水電站引水隧洞豎彎段混凝土襯砌施工技術(shù)

關(guān)盛旺

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引言

引水隧洞豎彎段混凝土襯砌的模板為異型模板，一般采用竹膠板或鋼模板，同時(shí)因?yàn)橐矶戳魉佥^大，對混凝土的澆筑質(zhì)量和耐久性要求較高。

1 工程概況

津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)機(jī)工程在2018年順利按期竣工和投產(chǎn)，為“一帶一路”典范工程項(xiàng)目，入選2020年度國家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)（境外工程），產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

此工程是在原有電站的基礎(chǔ)上，新建一套引水發(fā)電系統(tǒng)，共安裝2臺(tái)15×104kW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，采用“一機(jī)一洞”布置，新建7#和8#引水隧洞，引水隧洞由進(jìn)口漸變段、上平段、豎井段和上下彎段、下平段和鋼管段組成，工程引水隧洞布置見圖1。引水隧洞為圓形斷面，襯砌后直徑7.50 m，引水隧洞上平段軸線間距為26 m，下平段軸線間距為20 m，隧洞設(shè)計(jì)流速為4.26 m/s。引水隧洞沿線出露的地層巖性主要為寒武系黑云母片麻巖、長石石英巖及第四系全新統(tǒng)松散堆積物，隧洞沿線斷裂不發(fā)育，但沿線小褶皺較發(fā)育，巖層產(chǎn)狀變化較大，豎井段和彎段以Ⅱ類圍巖為主。

圖1 工程引水隧洞布置圖

上下彎段的幾何特征為：7#、8#引水隧洞的上彎段、豎井段和下彎段軸線長度分別為93.76 m和92.80 m，其中上彎段長度為37.28 m，下彎段長度為39.15 m，豎井段長度分別17.33 m和16.38 m，其中7#引水洞CH7+250.37（對應(yīng)8#引水洞CH8+264.17）上游側(cè)混凝土襯砌設(shè)計(jì)厚度為40 cm，下游側(cè)混凝土襯砌設(shè)計(jì)厚度為60 cm，混凝土施工縫設(shè)置PVC 止水，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)為H30（相當(dāng)于C37），鋼筋保護(hù)層為75 mm。

引水隧洞豎彎段施工的特點(diǎn)有：體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專門制作模板；長期受高速水流沖刷，對表面摩阻和混凝土質(zhì)量要求高；工期緊張，如產(chǎn)生延誤將直接影響引水系統(tǒng)充水和發(fā)電機(jī)組調(diào)試；正處于下平段壓力鋼管運(yùn)輸安裝、廠房發(fā)電機(jī)混凝土澆筑、地下調(diào)壓井開挖，交叉作業(yè)多，地下交通流量大，施工相互干擾大，洞內(nèi)施工效率低。

2 施工規(guī)劃和分倉

7#、8#引水洞上彎段平均分為4倉，每倉軸線長度為9.32 m，豎井段平均分為兩倉，其中7#引水洞豎井段單倉長度為8.66 m，8#引水洞豎井段單倉長度為8.19 m，下彎段平均分為4倉，單倉軸線長度為9.79 m。上彎段最上游兩段為單層鋼筋，設(shè)計(jì)混凝土厚度為40 cm，其余為雙層鋼筋，設(shè)計(jì)混凝土厚度為60 cm。因上彎段第一段和下彎段最后一段坡度較緩，分為上下兩層進(jìn)行澆筑，即先澆筑120°底拱，再澆筑剩余邊頂拱，其余段均全斷面澆筑。

混凝土襯砌施工從下游向上游的澆筑順序，即：下彎段→豎井段→上彎段。因引水隧洞8#上平段的要先于7#上平段封堵，所以首先開始8#下彎段的襯砌，7#下彎段延后一個(gè)月左右開始，同時(shí)因8#引水洞下彎段最后一倉混凝土距離5#支洞口較近，為了減少施工干擾，先不施工8#下彎段最后一倉，上彎段混凝土襯砌完成后再返回施工。

3 模板規(guī)劃

上下彎段斷面為中心轉(zhuǎn)彎半徑25 m 的空心環(huán)面，模板為異型模板，因循環(huán)次數(shù)少，采用工廠定制大型模板很不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)根據(jù)海外項(xiàng)目物資材料匱乏且供應(yīng)周期長等特點(diǎn)，在現(xiàn)場加工異型模板是最符合實(shí)際的方案。兩條隧洞的上彎段和下彎段的幾何尺寸相同，但上下彎段分倉中心線長度不同，采用增加邊條模板的方法組合成模數(shù)，使每套模板可以分別用在上下彎段。兩條隧洞彎段幾乎平行施工，需要制作兩套模板。

3.1 8#引水隧洞彎段模板

采用標(biāo)準(zhǔn)P3015舊鋼模切割、加工成彎段異型模板，循環(huán)使用、每塊P3015鋼模板按照不同的尺寸切割成2塊小模板，每7～8塊小模板拼接成1條條帶，一個(gè)環(huán)由對稱的10條條帶組成，環(huán)的外徑為混凝土面的最終澆筑直徑。用14套模板環(huán)拼裝成彎段。最終在倉面上拼裝出一澆筑倉彎段的體型，模板設(shè)計(jì)長度比下彎段每澆筑倉的軸線長度長5 cm。彎段模板拼裝見圖2。

圖2 彎段模板拼裝圖

3.2 7#引水隧洞彎段模板

8#引水隧洞彎段模板在澆筑拆模后出現(xiàn)變形嚴(yán)重的情況，不能滿足循環(huán)次數(shù)的要求同時(shí)會(huì)影響進(jìn)度和外觀質(zhì)量。根據(jù)此情況，原計(jì)劃用于加工7#彎段鋼模的鋼模板僅用于替換損壞的8#彎段模板，及時(shí)調(diào)整7#模板為鋼框鋼面板方案，利用現(xiàn)場現(xiàn)有的角鋼和第三國采購的3 mm厚鋼板，按照相同的尺寸進(jìn)行下料和加工。鋼框架用5×5 角鋼在預(yù)先加工的模架上焊接以保證精度，角鋼彎弧采用15～20 cm切割缺口彎曲成型后焊接。每塊彎曲模板的矢高約為60 mm，3 mm 鋼板面板可用人力彎制成形。鋼框鋼面板模板單位面積重量較大，將原來一塊模板分割成兩塊，增強(qiáng)了模板運(yùn)輸和安拆過程中的便利性。鋼框鋼面板異型模板剛度明顯增大，使用壽命更長。制作模板的鋼材易于回收再利用，減少了材料的無效損耗。

3.3 豎井段

豎井段為標(biāo)準(zhǔn)圓筒形，采用P3015 鋼模板拼圓，使用鋼管背帶控制模板的襯砌斷面。

4 施工方法

4.1 清基及施工縫處理

混凝土澆筑前，要清除巖基上的雜物、松動(dòng)巖石，壓力水沖洗干凈并排干積水。施工縫人工鑿毛，清除縫面上所有浮漿，用壓力風(fēng)沖洗干凈，保持清潔、濕潤。

在下彎段混凝土施工前需對技術(shù)性超挖部分進(jìn)行混凝土回填，不得超過設(shè)計(jì)開挖面，坡度較大的部位澆筑成臺(tái)階，表面進(jìn)行鑿毛處理以利于與隧洞襯砌混凝土的結(jié)合和增長地下水滲徑。上彎段在開挖期間因滿足反井鉆機(jī)施工空間和安裝卷揚(yáng)機(jī)滑輪的超挖部分，將與上彎段混凝土一起回填澆筑，預(yù)留排氣管利于將超挖空洞澆筑充實(shí)。

4.2 測量放線

首先搭設(shè)施工腳手架，垂直于隧洞巖壁按照1.50 m×1.50 m的間距打設(shè)插筋，用全站儀進(jìn)行放線，在每根插筋上放樣出混凝土表面控制點(diǎn)，鋼筋安裝完成后，再次校核混凝土表面定位點(diǎn)，在綁扎的鋼筋上安裝混凝土保護(hù)層墊塊，對混凝土模板面進(jìn)行定位并做好復(fù)核和抽查。

4.3 引水隧洞彎段鋼筋

除上彎段第1、2 倉為單層鋼筋外，為雙層鋼筋布置，環(huán)向筋為T25（相當(dāng)于四級(jí)鋼筋），分布鋼筋為T20，按照工程技術(shù)要求，結(jié)構(gòu)鋼筋必須使用搭接或機(jī)械連接。鋼筋在加工廠統(tǒng)一制作，鋼筋加工后編號(hào)用汽車運(yùn)至工作面，下彎段下游三個(gè)倉號(hào)的鋼筋從5#支洞運(yùn)輸至下彎段附近，人工配繩索垂直吊運(yùn)至工作面，其余倉號(hào)的鋼筋均從1#支洞運(yùn)輸至上彎段附近，然后人工配繩索吊送至工作面。

在插筋上焊接架立筋，在架立筋上逐步安裝結(jié)構(gòu)鋼筋，保證其在混凝土澆筑過程中不發(fā)生變形和移位；鋼筋由人工采用綁扎方法進(jìn)行搭接。采用預(yù)制的混凝土墊塊，安裝在鋼筋和模板之間控制鋼筋保護(hù)層厚度，接地與預(yù)埋件的安裝在鋼筋安裝期間穿插進(jìn)行。

4.4 止水帶安裝

施工縫中設(shè)置PVC止水帶，止水帶環(huán)向布置，采用止水卡進(jìn)行固定牢固，防止?jié)仓^程中的移動(dòng)。止水帶外側(cè)的封堵模板要與巖壁接觸嚴(yán)密并封堵，防止?jié)仓r(shí)漏漿。

4.5 腳手架及模板安裝

彎段異形模板在加工廠制作，用平板汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。模板在倉號(hào)內(nèi)安裝，由下部向上部拼接，先拼接下部一環(huán)，然后順序向上拼接，拼接的模板可由鋼管背帶和拉桿對模板位置和體型進(jìn)行調(diào)整，模板橫向背帶鋼管間距為40～54 cm，為彎制成外皮半徑為3.69 m的直徑φ48 mm鋼管，縱向背帶人工在現(xiàn)場調(diào)整彎曲φ48 mm雙排鋼管而成，間距為60 cm，模板采用焊接在插筋上的拉筋進(jìn)行加固。模板接縫間采用雙面膠進(jìn)行密封，模板使用前需涂刷脫模劑。頂部模板支撐用φ48 mm 鋼管按間距80 cm×80 cm左右搭設(shè)排架，跨距為1 m，并按規(guī)范要求設(shè)置剪刀撐。

4.6 澆筑準(zhǔn)備及驗(yàn)倉

澆筑前準(zhǔn)備工作主要有施工平臺(tái)搭設(shè)、混凝土泵管架設(shè)、清倉沖洗、振搗設(shè)備和施工照明等。混凝土澆筑前應(yīng)確保鋼筋、預(yù)埋管、接地件的正確安裝，鋼筋保護(hù)層滿足要求、模板位置校核合格、模板支撐牢固，經(jīng)質(zhì)檢人員驗(yàn)收合格后澆筑混凝土。

4.7 混凝土澆筑

此工程混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高，為減少施工期間的水化熱溫升防止溫度裂縫，優(yōu)化混凝土配合比，摻加30%的粉煤灰，同時(shí)添加高效減水劑，減少了水化熱的產(chǎn)生。

混凝土入倉采用泵送方式，1臺(tái)HBT60混凝土拖泵布置在靠近倉號(hào)的位置，同時(shí)具備便于混凝土攪拌運(yùn)輸車的調(diào)頭空間。混凝土通過工作窗入倉和振搗，澆筑時(shí)遵循由低到高的原則，每澆筑層厚度不大于30 cm，兩側(cè)均衡上升，其高差控制在50 cm以內(nèi)。邊墻采用插入式振搗器，頂拱安裝間距2～2.50 m附著式振搗器振搗?；炷翝仓r(shí)要保持連續(xù)澆筑，覆蓋及時(shí)，避免形成冷縫。

4.8 混凝土養(yǎng)護(hù)和施工期保護(hù)

新澆混凝土滿足規(guī)定強(qiáng)度后拆模，模板拆除完成后立即涂刷養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在引水隧洞彎段襯砌期間，下游約200 m處有通風(fēng)豎井和地下式調(diào)壓室正在爆破開挖施工，為保護(hù)新混凝土，一方面采取控制最大單段藥量、改善裝藥結(jié)構(gòu)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、采取預(yù)裂爆破等措施降低爆破振動(dòng)，另一方面對每次爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證爆破參數(shù)的設(shè)置。

5 結(jié)語

在工程整體工期緊張的情況下，前后經(jīng)過6個(gè)月順利完成兩條隧洞彎段和豎井段混凝土襯砌，滿足工期和質(zhì)量目標(biāo)，有力保障了引水隧洞上平段封堵的節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)，驗(yàn)證了此施工方法的科學(xué)和有效性。

根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際條件和供應(yīng)情況，選擇合適的施工方案是保證項(xiàng)目工期和質(zhì)量目標(biāo)的重要前提；在工程實(shí)施過程中，預(yù)定方案并非一成不變，要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行修正和調(diào)整，如此例中由建筑鋼模板及時(shí)優(yōu)化為鋼框鋼模板方案，確保了彎段襯砌工作的順利實(shí)施。