某水电站引水隧道施工工艺探析

􀀂摘要：某电站引水隧洞混凝土衬砌,分底板与边顶拱两次进行。底板混凝土一般提前边顶拱混凝土衬砌5--8段,边顶拱混凝土衬砌采用边顶拱钢模台车。通过这种施工方法,既保证了隧洞内的施工通道通畅,使洞内开挖等其他工作可同步进行,又提高隧洞混凝土衬砌施工进度,大大缩短了隧洞工程施工工期。

􀀂关键词：水电站；隧洞施工；技术应用

1工程概况

某电站是一座具有日调节性能的引水式电站。电站设计水头312m,设计引用流量306m3/s,装机容量80MW,年发电量397亿kW・h。工程枢纽主要建筑物,包括取水枢纽、自动调节无压引水隧洞、压力前池及压力钢管、电站主、副厂房、安装间、户外主变开关场地及副厂房顶出线场地等。

电站引水隧洞为自动调节无压隧洞,设计引用流量306m3/s。隧洞总长度5638.787m,底坡i=1/2000。进口底板高程1527.00m,至前池渐变段处底板高程1524.18m。引水隧洞设计断面为城门洞型,底部为直角,采用混凝土衬砌和挂网喷混凝土两种形式,混凝土衬砌后断面为4.2mх5.91m--8.73m。其中,在桩号3+0.31m--5+350m处,宽度修改为5.2m。采用混凝土衬砌,混凝土分段长12m,衬砌厚度55cm。隧洞标准断面见图1。

图1隧洞标准断面(单位:mm)

2 施工工艺

混凝土衬砌施工分底板和边顶拱两次进行。其中,底板混凝土厚0.55m,浇筑分缝在隧洞底板位置。为保证混凝土施工质量和加快工程进度,边顶拱混凝土衬砌,采用边顶拱混凝土钢模台车一次浇筑成型。混凝土水平运输用3m3/6m3混凝土搅拌车,到达工作面后由混凝土泵泵送入仓。仓内主要采用混凝土泵钢丝软管配合溜槽(溜筒)进行分料,振捣器和人工平仓。振捣器为手提式软轴振捣棒,钢模台车上安装附着式振捣器进行辅助振捣。

3 底板混凝土施工

3.1 断面测量和基面处理

隧洞开挖完成后,先要对混凝土浇筑部位体形进行全断面检查。如发现有少量欠挖,采用手风钻造孔,浅孔小药量爆破,局部薄层采用风镐、人工进行凿除。处理结束后,再对断面进行复核,复核结果必须满足设计要求。

3.2 基础验收

基岩面的浮碴、水垢及松动岩石等,采用人工清撬和高压水冲洗。基础清洗干净后,由施工各方联合验收,作地质素描。对存在地质缺陷的部位,布置随机锚杆,并对松动岩石进行清撬。

3.3 架立筋布设和测量放线

在施工结构块的分缝线内侧用手风钻造孔,孔深30cm--50cm,孔径Ф42mm,用Ф25mm钢筋插入孔内做立筋,立筋间排距为1.5m。立筋和边墙锚杆间焊接水平钢筋,用以标记测量放线点。根据测量给出的放线点,用水平管人工放出结构钢筋底部高程,焊接水平架立筋,用以支承结构钢筋。

3.4 钢筋安装

根据施工图纸和设计通知单或其他设计要求布设钢筋。钢筋安装采用绑扎法,受力筋搭接采用单面焊,焊接长度不小于20D。底板面层钢筋应特别控制其保护层厚度,钢筋网大面平整。钢筋的其他安装要求按设计要求进行。

3.5 止水、堵头模板安装

引水隧洞在混凝土结构缝位置安装有止水,采用橡胶止水带,厚度为8mm,宽28cm,接头采用搭接,搭接长度不小于20cm。

堵头模板采用组合钢模拼装,局部采用木模补缝,模板利用拉筋固定。当堵头模板安装到止水高度时安装止水,将橡胶止水带铺到模板上,用Ф16mm钢筋挂钩和Ф22mm钢筋托架固定止水带,再进行上部模板支立。止水安装时,加固钢筋不能穿过结构缝,止水上部伸出混凝土浇筑面以上至少50cm,以满足止水接头需要。

3.6 浇筑前准备和验仓

底板混凝土浇筑准备,主要有刮轨安装、施工平台搭设、清仓冲洗、振捣设备和混凝土泵车就位等。

3.6.1 刮轨设置

为保证抹面的平整度,底板混凝土抹面设置刮轨进行找平。刮轨采用Ф25mm圆钢水平放置。安装时按照测量放线点,在隧洞底板面安装两条与底板设计高程水平的刮轨,用Ф18mm钢筋支撑。

3.6.2 施工平台搭设

底板混凝土施工需要搭设施工抹面平台,利用底板钢筋的架立筋作为下部支承,上部焊接牢固,然后搭设纵横钢管。横向钢管顺水流方向间距为1.5m,离边墙混凝土面的高度为0.15m,顺水流方向用三排长钢管连接。横向钢管上部搭设木板,形成受力平台,抹面及振捣等作业均在平台上进行。平台搭设时,注意钢管绝对不能与内层结构钢筋或模板相连,以免扰动钢筋,使模板松动,造成混凝土质量事故。施工抹面平台的搭设见图2。

图2施工平台搭设示意

3.6.3 混凝土泵管布置

泵管从混凝土泵车接至吊脚平台,在过平台时,下方适当垫上方木或钢筋架子,使混凝土泵管保持水平状态。泵管连接钢丝软管,软管端头距待浇混凝土面距离不大于1.5m,使混凝土能尽量到达浇筑地点,减少混凝土平仓工作量。混凝土浇筑时,逐节拆除混凝土泵管,以满足钢丝软管的下料范围。

3.6.4 仓面清洗

采用高压水冲洗仓面,仓内冲洗积水用小潜水泵抽出或用高压风吹出仓外。冲洗干净后,用棉纱将仓面内局部积水蘸干。堵头模两侧要采取堵水和排水,防止外水进入仓内。

3.6.5振捣设备和泵车就位

振捣设备为手提式振捣棒,在开仓前按振捣区域放置6--8台振捣棒,并准备好2台备用,配电盘在附近设置。仓面照明用隧洞低压照明系统并辅以碘钨灯,加设漏电保护器。在混凝土浇筑时,仓面与泵车送料用对讲机联系。

以上准备工作完成后,将混凝土泵车安装就位,将泵管和泵车出料管连接,在泵车接料口后搭设上料平台。

3.6.6 开仓验收

混凝土浇筑前必须进行验收,要搞好模板堵缝、支撑加固系统检查、模板平整度检查以及施工人员的准备等。各施工工序完成后,由质检员报监理工程师申请验收。各工序验收通过,混凝土仓验收完成,由监理工程师签发混凝土浇筑开仓证。

3.7 混凝土浇筑

混凝土浇筑时首先用混凝土泵送2m3--3m3砂浆,仓内满铺2cm--3cm厚,砂浆与混凝土同标号。混凝土浇筑采用平铺分层法,浇筑时混凝土的坍落度控制在14cm--18cm之间,由实验室人员现场监测混凝土塌落度并随时调整。在浇筑时如停料时间过长,但尚未初凝,在征得监理同意后,可向混凝土内加同标号砂浆后继续浇筑。混凝土浇筑层厚控制在30cm--40cm以内。

3.7.1 下料

先将混凝土浇筑至底板内层钢筋以下10cm,然后改从两侧边墙位置下料,当混凝土在边墙钢筋部位达到底板高度后,将钢丝软管从边墙拖至底板正中,将混凝土铺至高出底板面设计高程2cm,最后向外逐步推进。

3.7.2 振捣

混凝土振捣时先从隧洞两边开始,振捣密实后再振捣底板中部。底板混凝土振捣要注意振捣棒插入的深度,振捣时要求 “快插慢拨”,有序振捣,振捣工分区域负责,保证不漏振、不过振。振捣棒插入间距在40cm以内,振捣时间为50s--60s,以混凝土不再冒气泡且表面泛浆为止。振捣棒要求插入下层混凝土5cm,使上下层混凝土良好结合,确保混凝土振捣密实。

3.7.3 底板混凝土表面平整

当底板面混凝土浇筑到高于设计高程2cm时,先进行混凝土振捣及平仓处理,对高出设计高程的混凝土铲入边墙,用平铲初步找平。待浇筑收仓后,利用刮轨用刮尺平面再次找平,最后用抹铲局部收平。

3.8 抹面、养护

3.8.1 抹面

混凝土抹面由专人负责,底板面用刮尺放在刮轨上沿水流方向反复找平,从边墙铲入混凝土原浆填平表面凹处,直到整个表面大致平整。完成后用三米直尺检查表面平整度,合格后用抹铲压浆抹面,直到表面无气孔、光洁和平滑后结束。混凝土初凝前,要及时拆除刮轨及表面混凝土下的支架,用仓内混凝土填平刮轨留下的局部坑槽,然后找平和抹面,再经多次压光,直至和其他表面相同。

3.8.2 养护

底板混凝土抹面压光结束后,及时覆盖彩条布,以保护新浇混凝土面。混凝土终凝后,即开始不间断洒水养护28天。

4 边顶拱混凝土施工

4.1 缝面处理、测量放线和排水槽施工在底板混凝土终凝前,用高压水对边墙混凝土断面冲毛,局部辅以人工凿毛。冲毛时注意保护好底板混凝土面。测量在现场放出设计高程和边线,测量点标记在架立钢筋上,架立筋焊接固定在结构钢筋和边墙锚杆上。

排水槽施工。在两边墙底板混凝土缝面,沿岩壁侧凿10cmх35cm(宽度∃深度)的方槽,槽内冲洗干净后,用干净的小石填满,上盖土工布,并用Ф12mm的钢筋加固。排水槽通过伸出边墙结构混凝土的PVC管,将岩壁渗水排出仓外。

4.2 钢模台车就位

钢模台车的第一次组装要在底板混凝土浇筑2--4块后进行,在施工后的底板混凝土面上铺设轨道,钢模台车组装利用回车道部位空间,用预设在顶拱的锚杆和手拉葫芦将分体的钢模台车吊运到位后进行组装。钢模台车行走机构就位,必要时辅以5t葫芦牵引。钢模台车定位主要依靠葫芦和卡轨器固定,其运行应严格按照(钢模台车使用说明书)进行。钢模台车结构见图3。

图3边顶拱钢模台车示意(单位:mm)

4.3 钢筋安装

钢筋安装可在钢模台车就位前进行,并且与混凝土浇筑施工同步。为不影响混凝土浇筑,钢筋安装应提前至少2个浇筑段,以形成隧洞衬砌流水施工。钢筋安装应严格按照设计图纸和设计要求进行。由于混凝土衬砌厚度较小,钢筋安装位置正确是重点要求,以避免出现钢筋保护层不足导致台车无法就位等问题。

4.4 止水及灌浆管安装

钢模台车经测量校核调整到位后安装止水带,用Ф16mm钢筋挂钩和Ф22mm钢筋托架将止水固定在已绑扎好的钢筋网上,加固钢筋不过缝,止水接头采用搭接焊,搭接长度不小于20cm。堵头模采用钢木组合模,利用拉筋固定,拉筋焊接在架立筋脚上。

灌浆管安装和止水同步作业。边墙灌浆管固定在内外层结构钢筋上,管口一侧贴紧岩石,另一侧贴紧模板;顶拱灌浆管上口可适当调整,使上口位于顶拱岩壁最高处。灌浆管口两侧要封堵,防止混凝土堵塞管口。

4.5 浇筑准备及验仓

浇筑前准备工作主要有施工平台搭设、混凝土泵管、溜槽(筒)架设、清仓冲洗、振捣设备和混凝土泵车就位等。

4.5.1 施工平台搭设

在堵头模板顶拱最高处内层钢筋上方,开一个宽60cm、高度不小于40cm的通道孔,主要作为浇筑用材料设备和人员等进出仓面的施工通道,在浇筑到顶拱封仓后,再封堵。混凝土泵管从台车侧接入,并进行加固,端头采用钢丝软管,台车顶部模板上焊接有圆形进料管,可方便地与钢丝软管相接。

4.5.2 溜槽、溜筒铺设

仓面内泵管由于要经常拆装,故采用1m--2m的短泵管。架设要尽量缩短泵送距离,靠近泵车的导管要尽量用新管,减少爆管和堵管的可能。为方便边拱部位混凝土浇筑,泵管要安装在最高处,然后以弯管配合溜槽及溜筒向台车上各进料窗下料。进料窗在台车上预留,并装有活动门,当浇筑到该高程时关闭。

4.5.3 仓号冲洗与仓面验收

仓号验收前做好仔细冲洗,注意清理里面的木屑、钢筋头等杂物,还要注意对模板堵缝、支撑加固系统的检查,对模板平整度的检查以及施工人员的准备等。各施工工序完成后,均应由质检员报监理工程师申请验收。

4.6 混凝土浇筑

4.6.1 混凝土下料及平仓

混凝土浇筑层厚不大于30cm--40cm,混凝土浇筑时两边墙和上下游之间上升速度要均匀,墙混凝土上升高差不超过一层浇筑厚度。分料时要多注意按情况改变进料窗,使混凝土层厚尽量均匀,减少用振捣器平仓,防止过振。浇筑过程中如有骨料堆积,用人工均匀散料。

4.6.2 混凝土浇筑方法

在浇筑过程中,混凝土表面泌水要安排专人清排,同时清除沾附在钢筋上的松散混凝土。在混凝土上拱前,安排专人清理拱顶上散落的杂物,保证顶拱成型后光滑密实。混凝土浇筑期间安排专人对堵头模板、支撑变形情况进行巡视,并适时加固处理。混凝土浇筑分区域设专人进行振捣,洞顶拱混凝土施工时严格控制浇满程度,减少顶拱回填灌浆量,保证混凝土和岩石部位能够很好的紧密结合,必要时可以将混凝土泵管埋入混凝土内。

4.6.3 混凝土振捣

混凝土振捣是边顶拱浇筑质量保证的最重要工序。隧洞边墙振捣主要使用插入式振捣棒,每摊铺05m就振捣一层,当一边振捣时,混凝土换到另一边卸料,穿行,保证持续供料。当两边混凝土到达一定高度(一般为2m以上),利用安装在台车上的附着式振捣器配合插入式振捣棒振捣,以加强振捣效果。混凝土上拱后振捣主要利用附着式振捣器进行,振捣时应关闭边墙部位的附着式振捣器,以避免出现边墙淌浆现象。

4.7 拆模养护

根据试验室提供的混凝土强度资料,混凝土钢模台车一般在混凝土浇筑后3--5d进行脱模,堵头模可在浇筑完成24h后拆除。拆模后立即由专人负责对混凝土不间断洒水养护28d。

5 混凝土温控

夏季施工时洞内温度较高,混凝土浇筑温度须控制在18º--28 º以内,高温时段的浇筑应尽量安排在夜间进行。每段混凝土浇筑完毕,立即在模板上洒水降温,直到开始进行养护。冬季施工时,混凝土浇筑温度控制在58 º以上,同时尽量保证洞内温度稳定。对新浇筑混凝土可适当延长拆模时间,如洞内气温过低,可在新浇混凝土面上覆盖保温被保温,防止出现裂缝。

6 质量及安全控制

6.1 质量控制

6.1.1 混凝土施工坚持质量 “三检制”和“联检制”,即施工班组进行一检,施工队进行二检,施工项目部进行三检。检查验收合格后申请监理工程师验收,保证施工中的每道工序都要经过严格检查,有效控制施工质量。

6.1.2模板工序是影响混凝土外观质量的最重要的一个环节,因此模板验收应重点检查模板的洁净度,脱模剂涂刷,与周边老混凝土接缝处理等内容。

6.1.3浇筑时,安排专人对边模、堵头模等进行监控,发现模板变形或移位,要采取停浇、缓浇、放慢浇筑速度等措施,并及时进行加固处理。

6.1.4地下隧洞混凝土施工时,必须做好地下水的排除措施。本工程采用导管引排法对地下水进行引排降压处理,有效降低了地下水对施工质量的影响。

6.2 安全控制

6.2.1作业队应配置一名专职安全员,对本队所有作业面的安全负责。每个作业面由班长和技术员兼职安全员,负责作业面的施工安全。

6.2.2每天上班前召开班前安全会,由兼职安全员(或班长)对上一班作业情况进行安全回顾,根据本班作业内容开展预知危险的活动,使每个人对工作的安全状况心中有数。

6.2.3钢模台车施工时,要可靠固定钢模台车,并定期检修维护其液压系统和行走结构。

6.2.4在混凝土浇筑过程中,按照电站工程对安全、文明施工的要求进行。

7.结语

本施工工艺为常规施工，但要严格遵守制定的施工工艺，不得随意更改。最好施工员跟班作业进行监督。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。