固增水电站特长引水隧洞薄壁混凝土衬砌施工

2022-12-30吴利国，王军红

四川水力发电 2022年6期

吴利国，王军红

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610213)

1 概述

固增水电站为引水式发电，引水隧洞沿木里河左岸布置，总长度为11.06 km，衬砌后的断面为马蹄形(6.1 m×7.8 m)，Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩的衬砌厚度分别为0.3 m(单层钢筋网)、0.4 m和0.6 m(双层钢筋网)，混凝土强度等级为C25W6F50。共设6条施工支洞作为交通道路。混凝土浇筑采用先底板后边顶拱分仓施工的方式，边顶拱采用定型钢模台车。施工中存在的主要问题：①开挖工期滞后，导致衬砌时间不足：如关键线路总长度为2 050 m，其开挖受富水影响完成滞后；衬砌边顶拱及底板共设342仓，而距完成节点目标的时间仅剩6个月(按正常施工须10发明专利：《一种用于深埋有压过水隧洞的泄水系统》CN202210055567.3个月)，导致工期紧张；②交通布置单一，合理规划是其重点：如关键线路总长度为2 050 m，仅有两条施工支洞，高峰期有8个工作面，机械设备较多，交通易堵塞，对施工进度影响较大；③薄层结构，施工质量难以保证：如边顶拱混凝土的衬砌厚度为30～60 cm，钢筋密度大，施工人员无法进入，存在振捣困难、预埋灌浆管易移位及顶拱浇筑不易饱满等问题；④有压富水洞段长，施工影响大：如富水洞段有压渗水点多，充水后洞内水压较大、易外渗，放空检查时洞内无水压，外部渗水对薄层混凝土结构挤压造成的破坏性较大。本文针对固增水电站特长引水隧洞薄壁混凝土衬砌施工采取的有效措施进行了阐述。

2 采取切实有效的施工措施，保证施工进度

2.1 垫层分段浇筑

针对关键线路1～2号施工支洞控制段总长度为2 050 m的实际情况，选择靠下游1/3处为分界点向两端实施，有助于下游段垫层优先浇筑完成，进而提前启动底板施工。从分界桩号起以100 m为一段先清理，待其验收合格后拉通浇筑。在后续清理浇筑垫层时优先确保底板混凝土浇筑。按该方式进行垫层清理每仓浇筑实际用时为6 d，关键线路垫层混凝土浇筑共用时2.7个月，从而为底板浇筑争取了时间。

2.2 底板连仓浇筑

针对关键线路的衬砌方案，考虑了先底板、后边墙的混凝土浇筑方式(因垫层和底板制约着边顶拱的启动施工，即优化垫层和底板施工方法能够促进施工进度)。优先进行垫层的清理与浇筑，待浇筑200 m后启动底板施工。根据底板设计结构厚度为30～60 cm较薄的特性，选用2～8仓连浇进行了生产性试验。将施工缝与结构缝处的钢筋断开，对衬砌厚度1/2处水平安装橡胶止水，对止水以外的缝间安装聚乙烯闭孔泡沫板分隔浇筑以保证结构缝处的混凝土断开。聚乙烯泡沫板两侧用Φ16 mm钢筋加固，混凝土初凝前拆除加固钢筋，二次复振以确保振捣密实。试验结果证明该措施效果较好。据此，最终确定8仓底板一起备仓连续浇筑[1]，且现有资源利用效果最佳。从关键线路中间向两端开始浇筑，每周单个工作面浇筑两次，共16仓，约193 m。最终结果为：关键线路底板实际浇筑用时3个月完成，为边顶拱提前启动创造了条件。

2.3 边顶拱跳仓浇筑

由于2号洞上游底板较1号洞下游底板提前1个月完成，从而促进了2号洞上游边顶拱可提前1个月启动浇筑；关键线路的施工总共计划了5台衬砌台车，5台简易钢筋安装台车，底板浇筑完成前1个月在距2号支洞三岔口1/3处安装了2台钢筋台车，向上游启动边顶拱钢筋制安，每天保证完成2仓，以保证边顶拱混凝土浇筑不受钢筋安装制约；利用2号洞控制段下游已浇筑完成的底板就近安装了4台衬砌台车和2台钢筋台车待命，剩余的1台钢筋台车和1台衬砌台车待1号洞控制段下游底板浇筑完成后，从1号洞上游行走进入关键线路，从而减少了直线工期安装时间；2号洞上底板浇筑完成后，将所安装的4台衬砌台车和2台钢筋台车行走至已安装钢筋的部位，靠下游的2台钢筋台车向下游启动安装钢筋，相邻2台衬砌台车待命至1号洞的下底板浇筑完成后向下游浇筑，靠上游的2台衬砌台车向上游跳仓浇筑[2]，浇筑完成4 h后拆除所附加的横向撑杆提供交通，采用液压千斤顶支撑模板，保证3 d浇筑2仓边顶拱，该施工措施促进了边顶拱提前1个月启动浇筑，从而均衡了两条支洞运输的压力；1号洞下底板浇筑完成后具备双向交通的条件，2号洞待命的2台衬砌台车向下游启动衬砌，1号洞的2台衬砌台车继续向上游浇筑，待1号洞的钢筋台车和衬砌台车行走至三岔口下游时，开始向下游启动衬砌。至此，关键线路上的5台衬砌台车和5台钢筋台车共3个工作面全部投入使用，台车从1号洞向2号洞依次编号，1号和2号台车为一组，交通为1号施工支洞。4号和5号台车为一组，交通以2号施工支洞为主，3号台车作为调剂工作面使用，其交通为两个支洞穿插。1号台车需保证2 d 1仓，2号～5号台车为2 d完成5仓。该措施的实施比计划提前1个星期的时间完成任务，从而保证了节点工期的实现。引水隧洞衬砌后的效果见图1。

图1 引水隧洞衬砌后的效果图

3 提高施工质量的技术措施

3.1 台车设计

台车设计的主要目的是为了解决转弯重组、预埋灌浆管固定、混凝土入仓振捣等问题。台车的设计方案为两跨合并由螺栓连接，转弯时打开连接，跨间外弧加入楔形模板，将直段台车改为弯段使用；灌浆孔的固定装置在台车面板上按设计的间排距设置，由螺栓、挡板、楔子和卡口组成，预埋PVC灌浆管穿过预留孔口，端头紧贴喷混凝土面，采用台车面板固定装置段的四周螺栓固定，不埋管部位将关闭挡板以封堵预留孔口，背部采用螺栓固定以防止松动漏浆，该装置已获得国家《一种用于岩壁灌浆的钢模台车灌浆装置》的实用新型专利(授权公告号：CN210195773U)。为便于混凝土均匀合理地入仓，减少浇筑过程中的周转次数，在台车顶拱设一排进料窗口，两侧各2层，每层4个。在台车肋板距窗口较远处安装辅着式振捣器，梅花形布置，48个/台，复振器安装独立开关，用于不同区域的辅助振捣。合理设计的台车解决了转弯时快速的重组，预埋灌浆管安装了加固防移装置，分层分段下料入仓，合理有序启动复振器，提高了混凝土浇筑速度和外观质量。

3.2 优化配合比

28 d混凝土终凝过程会产生大量的水化热，当其内外温差超过15℃时产生的拉应力会形成裂缝而造成结构破坏。用于砂石骨料生产的母岩检测结果表明其存在碱活性潜在危害[3]，按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2001，其7 d砂浆棒快速法测试膨胀率为0.324%，28 d膨胀率为0.632%，不满足规范要求小于0.1%的要求。

按照以往经验，掺加适量的粉煤灰可以抑制碱活性骨料潜在的危害性。在该理论基础上，通过采用不同粉煤灰的掺量进行了抑制碱活性骨料试验，试验结果表明：采用粉煤灰掺量为30%时抑制效果最佳。同时，30%的粉煤灰掺量混凝土90 d的抗压强度较28 d提高了1.2倍以上，该水胶比抗压强度亦增长了10 MPa，从而解决了碱活性问题，也提高了混凝土后期强度。

90 d龄期的混凝土流动性较差，振捣不到位，易出现缺陷。项目部根据洞室呈马蹄形结构的特点：对一仓混凝土浇筑在高程方向划分为三个区，一区范围为拱腰以下易振捣部位，每侧设置两排振捣窗口，每排有4个窗口供下料，易振捣，浇筑C9025W6F50二级配混凝土，通过振捣满足质量要求；二区为拱腰至拱肩部位，该部位无法采用人工振捣，遂利用顶拱窗口进料，浇筑C9025W6F50一级配混凝土，通过复振器振捣满足质量要求；对于拱肩以上顶拱部位及存在的空腔，采用C25W6F50高流态一级配混凝土充填饱满[4]。

3.3 混凝土入仓方式

混凝土浇筑入仓采用泵送为主、溜槽为辅的方式。泵管接入台车中间，采用动滑轮控制并固定，泵管端头安装弯管，端头套接6 m长的软管，搭设简易溜槽，用动滑轮升降泵管分层送料，弯管旋转软管左右送料至溜槽，移动溜槽给各窗口均匀分料。为控制下料的高度并防止骨料分离堆积在模板面而造成架空形成混凝土缺陷，采用下料从低到高的窗口逐层上升，从中间至两端、两侧均匀上升的进料方式，将进料窗口处的钢筋断开，溜槽深入钢筋内侧，在端头设计挡板以阻挡粗骨料分离。对于同层的各窗口均匀浇筑升层至窗口下方50 cm处时恢复钢筋，关闭窗口，改为上层下料的方式。对于最后一排窗口顶拱的浇筑，采用台车正顶拱预留接头、利用泵机冲力从先浇块段向后浇块段逐层浇筑，在端头封堵模板顶部预留窗口或通过木模板间的渗透水印痕迹观察浇筑高度。对于顶拱开挖支护遗留的空腔部位采用泵管至顶部的方式，通过预埋排气孔泄压以保证边顶拱浇筑饱满。提前量测断面、计算方量供浇筑时参考，顶拱浇筑的饱满程度通过泵送声音和端头模板预留口溢浆进行判断。

3.4 密封模板缝

对于矮边墙的收仓线部位安装∠3 cm的角钢平行底板以保证浇筑施工缝面平顺；在台车靠拢前，对矮边墙上口的拉线进行打磨校直以确保所搭接5 cm的部位处于同一平面以减小缝隙漏浆；清理模板下口的杂物，在矮边墙搭接已打磨平顺的混凝土上口粘贴2 mm厚的双面泡沫胶，打开台车液压千斤顶，迫使边顶拱模板下口与矮边墙搭接部位紧密接触；采用手电筒照射的方式检查搭接部位的密实性；对不密实部位补打泡沫胶进行密封；根据衬砌断面较小的特点，采用I16工字钢对撑杆进行支撑，并在撑杆两端安装千斤顶，根据衬砌厚度，在台车下部大梁均匀对撑4～6根，将受力均匀传递至模板面，防止浇筑时受混凝土挤压涨模造成矮边墙搭接部位漏浆；对于衬砌厚度较小的部位，台车环向端头模板采用5 cm厚木模，利用台车端头环向设计的双排固定环插入木模，对其背部采用木楔打紧，泡沫胶密封缝隙，防止混凝土浇筑过程漏浆，确保止水部位混凝土的浇筑质量。

3.5 加强振捣

鉴于底板以上4 m范围为仰拱，所产生的气泡不易排出，欠振造成的混凝土缺陷较多；而4 m至顶拱呈俯拱式，所浇筑的模板承重，不易聚集气泡，富浆多，浇筑外观较好。对于仰拱区域采取了以下措施加强振捣：①严格控制下料浇筑厚度不大于50 cm，采用φ50 mm软轴振捣器插入钢筋与基岩之间进行振捣；②利用钢筋保护层4 cm的间距，采用φ30 mm软轴插入模板与钢筋间进行二次复振；③打开振捣区域模板外侧辅振器，震动5～10 s，暂停3 min，重复2～3遍(连续震动易造成混凝土过振而降低其表面强度)；④对于振捣盲区部位，采用φ50 mm软轴棒头在模板外侧间断振动，将混凝土表面停留的气泡排除。

4 采用引堵排措施解决富水问题

对于大面积渗水，采用打孔减压引排的方式进行处理，对其表面铺柔性防水板材，下部刻槽埋PE管引排，在后期渗水变小时采用灌浆封堵。对于渗水较大部位安装单向逆止阀[5]；对于涌水较大的部位设集水坑采用水泵抽排，后期埋管回填并安装单向逆止阀；底板浇筑时在其上游段堆码沙袋形成挡水围堰，采用水泵抽排的方式防止外来水流入影响浇筑；将边顶拱的渗水采用打孔埋管的方式引排至矮边墙，刻槽预留通道引排；混凝土浇筑完成后，对于其表面有渗水的部位采用浓浆加水玻璃或速凝剂灌浆封堵；对于涌水部位，根据流量安装φ100 mm、φ50 mm和φ32 mm的单向逆止阀，单向逆止阀的作用是阻止外水通过管道阀门进入岩体。当岩体内部的积水大于阀门外侧0.1 MPa时打开排水阀，防止后期运行或放空检查时岩体中的积水压力过大破坏结构的稳定性。该工程富水段的处理已获得《一种用于深埋有压过水隧洞的泄水系统》CN202210055567.3发明专利。