柳树沟水电站泄洪洞进水塔改线施工

欧建广，邓四东

（武警水电第二总队，江西 南昌 330096）

1 工程概述

柳树沟水电站位于新疆和静县境内，为开都河流域九级梯级电站的第六级。电站枢纽由混凝土面板堆石坝、深孔泄洪洞、表孔溢洪洞、引水发电洞、电站厂房等建筑物组成，装机容量18万kW。深孔泄洪洞前期作为导流洞使用，后期加设洞内式弧形闸门，改造成深孔泄洪洞。电站地处天山山脉，两岸地形复杂，边坡高陡，河谷深窄，枢纽建筑物均布置于右岸高陡边坡附近。

深孔泄洪洞进水塔建基面基础高程1 414 m（黄海高程，下同），胸墙高程1 442 m。2010年4月底，泄洪洞进口边坡及进水塔建基面按原设计开挖完成，2010年5月3日，因地质原因发生大规模坍塌，破坏了已开挖完成的进水口边坡，并覆盖已开挖进水塔建基面，塌方总方量20 余万m3。

2 方案优化

2.1 设计方案比选

一般情况下，当洞挖施工遭遇塌方时，多数采取加固边坡及围岩、挖除塌方体恢复施工的方法，也可采取建筑物改线、修改建筑物结构形式等方法实施，应根据工程的具体情况而定。以上实施方法国内外均有处理成功的案例。

本工程塌方体方量大，且边坡高陡、河谷深窄，清除施工难度极大，同时加固边坡、围岩及清除塌方体工期长、投资大，不仅大大增加建设成本，更不能满足发电工期要求。补充地质勘查表明，原洞线左侧地质及地形地貌条件满足布置泄洪建筑物要求，有独立实施施工的条件，可直接施工，但必须进行设计改线。经设计单位两个方案的可行性和经济性研究、参建四方会商比选，放弃加固边坡围岩、挖除塌方体实施原线施工的方案，选用改线方案，即将泄洪洞进水塔左移150 m，原洞身段0+076 与改线后进水塔之间新增洞挖130 m 相接，原已贯通的泄洪洞洞身段在0+076～0+045 采用混凝土封堵。如图1 所示。

2.2 工期调整

考虑到原施工工期目标已无法达到、改线施工的难度和合理工期，经参建四方会议研究，将泄洪洞主要节点工期调整如下：

（1）泄洪洞具备导流条件时间由2010年9月延后至2011年4月。

（2）下闸蓄水时间由2012年9月延后至2012年11月底。总工期延后2个月。

2.3 施工方案优化

进水塔原施工方案按常规的边坡、基础开挖→混凝土浇筑至塔顶→金属结构安装→启闭机安装等程序施工，塔顶启闭机、闸门安装完成后方具备过流条件；垂直运输采取门塔机组合方案，混凝土模板采取常规组合钢模板并局部辅以木模板。改线后，如果仍按照原施工方案实施，泄洪洞具备过流条件最短有效施工工期需12个月以上，将滞后发电工期一年以上，无法满足节点工期和发电工期要求。经参建四方反复论证，进水塔施工方案优化如下：

（1）优化开挖支护方案。进口边坡薄层开挖至强风化层以下、快速实施基础开挖，为确保边坡稳定，锚喷支护及时跟进。同时，为确保蓄水后塌方体稳定，对塌方体实施锚固、支护和混凝土帮护等，确保塌方体稳固。

（2）优化混凝土浇筑方案。为尽快满足泄洪洞前期导流要求，进水塔混凝土和金属结构安装采用分期施工方式。即在2011年4月前，进水塔混凝土浇筑至1443.4 m（高于上游围堰1441m 高程和胸墙1442m 高程），即进行门楣以下金属结构安装，之后进行导流；截流后，开始进水塔塔筒及塔顶、启闭机房施工，并于2012年11月底前完成。

图1 泄洪洞改线平面布置图

（3）优化模板方案。1 443.4 m 高程以下混凝土及1 493.5～1 499 m 高程的塔顶及启闭机房混凝土因其结构较为复杂，仍采取常规组合钢模板配部分木模板；1 443.4～1 493.5 m 高程塔筒混凝土结构统一规范，采用液压滑模施工，可大大加快施工进度，如图2 所示。

（4）优化材料运输方案。混凝土采用HBT60A 混凝土泵泵送入仓，模板、钢筋等材料采用QTZ80 型塔机运输。塔机与进水塔采用自制附墙杆固定，间距12 m。

（5）优化混凝土配合比。因浇筑方案和运输方案发生变化，为满足混凝土泵送条件，相应的三级配混凝土修改为二级配，并适量掺加泵送剂等外加剂。混凝土配合比由试验确定。

图2 进水塔混凝土模板方案

3 开挖与支护施工

3.1 进口边坡1 499 m 高程以下开挖与支护

进口边坡塌方后，为保证工程安全与进度，进水塔左移150 m，改线后进口边坡1 499 m 高程以下采取薄层开挖方式剥离边坡表面土方与强风化层，并及时锚喷支护。

（1）土石方开挖。进口边坡1 499 m 以下土石方开挖共约6.5万m3。为保证进水塔混凝土施工极早进行，2010年7月10日开始，先行开挖高程1 499～1 477 m之间土方，然后将1 477 m 高程（交通桥基础）石方开挖至岩质马道外开口线，1 477 m 高程以下石方于2010年8月上旬开挖完成并开始进行进水塔混凝土施工，进水口开挖仅用35 d 即完成；1 477 m 高程以上石方开挖安排在2010年冬季采用人工小方量爆破挖除。

（2）边坡锚固支护。按照1 447 m、1 467 m、1 492 m三个交通桥基础高程分级跟进支护，严格按照开挖一级支护一级实施。交通桥基础采用无盖重固结灌浆加固。除锚杆、锚筋桩外，另行在泄洪洞进口边坡、进水塔右侧边坡1 499 m 高程以下增设预应力锚索（1 000 kN，L=30 m）23 根、（1 000 kN，L=40 m）7 根，并安装3 组应力计。

（3）混凝土帮护。因边坡强风化岩石采取薄层开挖，开挖后岩体仍比较破碎，部分岩体倒悬，且蓄水后位于水下，为确保进水塔运行安全，除采取锚固支护等措施外，在1 431 m 至1 499 m 高程之间浇筑贴坡混凝土，确保了进口边坡稳定。贴坡混凝土顶部厚度不小于50 cm，下部根据地形条件而定，且不小于50 cm。此外，1 447 m 桥台基础岩石破碎且宽度不足，故在进水塔与进水洞洞口之间1 419 m 高程处设混凝土明拱相接，其上高程1 431 m 与1 447 m 桥台基础之间设混凝土撑墙，以保证52 m 高桥墩基础牢固。

3.2 垮塌体1 499 m 以上边坡开挖与支护

垮塌体1 499 m 高程以上后缘边坡因受卸荷及垮塌时拖曳，稳定性差，对永久建筑物施工与运行安全影响较大；由于垮塌体后缘边坡、原泄洪洞进口与溢洪洞之间高陡，二次开挖极为困难，且因垮塌体处于1499m高线施工道路中部，此高线施工道路为坝顶及引水发电洞、溢洪洞施工必经之路，如进行垮塌体上部开挖施工，必然造成道路中断，影响其他主要项目工程施工，故后缘边坡以锚固加固为主，人工清除坡积碎石为辅。增设长锚杆（Ф28，L=9 m）184 根、锚桩（3Ф28，L=14 m）40 根、预应力锚索（1 000 kN，L=30 m）79 根，并安装3组应力计。在锚桩、锚索钻孔施工过程中，因垮塌体后边坡岩石破碎，经常出现卡钻、掉块、漏风、塌孔现象，故采用全孔灌浆固壁，待凝24 h 后进行扫孔继续钻进。以上支护施工于2012年8月完成，目前边坡变形经观测正常。

3.3 垮塌堆积体处理

改线后泄洪洞进口右侧为原泄洪洞进口边坡垮塌堆积体，坡度37°～40°（1∶1.2～1.3），坡脚距改线后进水口30 m，水库蓄水后必将产生饱水湿陷、沉降，有可能对进水口造成堵塞破坏，影响电站泄洪及运行安全。因此，采取了在距进水口约20 m处设倒T 形混凝土挡墙（长60 m，高15 m，底宽15 m，顶宽1.8 m），挡墙与垮塌堆积体之间采取石渣回填，将垮塌体整体坡比放缓，并防止挡墙向进水口方向倾倒。

4 进水塔混凝土施工

4.1 常规模板混凝土施工

进水塔混凝土于2010年8月开始施工。进水塔塔座混凝土（1 414～1 443.4 m 高程）和塔顶、启闭机房混凝土（1 493.5～1 499 m 高程）采用常规模板施工。胸墙顶墙、启闭机房混凝土采用满堂脚手架支撑模板。塔座混凝土施工至2012年3月上旬完成，塔顶、启闭机房混凝土施工自2012年11月初至11月30日完成。

为确保泄洪洞2011年4月底具备导流条件，于2010年12月5日至2011年2月20日 进行混凝土冬季施工。采取了拌和站保温棚保温、60℃以下热水拌合、改变投料顺序、仓内保温棚保温等综合冬季施工措施，较好地控制了混凝土冬季浇筑质量。

4.2 塔筒段混凝土滑模施工

泄洪洞进水塔滑模段高50.1 m，高程自1 443.4～1493.5 m。滑模施工时段为2011年9月15日至11月2日。

4.2.1 滑模设计

滑模主要由模板、操作平台、辅助工作台、支承杆、下料溜槽、液压系统等组成。

根据力学计算及以往施工经验，混凝土正压力取30 kN/m2，每隔1.6m设置一道竖向围檩，围檩采用∠80×8角钢制成1.0m×1.0m矩形桁架梁。模板采用定制钢模，整体高度1.5 m。模板上口边长比下口边长大1～2 mm，以便于模板滑升。

操作平台为采用∠80×8 角钢制成的1.0 m×1.0 m空间桁架环梁，上铺5cm 厚木板，外设安全护栏。提升架采用“开”型、“F”型，为避免整体变形，下部采用双槽钢加强布置。辅助工作台采用∠80×8 角钢制作成0.8 m宽桁架，上铺5 cm 木板，悬挂于距模板下口1.5 m处，以进行表面修补、压光、预埋件处理和养护等。

模板结构自重计算为G1=55 t，垂向摩阻力计算为G2=38.4 t，动力系数、不均匀系数分别按2 倍、1.3 选取，施工荷载计算G3=32.5 t，模板整体顶升所需动力G=G1+G2+G3=125.9 t，经比选采用32 台10 吨千斤顶作动力。各主油管长度相近确保同步提升。支承杆采用Ф48×3.5钢管，布置于已浇混凝土内承受滑模整体荷载。下料溜槽采用真空溜管至操作平台，分转式溜槽入仓。

4.2.2 滑模浇筑施工

滑模滑升分为3个阶段：初次滑升、正常滑升和末段滑升。

初升前，要控制混凝土厚度，使混凝土自重大于摩阻力，防止滑升时将混凝土与模板同时提起。根据计算和以往施工经验，在混凝土浇筑2～3 层、高度达到60～70 cm、待凝3～4 h 后开始初升。可根据现场混凝土强度检测和指按等简单方式判断滑升时机。现场强度检测判断方式：同步制作混凝土模块，待混凝土模块强度达到0.1～0.3 MPa 时可开始滑升。指按判断方式为：用指按已脱模混凝土时有微痕，且表面已不粘手，即可开始初次滑升。

当模板初次滑升以后，即转入正常滑升过程。模板滑升速度与混凝土凝结时间、垂直运输强度、浇筑速度以及当时气温等相关，一般情况下，以日均滑升3 m 左右为宜，气温较低时，应适当降低滑升速度。正常滑升宜采取薄层浇筑、连续微量提升、仓内应均匀下料、减小浇筑高差等施工工艺，能有效降低提升荷载，减小支承杆脱空长度，有利于滑模系统的稳定与安全。

当滑升至距设计高程1 m 时，即进入末段滑升阶段，相应降低滑升速度，进行找平，以保证顶部结构符合设计机构要求。

4.2.3 钢筋与预埋件安装

在滑模施工过程中，钢筋安装采用与滑升平行作业的方式，竖向筋套筒连接，水平筋超出浇筑面约50 cm。本工程进水塔预埋件主要有通气孔、二期插筋等，弯折插筋，脱模后将其凿出。

4.2.4 混凝土浇筑

采用二级配泵送混凝土入仓，人工平仓振捣。拌和物应有较好的和易性，与入仓方式、气温、滑升速度相匹配，一般情况下，初凝时间控制在3～4 h为宜，终凝时间控制在6～8 h为宜，混凝土塌落度控制在8～12 cm为宜，滑升过程中，根据现场实际情况注意动态调整。

4.2.5 混凝土表面修整与养护

滑模滑升后立即进行混凝土表面修整，一般抹面收光不少于3 遍。第一遍主要消除砂眼，第二遍主要控制混凝土表面平整度，第三遍主要在终凝前压光，提高表面光洁度。收光过程中必须用原浆收光，否则将起砂起皮，影响结构耐久性。本工程地区气候恶劣，昼夜温差大，混凝土收光完成后，应立即喷洒养护剂，防止混凝土表面水分大量蒸发，产生裂缝。

4.2.6 滑模控制重点

滑模施工中质量控制的重点与难点是控制纠偏、纠扭，操作平台保持水平是保证进水塔中心线不跑偏的关键，采用全站仪、垂球等对操作平台水平度、中心线每班进行2～3次测量。常用纠偏措施：首先在支承杆上设置限位调平器，每滑升20～30 cm 整体找平一次；其次改变入仓位置形成混凝土相对高差；再次偏移小于10 mm 时常用螺旋式千斤顶不平衡顶升，超出10 mm 时主要采用法篮螺杆、手动葫芦拉模板或爬杆。为防止因粘模等原因导致不平衡提升而偏扭现象的发生，主要采取优化配合比、薄层浇筑、微量提升等措施来避免。

5 金属结构安装

1 441 m 高程门楣以下金属结构安装于2011年3月中旬开始，2011年4月18日结束（含二期混凝土浇筑），提前具备了导流条件。2012年12月底，完成了闸门和启闭机安装，满足下闸蓄水条件。金属结构安装和启闭机安装均采用塔机配合汽车起重机安装方式完成。

6 结语

柳树沟水电站泄洪洞改线进水塔施工，通过边坡开挖支护、混凝土浇筑等施工方案的优化，确保了泄洪洞于2011年5月24日按期实现导流，2012年11月底具备下闸蓄水条件，与原合同工期相比，仅滞后2个月，具备下闸蓄水条件时间相对提前了5个月，实现了改线后施工的进度、质量、安全目标。通过对柳树沟水电站泄洪洞改线进水塔施工的实践，笔者认为：

（1）在基岩条件容许下，采取边坡薄层开挖、加强支护等措施，可以加快边坡开挖进度，保障边坡稳定，尽早实施基础开挖。

（2）当塌方体挖除难度较大时，采取设置混凝土挡墙及放缓石渣边坡处理，可以确保塌方体的稳定。

（3）当进水塔需提前过流时，采取分期施工的措施，先期施工水下部位混凝土和金属结构，待过流后采取措施施工水上部位混凝土和金属结构安装，可以实现进水塔提前过流目标。

（4）对相对规范统一的混凝土结构体，采用滑模工艺，可以加快施工进度，确保施工质量。

［1］王国力，等.吉林台一级水电站发电洞进水塔滑模施工［J］.水力发电，2006（6）.

［2］彭宣常，等.我国滑模工程施工技术的应用与发展［J］.施工技术1999，28（3）.

［3］李军旗，陈泽衍.公伯峡水电站旋流泄洪洞工程滑模设计与施工［J］.水力发电，2004（08）：51-53.

［4］彭正海，等.三峡永久船闸排架柱混凝土施工滑模设计简介［J］.水力发电，2006（04）：63-64.

［5］贺成立，张 奎，罗 伟.水工大体积防裂混凝土配合比的设计和试验［J］.混凝土，2002（07）：32-35.