式，在应力复杂及不良地质段通常采用钢支撑辅助支护。但钢支撑由于制作安装周期长、无法紧贴围岩等缺点，不能及时有效地帮助围岩自稳。钢筋拱肋是将钢筋环向紧贴岩面，并通过拐子筋与锚杆焊接，使锚杆、喷混凝土连成整体，共同变形承载［2］(图3)。钢筋拱肋应用于泄洪洞51处洞井交叉口及不良地质段，均未发生塌方或掉块，支护效果良好(图4)。

图3 钢筋拱肋支护示意图

图4 钢筋拱肋支护效果图

2．2 混凝土浇筑

2．2．1 有压段混凝土衬砌

泄洪洞有压段为圆形断面，衬砌厚度1m，衬砌后洞径为15m，采用C9040混凝土，施工顺序为先底拱、后边顶拱。

有压段底拱采用翻模工艺施工(图5)。传统的翻模工艺不易控制模板的定位精度，并且弧面上人工操作困难。为此，设计了双向可调接安螺杆［3］用以替代传统的拉条和混凝土垫块固定模板，能方便调节模板高度且不留孔洞;采用分段围囹，很好地适应了翻模时间，减少了拆模时对临近模板的扰动;设置轻型工作平台，方便工人在弧面上进行抹面和搬运，这些措施应用效果良好。有压段底拱浇筑效果见图6。

2．2．2 无压段混凝土衬砌

泄洪洞无压段为城门洞型断面，衬砌厚度按不同地质条件分为0．8m、1m和1．5m，衬砌后断面为14m×19m(宽×高)，边墙和底板采用C9040混凝土，顶拱采用C9025混凝土，施工顺序为先底板、后边墙、顶拱。

图5 翻模施工布置图

图6 有压段底拱浇筑效果图

地下洞室高边墙衬砌通常采用钢模台车泵送混凝土入仓浇筑，而无压段边墙衬砌则在传统台车的基础上增设了一套常态混凝土输送系统［4］(图7)，采用垂直提升、横向布料、多点下料的方式浇筑7～9cm低坍落度混凝土，在节约胶凝材料的同时，可减少温度裂缝的产生(图8)。

图7 常态混凝土台车结构图

图8 无压段边墙衬砌效果图

2．2．3 龙落尾段混凝土衬砌

泄洪洞龙落尾段采用城门洞型断面，衬砌厚度按不同的地质条件分为1m和1．5m，衬砌后断面为14m×19m(宽×高)，边墙和底板采用C9060混凝土，顶拱采用C9025混凝土浇筑，施工顺序为先边墙、顶拱，后底板。

龙落尾段长度约为390m，高差近100m，由奥奇段、斜坡段、反弧段和下平段等组成，最大坡度为22．5°，其间布置有3道掺气坎，设计流速为30～50m/s，泄洪洞泄洪总能量的80%都集中于此释放，因此，该部位在施工难度和质量要求上均高出其他洞段一个等级。

为保证施工质量，龙落尾段边墙衬砌采用钢模台车。该方案的实施难点在于200t级台车在斜坡上的移动爬升问题，以及20m高的钢结构在倾斜面上的安全问题。在这种条件下，左岸泄洪洞设计了“液压自行式斜洞衬砌台车”［5］，采用两组油缸互为保险;右岸泄洪洞设计了“摩擦式卷扬机双倍率牵引钢模台车”，采用了液压夹轨器和防坠器两套保险措施;另外，还采取了设计、制造、安装、运行的全面安全管理措施，以确保施工安全。该方案的成功应用，不仅使龙落尾段边墙衬砌体型精准、平顺光滑，同时也大幅度减少了劳动力，提高了施工效率图(9、10)。

龙落尾段底板衬砌采用了自主设计的“悬臂隐轨式拖模台车”［6-7］(图11)，采用隐藏式轨道、悬挑式模板并增设了抹面平台，一举解决了传统拖模轨道设置、已浇面不能承载及抹面困难等难题，实现了底板一次性整体浇筑且在混凝土表面不留任何孔洞和坑槽，取得了良好的施工效果(图12)。

图9 左岸龙落尾边墙衬砌效果图

图10 右岸龙落尾边墙衬砌效果图

图11 悬臂隐轨式拖模台车图

2．3 新材料的应用

2．3．1 硅粉混凝土的研究与应用

图12 龙落尾底板浇筑效果图

由于泄洪洞的大流量、高流速以及对混凝土材料的高强耐磨、不平整度和温控防裂提出了较高的要求，同时还需兼顾和易性以保证施工方便。在混凝土中添加硅粉能提高混凝土的强度和抗磨性能。但随着硅粉掺量的增加，也会产生一些负面影响，如混凝土用水量增加，易出现假凝现象，不便于施工等。而添加粉煤灰则可改善混凝土和易性，减少水泥用量，降低水化热，有利于温控防裂。结合硅粉和粉煤灰的上述特性，制定了“硅粉+粉煤灰+高性能减水剂”的拌和方案，并通过不同配合比的实验对比，确定了5%硅粉和30%粉煤灰的最优掺量，成功配制出满足工程需要的混凝土，其中30%的粉煤灰掺量已超过规范限值［8］。

2．3．2 低热水泥的研究与应用

低热水泥具有水化放热平缓、峰值温度低等特点，对于温控防裂具有较大的优势，但由于其早期强度偏低，影响拆模时间，限制了低热水泥的应用。经试验对比，通过采用高性能减水剂、调整缓凝成分可加快其终凝时间。另外，在边顶拱浇筑封拱时采用了中热水泥，以减少低热水泥对拆模的影响。通过将低热水泥与硅粉混凝土配合，可在确保混凝土后期高强耐磨的同时，显著降低混凝土内部温升。经泄洪洞龙落尾段的实践表明，低热水泥可减少裂缝20%，应用效果良好。

3 创新成果的评价

泄洪洞工程的创新绝大部分都取得了很好的实效:

(1)底板水平光爆:有效降低了对围岩的爆破扰动，减少了不均匀约束，并且改善了交通，清基方便，大大加快了施工进度;与传统的垂直光爆相比，可减少平均超挖30cm以上;

(2)钢筋拱肋支护:现场制作安装，及时且贴近岩面，安全有效，与钢格栅(花拱架)相比，支护效率提高一倍以上，并能节约成本75%以上;

(3)翻模工艺改进:与传统翻模工艺相比，双向接安螺杆能提高模板精度，保证混凝土体型和抹面质量;而分段围囹和轻型工作平台的使用则可大大提高施工效率;

(4)无压段常态混凝土衬砌台车:与泵送混凝土相比，每m3常态混凝土可节约水泥用量达35kg，同时可减少混凝土水化热，降低最大温升约2℃，减少温度裂缝，节省修补费用;

(5)龙落尾衬砌台车:与原计划采用的定型组合钢模板方案相比，台车衬砌体型精准，表面平整光滑，可提高施工效率三倍以上，大大节约了劳动力用量;

(6)悬臂隐轨拖模台车:与原计划采用的翻模方案相比，底板混凝土体型精度提高，一次拖模成型，避免了反复安拆模板，施工效率可提高五倍以上;

(7)C60硅粉混凝土:与原计划采用的C50钢纤维混凝土相比，硅粉混凝土具有较好的和易性，便于施工，同时也兼顾了高强耐磨的性能，能够满足工程需要;

(8)低热水泥:与原计划采用的中热水泥相比，低热水泥可显著降低温升，减少温度裂缝，通过调节配比方案与施工措施，也降低了低热水泥早强偏低的影响。

4 对创新工作的管理

4．1 创新任务的确定

创新要从工程的实际需要出发，深刻理解工程目标和关键点，充分考虑基础条件，要有合适的内外部环境和相关专业人才，综合群众、专家、领导各方意见，形成共识，同时还要符合工程技术发展方向，不搞为创新而创新的花架子。

4．2 创新进程的推进

泄洪洞工程的创新是伴随着工程的进展而进行的，首先是建设者们从思想上达成了共识，即“工程有亮点，管理有创新，各方有收获”，为创新工作打下了良好的基础;其次是形成执行力，要求施工必须按拟定的方案实施，如果方案有问题或不符合实际，要对方案进行修改后再实施，绝不允许搞两张皮;第三阶段，营造创新气氛，从先进技术推广、技术改进和局部创新开始，提高建设者们的自信心，激发大家的创新热情;第四阶段则把创新推向高潮，通过三大战役“无压段常态混凝土衬砌台车、龙落尾边墙衬砌台车和龙落尾底板的悬臂隐轨拖模台车”及相关配套工艺的研究，颠覆了传统的隧洞衬砌工艺，树立了水工隧洞施工史上的重要里程碑;最后是收尾，“三大战役”之后在明渠及出口挑坎的施工中继续创新，高水平完成所有工程，使整个泄洪洞工程成为一个整体技术先进、施工质量良好的精品工程。

4．3 创新风险的控制

创新意味着提高和进步，同时也意味着风险。如何控制风险和追求成功同样重要。首先要采取系统全面、进退有序的控制进程，有了相应的环境和条件再来推动创新，避免随意性和跳跃性，前面已介绍了泄洪洞创新工程的总体进程;其次，要提高成功的保证系数，泄洪洞工程充分利用左岸和右岸两个施工团队，制定了两套方案，例如，对于无压段常态混凝土台车，左右岸采用了不同的上料方式;对于龙落尾台车，左右岸采用了不同的牵引爬升方式。有一套方案成功就意味着泄洪洞工程创新成功;第三，要建立退出通道，例如龙落尾常态混凝土运送方式非常复杂，失败的可能性很大，从而备用了一套低热水泥泵送混凝土的方案，在常态混凝土运送方案退出后改用低热水泥方案，很好地解决了温控防裂问题。最后，对创新成果要精心呵护，比如针对龙落尾大型台车制定了运行手册，采取了八条措施用以保障台车安全有效的运行。

5 结语

泄洪洞的创新涉及开挖、支护、混凝土浇筑、混凝土材料等多方向，几乎每一个环节都有创新，获得专利十余项，尤其是无压段常态混凝土衬砌台车、龙落尾边墙衬砌台车和龙落尾底板的悬臂隐轨拖模台车均属国内首创，具有里程碑意义。通过技术创新和综合性的管理措施，实现了泄洪洞“体型精准、平顺光滑、抗冲耐磨、高强防裂”的目标，推动了水工隧洞施工技术水平的提升。

［1］ 杨 勇，刘正树．光面爆破技术在溪洛渡水电站左岸泄洪洞有压段弧形底板开挖中的应用［J］．四川水力发电，2009，28(增2):128-130．

［2］ 刘太平，聂庆华，刘正树．新奥法及基于新奥法理论的钢筋拱肋应用［C］．宜昌:中国长江三峡集团公司，2009:170-174．

［3］ 邓良超，覃壮恩，易 丹，吴 浪，罗 勇．一种翻模接安螺杆:中国，2011202086386［P］．2012-2-1．

［4］ 尹 强，刘正树，李辉禄，杨 勇，吴登明，韩进奇．隧洞常态混凝土自动升送带式台车:中国，2009103032268［P］．2010-9-8．

［5］ 尹 强，杨 勇，汪志林，吴登明，聂庆华，刘正树，李辉禄，韩进奇，彭作为，刘太平．液压自行式斜洞常态混凝土浇筑台车:中国，2010102989265［P］．2012-12-26．

［6］ 覃壮恩，邓良超，陈俊松，黄伟洪，罗 勇．悬臂隐轨式拖模台车:中国，2012202259835［P］．2012-12-26．

［7］ 尹 强，杨 勇，刘正树，吴登明，黄照元，向 建．斜面液压自行式隐轨拖模:中国，201220242834X［P］．2013-4-3．

［8］ 吕玉娥，李学峰，陈柯朴．溪洛渡水电站泄洪洞C60硅粉抗冲耐磨混凝土配合比研究［J］．四川水力发电，2010，29(增2):16-17．