小湾水电站尾水隧洞出口渐变段衬砌工艺特点

李军强

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明650041）

1 工程概述

小湾水电站尾水隧洞洞径及长度在国内均属较大规模，引水发电系统尾水部分由尾水支洞、机组尾水检修闸门室、圆筒阻抗式调压室、尾水隧洞和尾水出口等建筑物组成［1－4］。装机容量4 200MW，尾水隧洞出口渐变段分为两类：第一类在检修闸门井前由圆形 （Φ18m）变为方形 （18m×18m）；第二类在检修闸门井后由方形 （18m×18m）渐变为城门洞型 （18m×18m ［R＝10.392m，θ＝120°］）。上游接尾水隧洞 （圆形断面），下游为尾水出口段 （城门洞形），中间由检修闸门井相连。闸前渐变段开挖高度为19.15～23.00m，开挖宽度为19.15～21.20m，平顶部位开挖起拱高度2.0m；闸后渐变段开挖高度为23.00～21.15m，开挖宽度21.20m，平顶部位开挖起拱高度1.5m。

尾水隧洞出口检修井闸前渐变段衬砌型式厚度为1.3～3.3m；闸后渐变段衬砌厚度为1.5～3.0m；尾水隧洞衬砌后断面：高度18.0m，宽度18m。衬砌混凝土强度等级为C20；主筋为Ф32mm螺纹钢，分布筋为Ф16mm螺纹钢。

施工缝的设置：尾水隧洞出口闸门井前渐变段分为底板层、边顶拱两层；尾水隧洞出口闸门井后渐变段分底板、边墙、边顶拱3层施工；为减小顶拱混凝土单仓自重、减小拱架尺寸，将边顶拱层分为两层浇筑。

2 施工分层、分块及程序安排

2.1 分层分块方案

1）尾水隧洞出口闸前渐变段长度为20m，分为两块进行施工，每块长度为10m，每块分为3层进行浇筑，底板、边顶拱、顶拱回填。

第一层为底板层 （底板及其以上边墙0.20m），高度2.2m。底板层整块浇筑，长度25.43m。

第二、三层为边墙层，分层高度分别为4.7m和4.6m，二、三层顶面为水平面。第二、三层均不分块，单块浇筑，长度25.43m。

2）尾水隧洞出口闸后渐变段混凝土分为两块、五层浇筑

第一层为底板层 （底板及其以上边墙0.20m），高度2.2m。底板层整块浇筑，长度25.43m。

第二、三层为边墙层，分层高度分别为4.7m和4.6m，二、三层顶面为水平面。第二、三层均不分块，单块浇筑，长度25.43m。

第四层为顶拱层，高度1.8～2.0m，该层分两块浇筑，第一块，长13.0m，尾支0－011.500～0＋001.500m，第二块长12.43m。

第五层为顶拱起拱部分2次浇筑，高度1.8～2.0m，长度13.0m。

2.2 模板方案

尾水隧洞底板为普通钢木组合模板，边墙采用北新钢模，内置拉筋及对撑支撑方案。顶拱模板用木模拼装，上面钉竹胶板，满堂脚手架结合木拱架支撑体系。

2.3 总体施工程序

底板混凝土施工→边墙混凝土施工→第一块顶拱混凝土一次浇筑→第一块顶拱混凝土起拱部分二次浇筑→第二块顶拱混凝土浇筑。

3 施工工艺措施

3.1 垫层、底板混凝土施工

3.1.1 施工工艺流程

3.1.2 主要施工工艺措施

岩面清理：首先用反铲将底板大块石渣清走，然后人工配合反铲对岩面进行仔细清理，至无大块石渣及局部聚集碎渣及石粉为止。

测量放线：用全站仪放出结构体形线及体形控制、校核点。

预埋管安装：严格按设计图纸及设计要求埋设排水管，并进行接头的密闭性实验。

钢筋绑扎：依据结构钢筋控制点拉施工线控制结构钢筋绑扎高程。为保证砼的钢筋保护层厚度，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。

接地体、止水安装：接地体沿衬砌砼内层结构钢筋敷设，每隔10m与结构钢筋牢固焊接，接地体过缝处设置过缝钢管，施工缝处接地体露出砼不短于1.0m。结构缝安装两道止水：内层为复合紫铜片止水带 （迎水面），外层为橡胶止水带 （背水面）；施工缝设一道橡胶止水。止水在钢筋绑扎完后进行安装。

预埋灌浆管安装：由于该段钢筋较密，为避免后期造灌浆孔时损坏结构钢筋，采用预埋灌浆管导向钻孔。

模板安装：堵头模用钢木模拼装而成，内置拉筋结合外撑加固模板。

抹面轨道设置：为保证底板抹面平整度要求，在底板设置刮轨对砼面进行找平。

清仓、验收：用高压水对仓面进行清洗，待仓面冲洗干净后，请现场监理工程师验收，并签发开仓证。

砼入仓、振捣：采用8m3砼搅拌运输车运输，泵送入仓。砼振捣应均匀，严禁漏振过振，振捣器应快插慢拔，振捣时间以砼骨料不再显著下沉，并开始泛浆为止。预埋件周围要小心仔细振捣，保证预埋件下部的砼密实。

收仓、抹面：收仓时根据仓内剩余空间情况预估要料数量，以免浪费。首先用刮板对砼面大体找平，然后施工人员脚踏承重木板用木抹子局部收平，最后用钢抹子压光，局部缺陷用同批次砼的砂压光修复。预埋灌浆管部位采用木塞暂时堵塞，待抹平后，将木塞轻旋取出。

养护、脱模：砼收仓后将砼面用麻带覆盖。在砼浇筑结束后6～18d内对砼面喷水养护，严禁砼出现干湿交替现象，待砼达到70%强度后拆模，继续喷水养护28d。

3.2 边墙混凝土施工

边墙混凝土分两层通仓浇筑，用1.5″钢管搭设作业平台，拉模锚杆及对撑加固模板。

3.2.1 施工工艺流程

3.2.2 主要施工工艺措施

已浇底板砼面保护：当底板浇砼已达到设计强度后，在上面铺20cm厚的袋装细砂，袋装细砂上面铺50cm厚的碎石作为底板砼保护层。

作业平台搭设：尾水支洞渐变段边墙砼施工平台用1.5″钢管搭设。宽度为整个渐变段，中间预留施工通道。作业平台铺竹跳板，竹跳板用铅丝与脚手架牢固绑扎，整个作业平台用安全网包裹。

拉模锚杆施工：模板支撑由拉筋承担，拉模锚杆充分利用系统锚杆，在系统锚杆不足的情况下增设。

缝面处理：人工对施工缝面进行凿毛处理，以粗骨料半露为宜。

其它施工工艺措施同底板。

3.3 顶拱混凝土施工

为减小模板支撑体系，将第一块 （小桩号侧）顶拱砼分两层浇筑，第二块一次性浇筑。模板支撑体系为木拱架＋满堂脚手架。入仓方式：泵送。

满堂脚手架搭设：满堂架用1.5"钢管搭设，将边墙浇筑时使用的满堂架继续加高至设计施工高程。

测量放线及木拱架安装：用全站仪测出每一榀木拱架安装位置及其安装高程，木拱架安装后及时用抓钉将其与底部的枋木固定防止位移，固定之后校核其位置、高程。

模板安装：顶部模板用胶合板拼装，拼缝要严密，有错台及缝隙的地方必须进行刨平及批灰处理。

顶拱为斜坡，为减小支撑体系，将顶拱第一块砼分两层浇筑，在仓内架设悬空模板，用钢筋架支撑模板，拉筋加固，浇筑后形成台阶状分层，此项工作在内层钢筋绑扎完后施工。

堵头模板在止水安装好后即可进行，堵头模采用钢木组合模。

入仓、振捣：边墙部分砼从上游向下游分层浇筑，层厚不大于50cm，砼浇筑时两侧和上下游之间上升速度要均匀。分料时多移动下料口，使砼层厚度尽量均匀，减少用振捣器平仓，严格按设计进行收仓。

顶拱二次浇筑：边顶拱浇筑24h以后进行施工缝处理，待第一次浇筑砼强度达到70%之后进行顶拱二次浇筑施工。从上游到下游采用退管法施工，封拱时一定要保证浇满，可适当采用部分一级配砼。

其它施工工艺措施同底板。

4 安全重点防范措施

1）所有进入施工作业面的人员，必须按规定配带安全防护用品，遵章守纪，听从指挥。上部作业时不得向下抛扔物品，在高空作业时应相互照应；工作台、踏板、脚手架的承重量不得超过设计要求，并应在现场挂牌标明。混凝土浇筑前，应全面检查仓内排架、支撑、拉筋、模板及平台、溜筒等是否安全可靠；手持式电气设备的操作手柄和工作中接触的部分，有良好绝缘，使用前进行绝缘检查。

2）尾水隧洞渐变段一次性浇筑段排架稳定验算

该段混凝土最大浇筑厚度为2.90m，排架验算取最大浇筑厚度进行验算。初步确定脚手架间、排距为0.8m，层高为0.8m。其验算过程如下：

（1）立管受力计算

1）钢筋混凝土自重：

现浇C20钢筋混凝土，取容重γ＝2.47t·m－3。浇筑高度取最大值2.9m计算，0.64m2混凝土自重为：

m1＝0.8×0.8×2.9×2.47＝4.584t

2）0.64 m2面积上木拱架、脚手架及木模板自重：

m2＝97.2＋122＋25.6＝244.8kg

3）0.64 m2施工荷载：取N3＝2.0kN

则立管最大承载力为：

Nmax＝ （m1＋m2）＊g＋N3＝ （4.584＋0.2448）×10＋2.0＝50.288kN

（2）立柱稳定性计算

按最不利条件进行计算。

φ48×3.5mm钢管，断面实体面积A＝489.3mm2。

立管受压最大应力：б＝Nmax／A＝50.288×1000／489.3＝102.8MPa。

钢管长度系数：μ＝1，（按两端铰支）。

钢管长细比：λ＝μL／i＝1×80／1.58＝50.63，查表得折减系数：φ＝0.88。

则：φ ［б］＝0.88×170＝149.6MPa＞б＝102.8MPa。

故支撑架稳定。

5 结 论

小湾尾水出口渐变段混凝土衬砌厚度为1.3～3.3m，检修闸门井前后各分20m两段，每段10m。顶拱分层1.8～2.2m，因顶拱有13%的坡度，将分层线设计为台阶状，共分为5个台阶，台阶长度为2.0～3.0m，台阶高度为0.5m。待第一次浇筑混凝土强度达到70%之后进行顶拱二次浇筑施工，退管法施工，封拱时适当考虑采用一部分一级配混凝土，一定要保证浇满。满堂脚手架支撑体系间排距经过计算确定，保证施工安全。

［1］王明，张敏.小湾水电站尾水隧洞开挖支护的技术优化［J］.云南水力发电，2006，（03）：44－48＋64.

［2］高志敏，郑允锋，张广亮，等.小湾水电站1号尾水出口闸门井壁塌方原因分析［J］.云南水力发电，2007，（05）：69－72.

［3］王淑建，王振全.映秀湾水电站尾水高边坡的加固与治理［J］.四川水力发电，2010，（01）：1－2＋9＋164.

［4］刘民军，张贵祥.小湾水电站尾水调压室阻抗板混凝土施工［J］.云南水力发电，2010，（02）：73－75.