抽水蓄能电站尾水斜井衬砌工程施工新技术

靳小兵 刘伟 王帅兵

摘要：在介绍新疆阜康抽水蓄能电站尾水斜井工程概况的基础上，阐述了该尾水斜井工程使用液压穿心式模板台车进行衬砌施工的施工方案、模板台车的功能、衬砌模板的结构、衬砌模板的组合、衬砌模板的拆装、混凝土衬砌施工等方面的新技术，可供从事抽水蓄能电站尾水斜井工程施工的技术人员参考。

关键词：抽水蓄能电站；尾水斜井；衬砌施工；新技术

0   引言

随着抽水蓄能电站建设的不断发展，斜井衬砌工程施工技术也在逐步完善。国内已建或在建抽水蓄能电站尾水斜井衬砌，大多采用滑模及常规手段进行衬砌施工，而滑模及常规手段施工存在技术缺陷和安全风险。采用自主设计的液压穿心式模板台车进行大坡度尾水斜井衬砌，可实现单仓全断面衬砌施工，解决了滑模及常规手段衬砌施工的技术缺陷，化解了尾水斜井衬砌施工的安全风险，对大坡度尾水斜井全断面衬砌施工技术的研究与应用具有重要意义。

1   工程概况

新疆阜康抽水蓄能电站工程位于新疆昌吉回族自治州阜康市境内，距阜康市约70km，距乌鲁木齐市约135km。电站建成后，通过2回220kV线路接入乌鲁木齐附近五家渠750kV变电站和新疆维吾尔族自治区乌昌电网，在乌昌电网中承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用等任务。

尾水隧洞属于抽水蓄能电站的地下厂房系统，该抽水蓄能电站设有2条（1#和2#）尾水隧洞。尾水斜井是尾水隧洞整体结构的组成部分，其一端连接尾水隧洞的下平段和平面弯段，并与尾水支管、尾水岔管和厂房相贯通；另一端连接下库进/出水口。2条尾水斜井均由下弯段、斜直段、上弯段组成，钢筋混凝土衬砌厚度均为70cm，衬砌后尾水斜井内部直径均为700cm。

1#尾水斜井衬砌桩号为：尾10+108.16～尾10+226.25；

2#尾水斜井衬砌桩号为：尾20+84.06～尾20+202.15。2条尾水斜井钢筋混凝土的衬砌长度合计为236.18m。1#和2#尾水斜井钢筋混凝土衬砌纵剖面如图1所示。

2   施工方案

由尾水斜井設计图纸可知，这2条尾水斜井的结构、形状大体相同，钢筋混凝土衬砌内径尺寸完全一致，均采取相同的分段、分仓施工方案。该施工方案为：将每条尾水斜井分为3段10仓，分别为下弯段3仓、斜直段4仓、上弯段3仓（参见图1），采用自主设计的液压穿心式模板台车进行衬砌施工。为保证液压穿心式模板台车适应尾水斜井钢筋混凝土衬砌施工的需要，将设计图纸的纵向、环向施工缝进行微调[1]。

3   模板台车功能概述

该液压穿心式模板台车采用自承式结构，仅承担脱模、运模、支模作用，在混凝土浇筑期间不参与受力，将模板收回后可在衬砌洞内穿行。该模板台车采用液压系统收回、支撑衬砌模板，采用卷扬机牵引行走方式。模板台车可同时背负2块侧模和1块顶模行走，可单独吊运底模行走，同时具备翻转侧模的功能[2]。

4   衬砌模板的结构

4.1   材料选择

制作衬砌模板的材料如下：面板采用钢材为Q235B、厚度为6mm的钢板，桁架横筋采用100mm×50mm矩形钢管，环筋采用厚度为12mm的钢板，杆件采用14#工字钢。

4.2   整体结构

第1仓由6环模板组成，其余每仓由7环模板组成。每环模板由4块模板组成，其端头的环肋上设置适当结构的螺栓孔，相邻的模板采用M20螺栓紧固连接。末环模板的每块模板上预留了6个爬升锥孔，整环4块模板共预留24个爬升锥孔。在浇筑混凝土之前安装爬升锥，每仓末环模板不脱模，以便连接下仓模板并对下仓模板起支撑作用。

4.3   横剖面结构

每环模板由1块底模、2块侧模和1块顶模共4块模板组成，4块模板的弧长相等。为便于脱模，4块模板之间分别采用宽度为200mm的楔形小模板连接。4块模板过角处安装8根正反丝杠，其中短丝杠主要用于支模时调节、固定，长丝杠参与结构受力。尾水斜井衬砌模板横剖面结构如图2所示。

4.4   纵剖面结构

整个斜井轴线线型分为3段，即下弯段、斜直段、上弯段。为满足不同节段曲线要求，侧模设计为梯形结构，底模（下弯段）设计为“楔块+标准块+楔块”的组合体，顶模（上弯段）为标准段。尾水斜井衬砌模板纵剖面结构如图3所示。

5   衬砌模板的组合

5.1   下弯段组合

尾水斜井下弯段的组合形式为：顶模→标准块、侧模、底模→调节块+标准块+调节块。尾水斜井下弯段模板组合如图4所示。

5.2   斜直段组合

尾水斜井斜直段的组合形式为：顶模→标准块+调节块、侧模（1环大头朝上，另1环大头朝下，间隔安装）、底模→调节块+顶模。尾水斜井斜直段模板组合如图5所示。

5.3   上弯段组合

尾水斜井上弯段组合形式为：顶模→调节块+标准块+调节块、侧模→侧模（大头朝上）、底模→标准块，尾水斜井上弯段模板组合如图6所示。

6   衬砌模板的拆装

6.1   模板的组装

尾水斜井衬砌模板采取分仓、分段组装方法，从位于下弯段的第1段开始，到位于上弯段的第10段结束。衬砌模板组装顺序如下：第1段底模下弯段→第2段底模下弯段→第1段侧、顶模下弯段→第2段侧、顶模下弯段→第3段全断面下弯段→模板体型调整→第4～7段全断面斜直段→模板体型调整→第8段全断面（斜直段至上弯段）→模板体型调整→第9～10段。模板的移动以环为单元分2部分进行。每环侧、顶模3块模板1次倒运，底模1次倒运。

6.2   顶模和侧模的拆卸

当混凝土达到拆模强度后，使用模板台车先将过角长丝杠逐个全部拆除，以便模板台车沿轨道在模板内穿行。拆卸顶模和侧模按以下顺序进行：首先，牵引、操纵模板台车，使顶模液压缸支架对准第1仓第1环顶模支座并安装连接销，拆卸第1环顶模短丝杠、第1环顶模与第2环顶模连接的螺栓，操纵顶模液压缸落下顶模。其次，操纵模板台车，使侧模液压缸支架对准第1仓第1环侧模支座并安装连接销，拆卸第1环侧模底部短丝杠、第1环侧模与第2环侧模连接的螺栓，操纵侧模液压缸收回两侧侧模。最后，牵引模板台车，顺序到达第1仓2～6环待拆模板处，按照先拆顶模、后拆侧模的顺序，完成第1仓顶模和侧模的拆卸。重复上述过程，顺序完成其他仓段各环模板的拆除。末环4块模板上安装有24个爬升锥，具有对下仓模板的顶托功能，故每次浇筑完混凝土之后，末环模板不拆除。然后再安装1环顶模和侧模，从而保证待浇仓段有6环模板。

6.3   侧模旋转

为满足尾水斜井不同仓段体型变化的需要，该衬砌模板的侧模设计为梯形结构，在下弯段安装时长边在下，在斜直段安装时隔环颠倒位置，在上弯段安装时长边在上。在模板台车设计和制造时，使其具备了侧模旋转功能，以便于侧模的位置旋转和顺利拆装。

侧模的4条伸缩缸通过活动转盘与侧模连接。需要旋转侧模时，将台车下放至已浇段适当位置（满足侧模旋转空间），操纵旋转机构电动机，分别对两侧侧模进行180°旋转。侧模旋转方法如图7所示。

6.4   底模的拆裝

底模上安装有模板台车轨道，为满足模板台车的运行，本套模板配备有2个仓的底模以及1副长度为6m的副规。底模拆装过程如图8所示。

7   混凝土衬砌施工

7.1   缝面清理

在钢筋混凝土衬砌施工之前，测量人员对基础面高程及结构边线进行测量放线。然后人工清理接缝和作业面上的垃圾、杂物，清理喷锚面上杂物、管线、灰尘。再用高压水枪和高压风进行彻底清理。

7.2   钢筋制作和安装

钢筋采用在钢筋加工厂制作、现场安装方法，其施工程序为：脚手架施工平台就位→打孔安装插筋→测量放线→安装架立筋→安装主筋、水平筋→检查合格后进入下一道工序。

7.3   预埋件安装

尾水斜井预埋件主要有DN50、DN65回填灌浆钢管、铜止水。测量人员给出相应坐标点位，保证埋件位置的精准。待钢筋验收合格后开始安装预埋件，同时做好预埋件的加固措施，以防混凝土浇筑过程中产生变位。

不得随意切割回填灌浆管、铜止水，用铅丝牢固绑扎至钢筋网上，做好管口保护。安装铜止水时由模板夹紧，支撑牢固。安装完成后应做好保护，严禁私自改动、预埋件位置和踩踏预埋件。待质检员组织联合验收合格之后方可进行模板安装。

7.4   混凝土浇筑施工

采用泵送方法进行混凝土浇筑施工。混凝土泵机分别布置在尾水斜井下平段及下库进出水口适宜的位置，混凝土输送管布置到施工仓段内，使用混凝土泵机将混凝土泵送入仓段组装好的模板内，采用混凝土振捣器进行振捣，使混凝土密实度达到技术要求。

8   结语

针对新疆阜康抽水蓄能电站尾水斜井工程，通过自主设计的液压穿心式钢模台车进行斜井衬砌施工，克服了地形坡度较大、现场道路狭窄、地下渗水丰富、安全问题突出等不利条件。经过现场精心组织、科学管理，不断优化施工方案和施工方法，实现了尾水斜井单仓全断面衬砌一次成型的目标，取得了尾水斜井大坡度全断面衬砌施工的圆满成功。尤其是使用自主研发设计的液压穿心式钢模台车，节省了大量人工，缩短了施工工期，安全高效、保质保量地完成了施工任务，为后续类似体型尾水斜井衬砌施工提供了借鉴和经验。

参考文献

[1] 杨跃斌，夏松雨.惠州抽水蓄能电站斜井滑模混凝土衬砌施工[J].水力发电，2009，35（4）：51-53+61.

[2] 陈冰，曾玉.浅谈福建仙游抽水蓄能电站斜井滑模混凝土施工[J].中国水能及电气化，2015（7）：19-21+25.DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/tk.2015.07.011.