白鹤滩水电站左岸地下厂房百万千瓦机组蜗壳外包混凝土施工技术

李 洪 伟，薛 本 垚，唐 毓 才

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

白鹤滩水电站位于川滇交界的金沙江上，上接乌东德水电站，下邻溪洛渡水电站。左、右岸地下厂房各布置8台、单机容量为100万kW的水轮发电机组。左岸地下厂房长438 m,宽34 m(岩锚梁以下31 m),高88.7 m,从南到北依次布置有副厂房、辅助安装间、1#～8#机组及安装场。

白鹤滩水电站左岸地下厂房单机组蜗壳分为34节，采用钢支墩、拉紧器拉锚的方式固定。蜗壳层混凝土施工高程为564.9～576.15 m，总高度为11.25 m(图1)。蜗壳外包混凝土为C9030W10F100。主要输料通道为下游侧母线洞、进厂交通洞南侧支洞及上游侧引水下平洞。入仓方式为立柱式布料机及混凝土泵机。

图1 蜗壳外包混凝土示意图

左岸地下厂房采用垫层蜗壳结构，在蜗壳上部外表面一定范围铺设聚氨脂软木柔性垫层。蜗壳外侧布置了三层外包钢筋，随蜗壳结构渐变施工净空尺寸较小。机电管路布置集中，座环与蜗壳连接处的阴角区域空间狭窄。

2 施工过程中的技术难点及重点

蜗壳作为地下厂房的关键和核心，是确保其外包混凝土施工质量的重中之重。白鹤滩水电站地下厂房因其单机容量大致使其蜗壳体型巨大、结构复杂、埋管埋件众多，加之座环、蜗壳间形成的阴角部位空间狭小，施工难度较大。为确保蜗壳混凝土优质、高效地浇筑完成，需要解决以下几方面的混凝土施工技术难题:

(1)蜗壳外包混凝土施工净空尺寸较小，蜗壳底部距离混凝土面的最小间隙为0.85 m，且蜗壳内侧外包钢筋层数多达三层、钢筋直径大并随蜗壳结构渐变，钢筋的制作、安装为一大难点。

(2)座环与蜗壳阴角部位体型复杂、空间狭窄、钢筋密集、埋管众多，混凝土入仓振捣困难。如何确保阴角部位以及蜗壳底部混凝土浇筑密实是施工的难点，也是蜗壳混凝土浇筑施工的关键。

(3)混凝土浇筑期间，如何防止座环、蜗壳在混凝土浇筑过程中发生抬动、位移是施工的难点，做好浇筑过程控制及抬动、位移监测是其关键。

(4)做好蜗壳层混凝土的温控措施是关键，特别是阴角部位、蜗壳底部需采用高流态、一级配或自密实混凝土，胶凝材料掺量大，绝热温升高，温控难度大。

3 蜗壳外包混凝土施工技术

白鹤滩水电站左岸地下厂房蜗壳层混凝土在基础环、座环、蜗壳安装完成并进行蜗壳焊接探伤、外部防腐、内外支撑焊接检查后进行混凝土浇筑施工。混凝土施工程序为：金结安装交面→缝面处理→钢筋施工、验收→预埋管路及预埋件施工→模板施工→混凝土浇筑→通水冷却、养护。在蜗壳施工程序中，钢筋制安、混凝土浇筑、抬动位移监测、温控防裂四大工序是施工的关键。

3.1 钢筋制作及安装施工技术

白鹤滩水电站左岸地下厂房蜗壳内侧设2层钢筋网，部分蜗壳节布置有第3层钢筋网。第1、2层钢筋网环向(竖向)主筋为Φ36螺纹钢，顺水流向分布筋为Φ32螺纹钢,第3层钢筋网环向(竖向)主筋为Φ32螺纹钢，顺流向分布筋为Φ28螺纹钢。蜗壳层结构外侧钢筋以Φ32(竖向)、Φ28(水平)钢筋为主。

蜗壳内侧的钢筋随蜗壳结构渐变而渐变，顺流向和垂直流向的钢筋布置间距为20 cm(最小间距13.3 cm，最大间距27.5 cm)。蜗壳钢筋下料前需绘制钢筋料表，明确每一根钢筋的型号及尺寸，渐变钢筋每3～5根为一组统一编号加工，以料表规格、型号选取原材料加工制作，成品及半成品需经质检员及时检查验收，合格品转入成品区分类堆放与标识。将加工好的同一型号的钢筋绑扎成捆，统一挂牌。根据钢筋种类及安装的先后顺序堆放与运输。

钢筋安装按从里到外、从低到高的原则进行。首先安装蜗壳底部的钢筋，一次安装至腰线附近，待弹性垫层施工完成后再进行上半部的钢筋安装。每层先安装环向钢筋，后安装径向分布筋。

钢筋安装前应测量放样以确定架立定位筋的位置，架立定位筋不得与蜗壳焊接，蜗壳腰线以下的钢筋外侧采用Φ36螺纹钢支撑，内侧采用Φ28螺纹钢支撑。顺水流方向每1.5 m设置一个断面，每个断面布置3～5个支撑。钢筋支撑底部钻孔(深度20 cm)注浆固定。对蜗壳腰线以上跨度较大处采取在蜗壳与内层钢筋之间设置支撑钢筋的方式，支撑钢筋与垫层接触处采用100 mm×100 mm×5 mm的铁垫片或采用与蜗壳混凝土同标号的混凝土预制垫块将架立筋与蜗壳隔开。

钢筋接头主要采用直螺纹套筒连接。环向封闭钢筋的最后一个接头因存在加工误差及累计误差而采用帮条焊焊接。

3.2 混凝土施工技术

(1)施工分层与分仓。白鹤滩水电站左岸地下厂房蜗壳层总高度为11.25 m。考虑到技术供水泵房、蜗壳进人廊道、蜗壳结构布置等因素，共分为4层浇筑，分别为蜗Ⅰ层～蜗Ⅳ层[1]。

为防止蜗壳受混凝土浇筑中的上浮力抬动影响，在蜗壳外侧间隔焊接拉锚，该拉锚需在第一层混凝土浇筑完成、第二层浇筑前割除，并对焊接部位进行打磨与探伤。

蜗壳第一层的分层高度应重点考虑以下因素：分层高度应确保阴角部位浇筑密实；分层高度应低于外侧拉锚高度，以便于拉锚的割除打磨；分层的内外高差不宜大于60 cm，以防止混凝土高差过大产生侧向力而导致蜗壳发生偏移。

基于以上因素并结合蜗壳层的其他结构布置，蜗壳层混凝土第一层的分层高度为3.5 m，其中蜗壳编号23～30段受蜗壳与座环间阴角部位高度的限制，浇筑高度为4.05 m。第一层分为4个象限进行浇筑，南侧、上游为第Ⅰ象限，其它象限按照逆时针方向依次为Ⅱ～Ⅳ象限[2]。

蜗Ⅱ层顶高程为570.85 m；蜗Ⅲ层因蜗壳直径为渐变结构，受蜗壳顶高以上覆盖混凝土不宜超过1.5 m的限制(防止浇筑厚度过大导致其压力影响蜗壳形体)，蜗Ⅲ层分为两个台阶浇筑，蜗壳南侧的浇筑高程为574.5 m，北侧浇筑至高程573.9 m；蜗Ⅳ层顶高程为576.15 m(图2)。

图2 厂房蜗壳混凝土施工分层示意图

(2)浇筑方式及布置。蜗壳钢衬底部内侧及阴角部位采用泵机送料，泵机布置在引水下平段内，直接对蜗壳底部进行供料。

蜗壳层大体积混凝土主要采用立柱布料机送料，布料机布置在机组之间，其中对于南、北两端的1#、8#机组布料机覆盖不到的区域以及其他机组布料机覆盖不到的区域采用溜管、溜槽辅助入仓[3]。采用桥机挂吊罐的方式作为临时备用辅助浇筑手段。

蜗壳层混凝土第Ⅰ层分四个象限对称浇筑，浇筑顺序为Ⅳ象限→Ⅱ象限→Ⅲ象限→Ⅰ象限。蜗Ⅱ层～蜗Ⅳ层一次性浇筑成型。

(3)蜗Ⅰ层混凝土浇筑。

①蜗Ⅰ层混凝土。先浇块混凝土浇筑。蜗壳层混凝土先浇块为第Ⅳ象限，浇筑手段为2台泵机+布料机。布料机用于蜗壳外侧浇筑。泵机一用一备，主要用于蜗壳内侧混凝土的浇筑，布置在引水下平段或相邻机组，泵送自密实或一级配混凝土。蜗壳座环阴角部位布置有3根高泵管、2根低泵管(图3)。

第Ⅳ象限从蜗壳半径较大侧开仓浇筑，采取内高外低挤浇法，外侧采用布料机入仓，坯层厚度为30 cm，先浇筑蜗壳底部范围，再向外辐射，振捣人员同时平仓振捣，蜗壳底部浇筑宽度超过3 m后，开始浇筑内侧混凝土，内侧采用泵机浇筑，坯层厚度30 cm，先启用低泵管浇筑一级配混凝土，内侧浇筑速度不能超过外侧。待浇筑到蜗壳底部人员难以振捣时，启用高泵管浇筑自密实混凝土并降低外侧浇筑速度，使内侧浇筑速度略快于外侧，以便于内侧自密实混凝土将蜗壳底部填满，但内外侧高差不宜超过60 cm，防止混凝土侧压力影响蜗壳形体。阴角部位浇筑自密实混凝土时，在蜗壳基础环板上布置有振捣孔，待混凝土料浇满溢出后及时进行清理并用沙袋或木塞封堵孔口。高泵管浇筑过程中，需密切注意观察基础板上各窗口、孔洞等的冒浆情况，一旦发现，对冒浆相应的泵管立即停止泵送混凝土，待最高层振捣孔全部冒浆并堵压后，采用麦斯特注浆机利用注浆管往阴角顶部预埋的注浆花管灌浆(图4)，直至顶部通气孔冒浆后停止，确保阴角部位浇筑饱满、密实。

图3 蜗壳阴角部位高低泵管布置示意图

图4 厂房蜗壳下部内高外低挤浇法示意图

注意：a.在浇筑过程中，注浆压力均按不大于0.2 MPa控制，以确保将泵送混凝土过程中的抬动变形值控制在机组厂家允许的范围内；b.重点监控蜗壳内侧的混凝土浇筑，同时，蜗壳外侧混凝土浇筑亦需满足浇筑要求，有序进行平仓，合理下料，及时进行接头覆盖；c.蜗壳内、外侧混凝土的垂直上升速度均要求不大于0.3 m/h。在蜗壳钢支撑或蜗壳本体上标识坯层线，以便于控制坯层厚度及浇筑速度。

②后浇块混凝土浇筑。第Ⅳ象限浇筑完成后，依次进行后浇块第Ⅱ象限、第Ⅲ象限和第Ⅰ象限的混凝土浇筑。浇筑手段为2台泵机+2台布料机，浇筑方法与先浇块基本相同。

③1#、8#机组布料机覆盖不到的部位。对于1#机组南侧和8#机组北侧布料机覆盖不到的部位其蜗壳内侧浇筑方法不变，1#机组外侧采用布置在进厂交通洞南侧支洞的溜管溜槽系统进行浇筑，8#机组外侧采用布置在主厂房安装间的溜管溜槽系统进行浇筑。

(4)蜗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层混凝土浇筑。蜗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层混凝土采用2台立柱式布料机入仓(1#、8#机组采用1台立柱式布料机、1套溜管溜槽系统入仓)、平铺法浇筑，坯层厚度为30 cm。

(5)振捣工艺。自密实混凝土不需要振捣，泵送混凝土振捣采用Φ100、Φ70振捣棒进行振捣。振捣时要避开金结埋件并与侧模保持5～10 cm的距离，按一定的顺序和间距逐点振捣，其间距为振捣棒作用半径的一半，振动棒要快插慢抽并插入下层混凝土面5 cm，待振捣至其表面停止明显下沉、周围无气泡冒出、泛浆为止。

3.3 温控措施

白鹤滩水电站蜗壳外包混凝土强度等级为C9030W10F100。根据设计要求,混凝土的入仓温度为4～9月不高于20 ℃、10月～次年3月不高于18 ℃、12月和1月自然入仓。混凝土的允许设计最高温度为4～9月不高于45 ℃，10月～次年3月不高于41 ℃[4]。为满足温控要求,混凝土浇筑过程中应采取严格的温度控制措施以降低混凝土的入仓温度和混凝土水化热的温升。

为满足蜗壳混凝土高标准的温控要求，蜗壳层混凝土采用水化热低的硅酸盐水泥并优化其混凝土配比。为降低混凝土的浇筑温度，主要采取冷水预冷骨料的方式降低料仓骨料的温度；混凝土搅拌时，采用加冰措施降温，并适当延长拌和时间；混凝土运输过程中在搅拌罐上加帆布覆盖隔热并对帆布喷水保湿保温，避免运输过程中温度升高。对于混凝土骨料，一定要做好沟通协调，防止混凝土料不能及时入仓，在罐车中的时间过长而不满足入仓温度要求。

蜗壳混凝土每层浇筑时，在仓内布置1～2层冷却水管，冷却水管布置间距为1 m，材料采用塑料冷却水管，冷却水管采用Φ25钢筋和Φ16钢筋进行预埋加固。冷却水管的布置可根据现场需要进行调整，在采用一级配、自密实混凝土浇筑的部位适当加密布置。

混凝土收仓8～12 h后进行养护，主要采取在混凝土面上铺设1～2层土工布覆盖的方式，对土工布洒水养护，土工布具有较好的保湿效果，可使混凝土表面经常保持湿润状态。

3.4 抬动监测

蜗壳外包混凝土浇筑前，在座环上平面架设垂直百分表和水平百分表用以监测混凝土浇筑过程中的变形及位移量，并根据监测情况调整混凝土的浇筑顺序[5]。

抬动监测主要监控座环、蜗壳在第一层混凝土浇筑及接触灌浆过程中的位移情况，确保混凝土浇筑及回填过程中座环和蜗壳处于质量受控状态。

(1)监测位置和支架形式。座环监测点是在座环底环基础板的+Y 、+X、-Y、-X方向旋转45°布置4个测量位置，各布置了1个径向测点和高程测点(共8个测点)。测点支架采用槽钢加工制作，与蜗壳、座环独立，下部与锥管内支撑连接。座环监测点位置见图5。

图5 厂房开挖分层初步设计方案示意图

蜗壳监测点的布置。在蜗壳顶部均布14个监测点，采用全站仪进行监测。在地面做一个基准校正点用于仪器校正，防止仪器移动或因气温等因素造成的零点漂移。

(2)监测要求。根据设计要求，座环的抬动和变形应≤0.25 mm，蜗壳的抬动应≤2.5 mm。相应抬动监测要求如下：

①座环的抬动和变形应≤0.25 mm，当座环上抬0.1 mm时，向现场监理及相关人员提示；当座环上抬0.2 mm时，向现场监理及相关人员报警，暂停座环混凝土浇筑。座环上抬≤0.1 mm时，每30 min监测一次；座环上抬>0.2 mm时，每10 min监测一次或根据现场监理指令加密监测次数，同时降低混凝土的浇筑速度。

②浇筑过程中，每天用水准仪对上环板水平进行测量并记录一次。

③浇筑(灌浆)时蜗壳偏移不超过2.5 mm。当蜗壳偏移超过1.5 mm时，向现场监理及相关人员提示；当蜗壳偏移超过2 mm时，向现场监理及相关人员报警，暂停混凝土浇筑。正常情况下，每30 min监测一次，根据现场监理指令加密监测次数，同时降低混凝土的浇筑速度。

蜗壳采用全站仪进行测量易出现零点漂移现象，当测量结果出现异常时，应及时与基准校正点进行核对，并采用座环百分表测量结果进行验证，避免出现偶然误差而导致出现误判。

④座环、蜗壳第一层混凝土浇筑或底部灌浆监测过程中，监测人员应轮班作业，作好交接班工作，确保监测工作的连续性。

⑤在监测部位现场布置照明灯，禁止无关人员在监测部位附近活动，要防止百分表的碰撞、损坏和丢失。

⑥在布置百分表的支架上焊接螺母，浇筑前(灌浆前)采用塞尺测出螺母平面到底环基础板表面之间的间隙并用石笔写在角钢上，同时亦写在记录中，防止百分表被碰时有应急监测措施。

⑦浇筑过程中，通过测量数据分析座环形位尺寸的变化规律，测量成果必须如实记录，根据记录分析座环和蜗壳位移是否正常。

⑧所有测量点和基准点都必须用油漆作出可靠的标识。

⑨所使用的测量仪器、量具都要经过校验合格后方可投入使用。

3.5 特殊情况的处理

(1)泵送混凝土堵管。对于蜗壳钢衬底部内侧及阴角部位采用泵机浇筑。浇筑过程中，由于塌落度不稳定、粗骨料过多、泵管接头渗漏或操作不当可能会引起泵管堵管，应采取有效的措施避免或减少泵管堵管的影响。

①浇筑时配置足够的浇筑人员，在主泵管堵管时及时进行更换和疏通。

②在蜗壳座环阴角部位增加支管数量并保证混凝土供料。该方案布置了3根高泵管，2根低泵管。

③当蜗壳座环阴角部位的所有支管堵管时，采取在蜗壳座环阴角部位最高层布置的振捣孔内布置受料斗，采用桥机+吊罐供料。

(2)立柱式布料机故障。蜗壳层混凝土主要采用布料机浇筑。由于机械本身磨损或操作不当可能会引起立柱式布料机出现故障，应采取有效措施避免或减少影响。

①配备专业的维修人员，立柱式布料机一旦发生机械故障，立即进行抢修。

②在机械故障不能及时维修或不能短时间正常运转的情况下，立即采用备用入仓手段入仓：a.采用160 t/50+25 t桥机挂6/3 m3吊罐作为备用辅助浇筑手段；b.在厂房上游侧3条运输通道位置布置溜管、溜槽系统作为备用辅助浇筑手段。

4 结 语

白鹤滩水电站蜗壳层外包混凝土结构复杂、埋管埋件众多、工期紧张、施工难度大、温控要求高，在借鉴以往工程经验的基础上，施工局针对白鹤滩水电站左岸地下厂房蜗壳外包混凝土特性，通过对分层分区、入仓方式、钢筋制安、混凝土级配等进行优化，采用低热水泥对混凝土拌制、运输等方面实施有效的温控措施，采取全过程变形监测，圆满地完成了蜗壳外包混凝土浇筑施工，并在施工中形成了一整套巨型地下厂房蜗壳层混凝土施工关键技术，其成功经验可为后续类似工程提供借鉴。