溪洛渡水電站泄洪洞工程技術(shù)創(chuàng)新與創(chuàng)新管理

聶慶華，陳莊明，許傳穩(wěn)

(中國長江三峽集團(tuán)公司溪洛渡工程建設(shè)部，云南永善 657300)

1 概述

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣相接壤的溪洛渡峽谷段，電站總裝機(jī)容量為13860MW，年發(fā)電量573．5億kW·h。泄洪洞是溪洛渡水電站主要泄洪設(shè)施之一，左岸布置有1#、2#泄洪洞，右岸布置有3#、4#泄洪洞。左右岸基本對稱布置，洞長約1．4～1．8km不等，進(jìn)口位于廠房進(jìn)水口與大壩之間，隨后采用有壓段進(jìn)行平面轉(zhuǎn)彎、繞過壩肩，后經(jīng)地下工作閘門室接順直的無壓段，無壓段采用“龍落尾”型式，最后通過出口明渠和挑坎，采用挑流消能將水流挑射于尾水洞下游河道。泄洪洞單洞設(shè)計(jì)流量約為4000 m3/s，總泄量超過16600m3/s，最大設(shè)計(jì)流速達(dá)50m/s，具有高水頭、大流量、高流速等特點(diǎn)，其泄洪功率、工程規(guī)模和技術(shù)難度均居世界前列。

2 技術(shù)創(chuàng)新成果

2．1 開挖與支護(hù)

2．1．1 底板水平光爆

目前國內(nèi)底板爆破通常采用垂直光爆技術(shù)，底板成型質(zhì)量很差。而水平光爆技術(shù)由于架鉆困難，造孔精度不易保證，同樣存在欠挖或二次爆破現(xiàn)象。為此，設(shè)計(jì)了水平光爆造孔設(shè)備專用固定支架，從而有效保證了鉆孔精度，同時(shí)進(jìn)行了生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，確定了裝藥參數(shù)，取得了較好的施工質(zhì)量［1］，開挖效果見圖 1、圖2。

2．1．2 鋼筋拱肋支護(hù)

圖1 有壓段弧形底板開挖效果圖

圖2 無壓段底板開挖效果圖

地下洞室開挖后一般采用噴混凝土和錨桿作為臨時(shí)支護(hù)方式，在應(yīng)力復(fù)雜及不良地質(zhì)段通常采用鋼支撐輔助支護(hù)。但鋼支撐由于制作安裝周期長、無法緊貼圍巖等缺點(diǎn)，不能及時(shí)有效地幫助圍巖自穩(wěn)。鋼筋拱肋是將鋼筋環(huán)向緊貼巖面，并通過拐子筋與錨桿焊接，使錨桿、噴混凝土連成整體，共同變形承載［2］(圖3)。鋼筋拱肋應(yīng)用于泄洪洞51處洞井交叉口及不良地質(zhì)段，均未發(fā)生塌方或掉塊，支護(hù)效果良好(圖4)。

圖3 鋼筋拱肋支護(hù)示意圖

圖4 鋼筋拱肋支護(hù)效果圖

2．2 混凝土澆筑

2．2．1 有壓段混凝土襯砌

泄洪洞有壓段為圓形斷面，襯砌厚度1m，襯砌后洞徑為15m，采用C9040混凝土，施工順序?yàn)橄鹊坠?、后邊頂拱?/p>

有壓段底拱采用翻模工藝施工(圖5)。傳統(tǒng)的翻模工藝不易控制模板的定位精度，并且弧面上人工操作困難。為此，設(shè)計(jì)了雙向可調(diào)接安螺桿［3］用以替代傳統(tǒng)的拉條和混凝土墊塊固定模板，能方便調(diào)節(jié)模板高度且不留孔洞;采用分段圍囹，很好地適應(yīng)了翻模時(shí)間，減少了拆模時(shí)對臨近模板的擾動;設(shè)置輕型工作平臺，方便工人在弧面上進(jìn)行抹面和搬運(yùn)，這些措施應(yīng)用效果良好。有壓段底拱澆筑效果見圖6。

2．2．2 無壓段混凝土襯砌

泄洪洞無壓段為城門洞型斷面，襯砌厚度按不同地質(zhì)條件分為0．8m、1m和1．5m，襯砌后斷面為14m×19m(寬×高)，邊墻和底板采用C9040混凝土，頂拱采用C9025混凝土，施工順序?yàn)橄鹊装?、后邊墻、頂拱?/p>

圖5 翻模施工布置圖

圖6 有壓段底拱澆筑效果圖

地下洞室高邊墻襯砌通常采用鋼模臺車泵送混凝土入倉澆筑，而無壓段邊墻襯砌則在傳統(tǒng)臺車的基礎(chǔ)上增設(shè)了一套常態(tài)混凝土輸送系統(tǒng)［4］(圖7)，采用垂直提升、橫向布料、多點(diǎn)下料的方式澆筑7～9cm低坍落度混凝土，在節(jié)約膠凝材料的同時(shí)，可減少溫度裂縫的產(chǎn)生(圖8)。

圖7 常態(tài)混凝土臺車結(jié)構(gòu)圖

圖8 無壓段邊墻襯砌效果圖

2．2．3 龍落尾段混凝土襯砌

泄洪洞龍落尾段采用城門洞型斷面，襯砌厚度按不同的地質(zhì)條件分為1m和1．5m，襯砌后斷面為14m×19m(寬×高)，邊墻和底板采用C9060混凝土，頂拱采用C9025混凝土澆筑，施工順序?yàn)橄冗厜?、頂拱，后底板?/p>

龍落尾段長度約為390m，高差近100m，由奧奇段、斜坡段、反弧段和下平段等組成，最大坡度為22．5°，其間布置有3道摻氣坎，設(shè)計(jì)流速為30～50m/s，泄洪洞泄洪總能量的80%都集中于此釋放，因此，該部位在施工難度和質(zhì)量要求上均高出其他洞段一個(gè)等級。

為保證施工質(zhì)量，龍落尾段邊墻襯砌采用鋼模臺車。該方案的實(shí)施難點(diǎn)在于200t級臺車在斜坡上的移動爬升問題，以及20m高的鋼結(jié)構(gòu)在傾斜面上的安全問題。在這種條件下，左岸泄洪洞設(shè)計(jì)了“液壓自行式斜洞襯砌臺車”［5］，采用兩組油缸互為保險(xiǎn);右岸泄洪洞設(shè)計(jì)了“摩擦式卷揚(yáng)機(jī)雙倍率牽引鋼模臺車”，采用了液壓夾軌器和防墜器兩套保險(xiǎn)措施;另外，還采取了設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行的全面安全管理措施，以確保施工安全。該方案的成功應(yīng)用，不僅使龍落尾段邊墻襯砌體型精準(zhǔn)、平順光滑，同時(shí)也大幅度減少了勞動力，提高了施工效率圖(9、10)。

龍落尾段底板襯砌采用了自主設(shè)計(jì)的“懸臂隱軌式拖模臺車”［6-7］(圖11)，采用隱藏式軌道、懸挑式模板并增設(shè)了抹面平臺，一舉解決了傳統(tǒng)拖模軌道設(shè)置、已澆面不能承載及抹面困難等難題，實(shí)現(xiàn)了底板一次性整體澆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(圖12)。

圖9 左岸龍落尾邊墻襯砌效果圖

圖10 右岸龍落尾邊墻襯砌效果圖

圖11 懸臂隱軌式拖模臺車圖

2．3 新材料的應(yīng)用

2．3．1 硅粉混凝土的研究與應(yīng)用

圖12 龍落尾底板澆筑效果圖

由于泄洪洞的大流量、高流速以及對混凝土材料的高強(qiáng)耐磨、不平整度和溫控防裂提出了較高的要求，同時(shí)還需兼顧和易性以保證施工方便。在混凝土中添加硅粉能提高混凝土的強(qiáng)度和抗磨性能。但隨著硅粉摻量的增加，也會產(chǎn)生一些負(fù)面影響，如混凝土用水量增加，易出現(xiàn)假凝現(xiàn)象，不便于施工等。而添加粉煤灰則可改善混凝土和易性，減少水泥用量，降低水化熱，有利于溫控防裂。結(jié)合硅粉和粉煤灰的上述特性，制定了“硅粉+粉煤灰+高性能減水劑”的拌和方案，并通過不同配合比的實(shí)驗(yàn)對比，確定了5%硅粉和30%粉煤灰的最優(yōu)摻量，成功配制出滿足工程需要的混凝土，其中30%的粉煤灰摻量已超過規(guī)范限值［8］。

2．3．2 低熱水泥的研究與應(yīng)用

低熱水泥具有水化放熱平緩、峰值溫度低等特點(diǎn)，對于溫控防裂具有較大的優(yōu)勢，但由于其早期強(qiáng)度偏低，影響拆模時(shí)間，限制了低熱水泥的應(yīng)用。經(jīng)試驗(yàn)對比，通過采用高性能減水劑、調(diào)整緩凝成分可加快其終凝時(shí)間。另外，在邊頂拱澆筑封拱時(shí)采用了中熱水泥，以減少低熱水泥對拆模的影響。通過將低熱水泥與硅粉混凝土配合，可在確?；炷梁笃诟邚?qiáng)耐磨的同時(shí)，顯著降低混凝土內(nèi)部溫升。經(jīng)泄洪洞龍落尾段的實(shí)踐表明，低熱水泥可減少裂縫20%，應(yīng)用效果良好。

3 創(chuàng)新成果的評價(jià)

泄洪洞工程的創(chuàng)新絕大部分都取得了很好的實(shí)效:

(1)底板水平光爆:有效降低了對圍巖的爆破擾動，減少了不均勻約束，并且改善了交通，清基方便，大大加快了施工進(jìn)度;與傳統(tǒng)的垂直光爆相比，可減少平均超挖30cm以上;

(2)鋼筋拱肋支護(hù):現(xiàn)場制作安裝，及時(shí)且貼近巖面，安全有效，與鋼格柵(花拱架)相比，支護(hù)效率提高一倍以上，并能節(jié)約成本75%以上;

(3)翻模工藝改進(jìn):與傳統(tǒng)翻模工藝相比，雙向接安螺桿能提高模板精度，保證混凝土體型和抹面質(zhì)量;而分段圍囹和輕型工作平臺的使用則可大大提高施工效率;

(4)無壓段常態(tài)混凝土襯砌臺車:與泵送混凝土相比，每m3常態(tài)混凝土可節(jié)約水泥用量達(dá)35kg，同時(shí)可減少混凝土水化熱，降低最大溫升約2℃，減少溫度裂縫，節(jié)省修補(bǔ)費(fèi)用;

(5)龍落尾襯砌臺車:與原計(jì)劃采用的定型組合鋼模板方案相比，臺車襯砌體型精準(zhǔn)，表面平整光滑，可提高施工效率三倍以上，大大節(jié)約了勞動力用量;

(6)懸臂隱軌拖模臺車:與原計(jì)劃采用的翻模方案相比，底板混凝土體型精度提高，一次拖模成型，避免了反復(fù)安拆模板，施工效率可提高五倍以上;

(7)C60硅粉混凝土:與原計(jì)劃采用的C50鋼纖維混凝土相比，硅粉混凝土具有較好的和易性，便于施工，同時(shí)也兼顧了高強(qiáng)耐磨的性能，能夠滿足工程需要;

(8)低熱水泥:與原計(jì)劃采用的中熱水泥相比，低熱水泥可顯著降低溫升，減少溫度裂縫，通過調(diào)節(jié)配比方案與施工措施，也降低了低熱水泥早強(qiáng)偏低的影響。

4 對創(chuàng)新工作的管理

4．1 創(chuàng)新任務(wù)的確定

創(chuàng)新要從工程的實(shí)際需要出發(fā)，深刻理解工程目標(biāo)和關(guān)鍵點(diǎn)，充分考慮基礎(chǔ)條件，要有合適的內(nèi)外部環(huán)境和相關(guān)專業(yè)人才，綜合群眾、專家、領(lǐng)導(dǎo)各方意見，形成共識，同時(shí)還要符合工程技術(shù)發(fā)展方向，不搞為創(chuàng)新而創(chuàng)新的花架子。

4．2 創(chuàng)新進(jìn)程的推進(jìn)

泄洪洞工程的創(chuàng)新是伴隨著工程的進(jìn)展而進(jìn)行的，首先是建設(shè)者們從思想上達(dá)成了共識，即“工程有亮點(diǎn)，管理有創(chuàng)新，各方有收獲”，為創(chuàng)新工作打下了良好的基礎(chǔ);其次是形成執(zhí)行力，要求施工必須按擬定的方案實(shí)施，如果方案有問題或不符合實(shí)際，要對方案進(jìn)行修改后再實(shí)施，絕不允許搞兩張皮;第三階段，營造創(chuàng)新氣氛，從先進(jìn)技術(shù)推廣、技術(shù)改進(jìn)和局部創(chuàng)新開始，提高建設(shè)者們的自信心，激發(fā)大家的創(chuàng)新熱情;第四階段則把創(chuàng)新推向高潮，通過三大戰(zhàn)役“無壓段常態(tài)混凝土襯砌臺車、龍落尾邊墻襯砌臺車和龍落尾底板的懸臂隱軌拖模臺車”及相關(guān)配套工藝的研究，顛覆了傳統(tǒng)的隧洞襯砌工藝，樹立了水工隧洞施工史上的重要里程碑;最后是收尾，“三大戰(zhàn)役”之后在明渠及出口挑坎的施工中繼續(xù)創(chuàng)新，高水平完成所有工程，使整個(gè)泄洪洞工程成為一個(gè)整體技術(shù)先進(jìn)、施工質(zhì)量良好的精品工程。

4．3 創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的控制

創(chuàng)新意味著提高和進(jìn)步，同時(shí)也意味著風(fēng)險(xiǎn)。如何控制風(fēng)險(xiǎn)和追求成功同樣重要。首先要采取系統(tǒng)全面、進(jìn)退有序的控制進(jìn)程，有了相應(yīng)的環(huán)境和條件再來推動創(chuàng)新，避免隨意性和跳躍性，前面已介紹了泄洪洞創(chuàng)新工程的總體進(jìn)程;其次，要提高成功的保證系數(shù)，泄洪洞工程充分利用左岸和右岸兩個(gè)施工團(tuán)隊(duì)，制定了兩套方案，例如，對于無壓段常態(tài)混凝土臺車，左右岸采用了不同的上料方式;對于龍落尾臺車，左右岸采用了不同的牽引爬升方式。有一套方案成功就意味著泄洪洞工程創(chuàng)新成功;第三，要建立退出通道，例如龍落尾常態(tài)混凝土運(yùn)送方式非常復(fù)雜，失敗的可能性很大，從而備用了一套低熱水泥泵送混凝土的方案，在常態(tài)混凝土運(yùn)送方案退出后改用低熱水泥方案，很好地解決了溫控防裂問題。最后，對創(chuàng)新成果要精心呵護(hù)，比如針對龍落尾大型臺車制定了運(yùn)行手冊，采取了八條措施用以保障臺車安全有效的運(yùn)行。

5 結(jié)語

泄洪洞的創(chuàng)新涉及開挖、支護(hù)、混凝土澆筑、混凝土材料等多方向，幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都有創(chuàng)新，獲得專利十余項(xiàng)，尤其是無壓段常態(tài)混凝土襯砌臺車、龍落尾邊墻襯砌臺車和龍落尾底板的懸臂隱軌拖模臺車均屬國內(nèi)首創(chuàng)，具有里程碑意義。通過技術(shù)創(chuàng)新和綜合性的管理措施，實(shí)現(xiàn)了泄洪洞“體型精準(zhǔn)、平順光滑、抗沖耐磨、高強(qiáng)防裂”的目標(biāo)，推動了水工隧洞施工技術(shù)水平的提升。

［1］ 楊 勇，劉正樹．光面爆破技術(shù)在溪洛渡水電站左岸泄洪洞有壓段弧形底板開挖中的應(yīng)用［J］．四川水力發(fā)電，2009，28(增2):128-130．

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