电站导流隧洞砼快速施工技术

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

1、工程概况及设计参数
    小湾水电站初期导流采用土石围堰挡水、隧洞泄流的全年导流方式，初期导流标准按30年一遇洪水重现期设计，相应流量10300m3/s，导流时段为2004年11月~2009年5月。两条导流洞均平行布置于左岸，中轴线间距48m，进口底板高程988m，出口底板高程984.984m，导流洞建筑物级别为Ⅲ级。两条导流洞均由30米进口渐变段，60米的堵头段和标准断面组成，长度分别为861.592m与980.922m，底坡分别为0.3627%、0.3172%，在偏上游的部位有转弯半径为300m的转弯段。
    导流隧洞为城门洞型：两端为全断面衬砌段，中部为顶拱不衬砌段。综合分析全衬段及半衬段各占约隧洞总长度的一半。
    全断面衬砌段过水断面为16m×19m（宽×高），顶拱不衬砌段过水断面为16 m×19.5m（宽×高），视不同围岩类别衬砌厚度不同，主要有0.55m，1.5m，1m，2.0m四种。
    导流隧洞具有运行条件复杂、使用期长、施工期上游河床大量积渣的特点。导流洞底板采用抗冲耐磨性能好、技术经济指标较优的C30微纤维砼（外掺聚丙烯纤维0.9Kg/m3）衬砌，其余边顶拱部位采用普通C30（粉煤灰掺量15％）混凝土衬砌。导流隧洞衬砌主要工程量情况：钢筋制安6437t，现浇砼10.86万m3。
    2、钢模台车及钢筋台车方案
    1#、2#导流洞洞身采用先底板后边顶（边墙）的顺序进行施工。为满足施工进度安排及导流洞本身的特点，各配置一部钢筋台车和一部边顶拱钢模台车进行两条导流洞砼衬砌施工。
    两台钢筋台车及钢模台车均在进口渐变段处进行组装，先进行进口全衬段施工，再进行出口全衬段的施工，最后进行中间顶拱不衬段边墙的施工；钢筋台车后期用于灌浆施工；洞身混凝土衬砌结束后，钢模台车在预留堵头段进行拆除。
    渐变段边顶拱及堵头段边墙采用组合钢模与标准段同步施工，不占用直线工期。
    2.1钢模台车方案
    导流隧洞边顶拱及边墙砼衬砌每块标准段长15m，模板型式采用车架式钢模台车，标准结构尺寸16×19×14.9m（宽×高×长）。钢模台车主要由模板组、行走机构、台车架、承重梁、液压系统、撑杆系统、电器系统及一些辅助平台构成；钢模台车轨距7.5m，面板厚度8mm。
    导流隧洞直段施工时在标准钢模台车段端部拼装长0.35m，厚8mm的柔性搭接段，直线段一次浇筑长15m。
    弯段施工时拆除端部柔性搭接段，加装上弯段模板（西瓜皮模板），弯段模板小端长29.2cm，大端长113cm；弯段标准段每块浇筑长度为15.706m（中心线长度），整个转弯段由若干折线段平顺过渡代替弧形转弯。钢模台车上装有电动行走装置及配置液压升降支撑系统。钢模台车每套重量计360t。钢模台车分别在钢模顶拱和边墙上进行开孔。腰线孔主要作为边墙浇筑进人振捣用，顶拱孔主要用于边墙及顶拱的进料。
    在底板砼施工完成并达到混凝土设计强度的75％后，铺设边顶拱钢模台车行走轨道。边顶拱钢模台车是通过铺设于底板砼上的轨道行走实现钢摸台车的移动，台车移至待浇筑段后，调节液压操纵系统使模板就位，并且用撑杆支撑牢固。
    浇筑顶拱不衬段时仍采用上述钢模台车，但钢模台车边墙部位需进行加高改造。
    2.2钢筋台车方案
    钢筋台车结构尺寸16×19×7.5 m（宽×高×长），重量计60t；钢筋台车上装有电动行走装置、钢筋提升装置及千斤顶升降支撑系统。钢模台车与钢筋台车共用同一对重型轨道，轨道直接铺设在底板砼面上，采用膨胀螺栓固定；钢筋台车超前钢模台车至少15m。
    3、施工程序及分块
    3.1浇筑顺序
    1）两条导流隧洞自进口往出口不同衬砌特征断面的组成顺序均为:
    进口渐变段→全衬直线段→全衬转弯段→半衬转弯段→半衬直线段→E’段→半衬直线段→全衬直线段
    2）两条导流隧洞的浇筑顺序均为
    底板砼分半浇筑与边顶砼平行施工→钢筋台车在进口渐变段组装→进口直线段边顶砼浇筑→加装弯段模板→进口转弯段边顶砼浇筑→卸除弯段模板→钢模台车移至下游→出口段边顶砼浇筑→钢模台车移至E’段加高并进行E’段边顶砼浇筑→E’往下游段边墙砼浇筑(直线段)→弯段末端至E’段边墙砼浇筑(直线段)→加装转弯段模板→转弯段段边墙砼自上游向下游浇筑→钢模台车移至堵头段拆除
    3.2砼施工分层、分块
    1）分层
    导流隧洞洞身横断面分垫层、底板、边顶拱(边墙)施工，其中垫层砼采用与底板同标好砼浇至设计建基面高程。考虑施工交通需要，底板实际施工时均采用半幅浇筑；边顶(边墙)砼一次浇筑成型。
    2）分块原则
    导流隧洞洞身变化处设置结构沉陷缝，砼分块结合结构沉陷缝进行。边顶（边墙）在直线段浇筑时，根据钢模台车的设计尺寸按15m为一标准单元进行浇筑，转弯段按15.706m（转弯段中心线）为一标准单元进行浇筑；在施工支洞等位置为了减少堵头模板封堵困难以及衬砌断面变化部位，分块长度可做适当调整。施工缝按设计钢筋不过缝、缝面不凿毛。导流洞衬砌施工分块长度一般按设计要求12~18m进行，特殊部位分块长度以最小不小于5m为原则。
    3）边顶实际纵向分块情况：
    1#导流洞：渐变段2块，全衬段29块，半衬段26，堵头段3块，E’段2块。
    2#导流洞：渐变段2块，全衬段36块，半衬段27，堵头段3块，E’段2块。
    4、边顶拱(边墙)砼快速施工关键技术
    4.1 施工工艺流程
    1）全衬段单块砼施工工艺流程
    钢筋绑扎→钢模台车行走至浇筑位置→涂刷脱模挤（或脱模油）→缝面处理及测量放线→顶模就位→边模就位→封边墙堵头模及底脚模→安装灌浆管→清仓→仓面验收→浇筑边墙及立顶拱堵头模→浇筑顶拱→等强24小时→脱模→顶拱喷养护剂→边墙洒水养护28天
    2）顶拱不衬段（半衬段）单块砼施工工艺流程
    钢筋绑扎→钢模台车行走至浇筑位置→涂刷脱模挤（或脱模油）→缝面处理及测量放线→顶模就位→边模就位→封边墙堵头模及底脚模→清仓→仓面验收→浇筑边墙砼→等强20小时→脱模→洒水养护28天
    4. 2钢筋绑扎
    1）首仓钢筋的绑扎需在两端头放点控制，其余块段均只要在下游端放点控制即可。测量用全站仪先在底板上放出砼分块桩号，钢筋台车按分块桩号运行。钢筋台车长7.5m，而砼分块长度为15m，所以钢筋台车要移动两次才能完成一仓钢筋的绑扎。
    2）边墙钢筋绑扎采用在钢筋台车上用1.5寸钢管按结构钢筋绑扎尺寸做成钢管架，在钢管上由技术员按钢筋间距作出标志，利用钢筋台车前端的吊钩将结构钢筋逐层运至钢筋台车各平台上，人工按标志线依次将结构主筋绑扎牢固，再在主筋上作出分布筋标志，再由人工从下向上依次将分布筋绑扎在主筋上，结构钢筋网绑扎成形，测量检查验收合格后，利用系统锚杆将钢筋网片按结构位置固定牢固。
    全衬段在完成边墙钢筋的绑扎后，进行顶拱钢筋的绑扎，顶拱钢筋绑扎时先将顶拱托架校正到钢筋设计位置，通常是校正钢筋台车最上面托架控制钢筋保护层的4根钢管位置，校正后即可进行顶拱钢筋的绑扎，主筋连接采用正反丝牙及丝套连接；顶拱钢筋成网后用短钢筋与顶拱锚杆焊固在一起，最后将托架及两边钢管收回，往前移动，即完成一段钢筋的绑扎。进行两次循环后，完成一块钢筋的绑扎。
    3）砼钢筋保护层采用在钢筋与模板之间设置强度不低于结构设计强度的砼垫块。垫块预埋直径大于φ16mm的钢筋脚与洞身结构钢筋点焊固定。垫块应互相错开，分散布置。保护层偏差不得大于+2cm、-1cm。
    4. 3 钢模台车就位及堵头模板施工
    1）钢模台车清理
    钢摸台车就位之前必须进行模板的清理和刷油。为使模板清理及刷油操作方便，绑扎钢筋时在分缝部位留出1.0m不绑扎，主筋先固定在已绑扎的钢筋上，待模板就位后恢复。脱模后，台车先往前移动1m，施工人员沿所留1m空间下游侧钢筋上按间距2m环向而站，进行钢模板的清理，同时将脱模剂装入小胶皮桶中，人工手持毛刷将脱模剂均匀涂刷在钢模台车面板上。清刷完1m后台车再往前移动1m，如此周而复始清理和刷油，直致钢模全部清理干净、刷完脱模油，钢模才能就位。
    2）钢模台车就位及脱模
    台车沿轨道通过自行设备移动至待浇仓位，调节横送油缸使模板与隧洞中心对齐，然后起升顶模油缸，顶模到位后把侧模用油缸调整到位，并把手动螺旋千斤顶及撑杆安装、上紧。施工前需测量放点，作为台车起升、张开控制点。钢模台车校正时，先将顶拱部分的柔性搭接与上一仓砼搭接严密锁定，再进行下游模板的校正。下游模板采用全站仪及垂线法进行校正。安装好钢模后，检查钢模台车周边与已浇筑砼的搭结处是否吻合，并用木楔将模板撑紧，使钢模台车周边与已浇筑砼的搭接严密，避免漏浆和错台。
    钢模台车直段设计浇筑长度为15m，模板面由14.85m的硬边和25cm的柔边组成。正常浇筑段包括14.85m的硬边和15cm的柔边，设计搭接长度为10cm。
    侧模底脚20cm缝隙用与缝隙较为匹配的方木（实际用12×12方木加厚）封堵，内衬层板以使砼表面光滑。铺钉层板时，必须从一边向另一边推进，层板间不允许有搭接台阶出现，只允许对接或拼接，如果拼接时层板相互重叠，则应将上面的一层切除。拼接后，及时用钉子将层板与方木严密钉实。为避免拆模时砼表面被拉毛，层板表面应涂一层脱模剂或脱模油。底脚模板的固定采用丝杆撑在钢轨上,丝杆间距1m。并在两侧各均匀布置11个底脚螺旋千斤顶做垂直支撑，防止浇筑时侧模下塌。
    脱模拆去手动螺旋千斤顶及撑杆，侧模下段先用撑杆脱开，后换用手拉葫芦回收，再用侧模油缸脱模，并将底脚千斤顶升起，然后降下顶模油缸，完成脱模。
    3）校模、堵头模安装及补缝
    钢模台车按测量点就位后，通知测量队进行校、验模板，模板合格以后才能进行堵头模封堵。由于侧模两边均由3个油缸控制，中间油缸与上下游油缸运行速度和伸出长度不一致，也会致使模板中部发生变形，为此在钢模台车纵向拉线，上、下吊线来控制模板平整度。每边边模吊3根线，中部和上、下游各一根。纵向拉3根线，起拱处下1.5m开始，间距5m，即在边模油缸正对位置附近。这样就可以避免中间部位由于全站仪无法检测、难以控制的弊病。
    封堵头模前先将仓面冲洗干净，采用3cm木板， 10×10cm方木作为背枋及背档。在钢模台车模板端部焊制钢筋套环，将10×10cm背枋穿入钢筋套环固定在钢模台车上，另一端用拉筋固定，使整个堵头模板稳固。堵头模板采用ф12拉筋固定，拉筋沿周圈布置两排，排距约50cm，间距不大于60cm；拉筋应焊在牢固锚杆或钢筋上，若焊在钢筋上时，此钢筋要求和周围的结构钢筋在上下游方向至少各有5个焊点，以形成稳固的钢筋网。拉筋不够长时可以焊接一端带弯钩的φ12钢筋作为连接筋,连接筋一端与拉筋焊接,焊缝长度不小于12cm，另一端与锚杆底部或结构钢筋焊接。
    为防止漏浆产生质量问题，堵头模应拼接严密，靠岩石侧的缝隙需堵塞严密，靠模板边的缝隙采用环向衬一圈10cm宽3层板处理。堵头模先封边墙部分，然后可以开始浇筑，在浇筑边墙的过程中，将顶拱堵头模封堵完毕。
    钢模台车模板间绞接部位一般存在缝隙，对此缝隙采用107胶兑水泥抹灰处理。
    4. 4 砼浇筑
    1）仓位准备及验收
    a）施工通道及下料口
    钢模台车底板以上7米及14米的两侧模上各开有三个窗口，用于进人、观察及振捣。
    边墙下料口设置于拱顶上靠近拱脚的地方，两边中部各开一个孔。
    拱顶中心线两侧1.5米处各开三个孔，相互错列布置，用于顶拱下料。
    全衬段另在堵头模板顶拱最高处开一个宽60cm，高度不小于40cm的通道孔。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。顶拱不衬段仅封边墙堵头模，顶拱作为进人通道。
    b）拖泵及泵管布设
    边顶砼浇筑应配置两台拖泵，每边一台，钢模台车上的竖向泵管预先架设，相对固定，用圆钢牢牢焊接固定在台车架上；在台车上部平台处设置泵管弯头，以备连接边墙泵管及顶拱泵管。
    边墙下料采用两拱脚的开口，泵管进仓后用每节1.5m的连接软管进行下料，软管用铅丝加固，人工两边拖动，软管随砼的上升而逐节拆除。下料口距砼面高度不超过1.5米。
    全衬段的顶拱浇筑，对于0.55m衬砌厚度的断面，如顶拱超挖较小，采用冲天管法入仓；对于1. 5m、2m厚衬砌断面及0.55m厚衬砌断面中顶部超挖较大者，采取从堵头部位入仓，退管法浇筑。仓面内导管由于要经常拆装，要采用1m～2m的短导管。
    导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。
    c）清仓冲洗、设备就位
    浇筑前将仓面内的木屑等垃圾清理干净。并将浇筑设备准备到位。
    振捣设备为手提式振捣棒，在开仓前每边墙放置3台振捣棒，并准备好2台备用，配电盘在钢模台车上设置。仓内照明必须采用36V低压，220V、380V动力电源必须装配漏电保护器。仓外照明可用220V电压，堵头处及泵管沿线、砼泵车、支撑处等必须有照明。对砼浇筑时仓面与泵车送料联系用电铃等进行。
全衬段顶拱部位主要考虑插入式振捣器振捣。
    以上准备工作完成后，通知调度室安排砼泵车就位，将导管和泵车出料管连接，在泵车接料口后搭设上料平台。
    2）混凝土浇筑
    a）配合比控制
    砼配料单由试验室根据设计标号及骨料、砂、水泥情况开具和易性好的二级配泵送砼，入仓时坍落度不大于12cm。
    为缓解仓面的泌水状况及尽量减少干缩裂缝的产生，首先要对砼坍落度进行控制：边墙部位的仓面坍落度按10~12cm控制，并尽可能控制偏于下限使用；全衬段顶拱部位考虑到浇筑方便，仓面坍落度按12~14cm控制。
    b）下料及平仓
    砼浇筑时必须先铺一层2～3cm的同标号水泥砂浆或不小于10cm厚的同标号一级配砼，浇筑速度控制在1m/h以下，两边墙砼上升应均衡，浇筑高差小于80cm。
    边墙砼衬砌下料采用橡胶软管接泵管，每节橡胶软管长度为1.5m，为避免下料点集中，人工用绳子拴住橡胶软管，拖动橡胶软管向左右方向调整，随着浇筑高度，将橡胶软管逐段拆除，为便于排水，每层砼亦可由中部向两边分坡或一边向另一边放坡，仓内砼高差以不大于1m为原则。
    全衬段顶拱砼衬砌下料分两种形式：a、厚度在0.55m的利用台车顶模上设置的6个相互错列布置的下料口，由已浇段向待浇段方向依次下料、封孔，砼振捣采用固定在台车顶模上的附着式振捣器。b、顶拱衬砌厚度在1m及以上的混凝土下料是砼泵管从顶拱水平进入仓内用90°弯管向两边分叉，砼泵管布置于外层钢筋上。泵管用1.5寸钢管搭设三角架支撑泵管体，仓内的泵管应采用1米左右的短管，以便于拆、接。采用退管法下料浇筑施工，封拱时砼应尽量填满顶拱空间。振捣设备为手提式振捣棒，辅以附着式振捣器进行振捣。在开仓前每边墙放置3台振捣棒，并准备好2台备用，配电盘在钢模台车上设置。
    衬砌厚度在0.55m（含0.55m）以内的顶拱混凝土采用冲天管法入仓，待砼初凝后，拔出泵管用同标号砼填塞。
    c）振捣
    混凝土振捣一定要由经过培训的砼工操作。根据砼浇筑振捣试验结果，砼振捣时间选用50s为宜，砼浇筑层厚40cm~60cm，砼浇筑时两边墙和上下游之间上升速度要均匀，边墙砼上升高差不超过一层浇筑厚度，每小时上升速度不超过1m/h；人工拖动软管均匀下料，砼层布料应均匀，避免用振捣器平仓，防止过振。仓内砼应安排专人边浇边平仓，不得堆积。仓内若有骨料堆积时，应均匀散布于砂浆较多处，但不得用砂浆覆盖，以免造成内部蜂窝，人工平仓距离不应大于1.5m，采用三角耙或钉耙进行。下料口距离砼面高差不大于1.5     m，在下料口5m范围的钢模表面挂一块5m长、1.5宽彩条布，防止下料时水泥浆溅到模板上，引起拉毛现象。浇筑过程中如有骨料堆积用人工均匀散料。
    3）单块砼循环时间分析
    a）一块边顶拱砼施工工艺流程时间共计约为96小时，具体分配如下：
    脱模、清理、刷油18h → 钢模台车就位、校模10h → 立堵头模、补缝12h → 验收4h→ 浇筑28h → 钢模台车等强24h→ 下一循环
    b）一块顶拱不衬段砼施工工艺流程时间共计约为60小时，具体分配如下：
脱模、清理、刷油10h → 钢模台车就位、校模8h → 立堵头模、补缝6h → 验收2h→浇筑14h → 钢模台车等强20h → 下一循环
    5、结束语
    1）钢模台车是水工隧洞衬砌常用的浇筑工具，具有一次投入大，运行简单，混凝土成型好，快速、高效等特点；小湾电站导流隧洞中投入的钢模台车由中国水利水电第十四工程局制造，重达360吨，浇筑断面16m×19m（宽×高），最大浇筑长度15m；其规模居全国前列；其中钢模台车前端25cm的柔性搭接环彻底解决了常规钢模台车容易错台的问题。
    2）导流隧洞第一块底板砼衬砌于2003年7月26日开始，预计2004年9月15日全部结束，历时一年零两个月，两台钢筋台车及两台钢模台车的投入有效保障了“提前一年截流目标的实现。