溧阳抽水蓄能电站尾水主洞混凝土衬砌施工技术

王光亮　田贵明　姜晓文　王维

摘要：溧阳抽水蓄能电站尾水主洞混凝土衬砌采用“先边顶拱后底拱”的施工方案，适应尾水主洞复杂的地质条件和开挖施工方法，有利于洞室的安全与稳定。水平施工缝处理方案经预埋的测缝计监测结果表明，处理效果良好，满足设计要求。

关键词：尾水主洞；混凝土；衬砌水平；施工缝

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0100-03

1 概述

溧阳抽水蓄能电站地处江苏省溧阳市，枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、地下发电厂房及下水库4部分组成。电站安装6台单机容量250MW的可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1500MW。尾水系统主要由尾水支洞、尾水闸门室、尾水岔管、尾水调压室、尾水主洞、下水库出/进水口等组成。

（1）尾水主洞总长度为1124.956m，设计纵坡为4.85%。（2）尾水主洞长度为1211.203m，设计纵坡为4.74%。两条尾水主洞起始段轴线方向为NE70°，经平面转弯段后轴线方向转为NE81.7053°，弯段转弯半径为50m，转弯角11.7053°。尾水主洞开挖断面为圆形，开挖半径6.0～6.3m，衬砌后断面半径为5.0m。

2 混凝土衬砌方案

2.1 设计方案

尾水主洞混凝土衬砌厚度III、IV类围岩85cm，V类围岩为100cm，混凝土强度等级为C25W8F100。在地质条件变化处、洞室交叉部位及可能产生较大相对变位处设置环向结构缝，环向结构缝的分缝间距III、IV类围岩为36m，V类围岩为24m。每6～12m设置一道施工缝。结构缝内设置铜止水片和充填2cm厚闭孔泡模板。施工缝内安装遇水膨胀型橡胶止水条。钢筋为双层布置，分布筋在施工缝处连续，在结构缝处断开。

2.2 施工方案

针对尾水主洞复杂的地质条件以及所采用的开挖、支护施工方法，为确保洞室围岩稳定，采取先边顶拱后底拱混凝土衬砌的方案进行尾水主洞混凝土的施工。通过对边顶拱混凝土结构的受力分析计算，确定水平施工缝设在与水平洞轴线夹角为197°和-17°处即顶拱214°范围处，水平施工缝内设置遇水膨胀型橡胶止水条与环向施工缝和结构缝内的遇水膨胀型橡胶止水条、铜止水片连接形成整体止水结构。边顶拱混凝土浇筑高度8m，底拱混凝土浇筑高度4m。

3 混凝土衬砌施工

3.1 施工总体原则

尾水主洞分三层进行开挖与支护施工。由于尾水主洞围岩类别以IV、V类为主，为保证开挖支护后洞室安全稳定，一、二层开挖后边顶拱混凝土及时衬砌，边顶拱混凝土衬砌完成的洞段进行三层拉底开挖与支护施工，底拱混凝土紧随其后进行。混凝土距离开挖掌子面以28d龄期混凝土允许的质点振动速度7cm/s控制安全距离。

3.2 混凝土衬砌施工程序

3.2.1 施工准备。

（1）技术准备。根据工程特点，熟悉设计图纸、技术要求和施工规范。

（2）根据选定的方案编写合理的施工技术、安全措施，进行技术、安全交底。

（3）根据尾水主洞结构尺寸选购边顶拱钢模台车和底拱针梁底模台车。

3.2.2 台车安装。

（1）边顶拱钢模台车安装。III、IV类围岩底部开挖面可以承受台车和混凝土的荷载，V类围岩浇筑30cm厚C20混凝土板。采用50cm×50cm的枕木，间距50cm布置作为轨道基础。钢轨采用43kg/m-15000，采用轨道钉固定在枕木上，轨距6.0m。边顶拱钢模台车长度为12m，选择洞室围岩较好部位进行安装，事先在洞室顶拱安装钢筋吊环，采用5t卷扬机及5t手拉葫芦进行吊装、反铲及人工配合。安装时首先安装龙门架及横梁，按设计位置安装液压系统，再安装顶模、侧模。

（2）底拱针梁底模台车安装。针梁底模面板长度12m，安装施工时，先组装底模，再安装针梁，模板的安装需在轨道上进行，以保证模板底面平直，轨道采用两条12.5m长的钢轨，要求钢轨平直，轨距相等，并支撑牢固。采用8t吊车吊装，底模板组装完成调整后，安装底模托架及针梁组装。

3.2.3 岩面（喷混凝土面）清理。上层开挖全部支立钢拱架及喷混凝土支护，对于局部侵占衬砌断面的喷混凝土进行凿除，保证边顶拱混凝土外层钢筋的保护层。

由于围岩遇水易泥化，底拱建基面清理达到无积水、无松渣的规范验收标准，并浇筑C20混凝土垫层，由测量放线控制防止垫层侵占衬砌混凝土断面。

3.2.4 钢筋制安。边顶拱钢筋制安采用自制的钢筋台车。钢筋安装前，由测量放线控制高程和安装位置。测量按照设计图纸将钢筋位置用红油漆标注在锚杆上，间距4m，焊接钢筋架立筋，人工安装钢筋。底拱钢筋安装前由测量放线控制高程和安装位置，焊接钢筋架立筋，人工安装钢筋。钢筋接头的搭接，受力筋采用单面搭接焊，分布筋采用绑扎，搭接长度、焊缝长度严格按照施工规范执行。钢筋接头分散布置，并符合设计及相关规范要求。

3.2.5 模板安装。

（1）边顶拱模板安装。

一是水平施工缝底模安装。

其一，水平施工缝设置型式。为了防止洞室边顶拱与底拱混凝土衬砌水平施工缝被拉开和提高洞室衬砌混凝土的整体性，增加边顶拱混凝土与底拱混凝土之间的咬合力，水平施工缝设在与水平洞轴线夹角为197°和-17°处即顶拱214°范围处，与水平线成50°角和17°角，断面呈“Z”字型。

其二，水平施工缝底模安装。水平施工缝底模采用普通定型钢模板和4cm厚木模板组合拼装，普通定型钢模板制作成阴角和阳角的“Z”字型。模板加固采用内拉外撑的方法。

二是钢模台车就位。水平施工缝底模安装完成后，钢模台车利用自身的牵引设备沿轨道行走至所要浇筑的仓号就位，由测量按照设计图纸控制台车顶拱模板、侧模达到设计线，侧模应抵紧水平施工缝底模。

三是堵头模板安装。堵头模板在台车就位后安装，根据施工缝及止水的型式采用不同的模板型式。对于结构缝由于钢筋不穿过结构缝和所采用的铜止水片，采用定型钢模与木模拼装而成。对于施工缝由于钢筋过缝和采用橡胶止水条，采用木模拼装而成。

（2）底拱模板安装。

一是针梁底模台车就位。台车行走到仓号位置，测量人员进行测量、校正，确保台车与已浇筑砼面接触紧密，搭接平顺。利用台车上部及左右两侧液压千斤顶至边顶拱已衬砌混凝土面，与混凝土面接触部位布设楔木垫块。防止混凝土浇筑台车向上或左右发生位移，在台车后端已浇筑完混凝土面上布设地锚，用钢丝绳将台车稳定。与边顶拱混凝土接触部位的翻板模板翻开一定角度如图1所示。

二是堵头模板安装。堵头模板在台车就位后安装，堵头模板的型式同边顶拱堵头模板的型式。

3.2.6 预埋件安装。

（1）结构缝设置铜止水片和闭孔泡模板，施工缝安装遇水膨胀型橡胶止水条。水平施工缝内设置遇水膨胀型橡胶止水条与环向施工缝和结构缝内的遇水膨胀型橡胶止水条、铜止水片连接，形成整体止水结构。

（2）按照设计图纸位置埋设Φ50PVC回填、固结灌浆导向管。

（3）待仓号内具备条件后通知相应标段进行相关观测仪器的埋设工作。

（4）按照设计图纸在底拱混凝土内埋设185mm2接地铜绞线和50mm×5mm接地扁钢。

3.2.7 混凝土浇筑。

（1）混凝土运输及入仓。每个仓号采用4台8m3混凝土搅拌运输车水平运输，采用1台HBT60A型混凝土泵泵送入仓。边顶拱混凝土入仓时，按照规范严格控制下料高度，防止混凝土分离，浇筑中仓号内薄层平铺，均匀下料，左右两侧对称上升，高差不大于50cm，防止模板整体变形。底拱混凝土入仓时，先从一侧入仓，待底拱中心部位浇满后，然后左右两侧对称上升，高差不大于50cm。

（2）混凝土振捣。为减少混凝土浇筑过程中出现表面气泡，混凝土铺料层厚及振捣厚度不大于50cm，以防止气泡排除困难。浇筑时作业人员入仓进行振捣，避免出现过振和漏振现象。边顶拱浇筑时采用4台Φ50振捣棒和12台2.2kW平板振捣器振捣；底拱混凝土浇筑时采用2台Φ50、2台Φ70振捣棒和8台2.2kW平板振捣器振捣。

（3）顶拱浇筑处理。为确保顶拱混凝土浇筑密实，减少后期回填灌浆量，增加顶拱混凝土与围岩的凝聚力，有利于边顶拱混凝土的稳定性，封拱时顶拱混凝土采用一级配混凝土，混凝土泵管从顶拱进料口接入仓内，按照仓号浇筑方量和现场实际情况观测浇满时，加大混凝土泵的压力将顶拱剩余空间填满。

（4）边拱水平施工缝浇筑处理。在底拱混凝土浇筑至水平缝位置时，下料从上游向下游方向进行，待如图1中I部位浇筑后II、III部位采用12～14cm坍落度的一级配混凝土，人工加强振捣，使水平施工缝部位进料饱满，翻板部位浇满，高出水施工平缝25cm，形成“小牛腿”如图1大样图中III。待“小牛腿”混凝土达到初凝时适当时间采用人工进行凿除，并抹面、压光。

3.2.8 拆模。边顶拱混凝土拆模必须在混凝土浇筑完成后等强36h以上，将钢模台车移至下一仓号，边拱水平缝底模在混凝土达到7d强度时在进行拆除。底拱混凝土拆模在混凝土浇筑完成后等强24h以上，将针梁底模台车移至下一仓号。

4 结语

尾水主洞采用先边顶拱混凝土后底拱混凝土的衬砌施工方案，符合尾水主洞的开挖方法和工程地质条件的需要，可为类似和相似工程提供参考。水平施工缝采用“Z”字形结构，水平施工缝中间部位安装橡胶止水条与环向施工缝的止水形成闭环，并采用翻板浇筑“小牛腿”，在初凝时凿除抹平的方法，现场应用效果较好，水平施工缝浇筑饱满。通过预埋的4支测缝计的监测资料显示，截止目前水平施工缝开合度较小，水平施工缝设置与浇筑方案可行，达到了预期的目的。

参考文献

[1]刘松涛，林毅，熊道品.向家坝水电站尾水隧洞大跨度无拱座挂顶混凝土衬砌施工[J].四川水力发电，2011，（3）：34-36.

[2]王来所.变顶拱尾水隧洞混凝土先拱后墙法方案论证[J].水利水电施工，2009，（5）：45-49.

作者简介：王光亮（1959—），男，辽宁丹东人，中国水利水电第六工程局有限公司工程师，研究方向：水利水电施工技术与管理。