沙沱电站通航建筑物本体段土建快速施工实例

吴西家 陈雄

【摘 要】沙沱水电站建设是乌江流域梯级电站开发的圆梦工程，电站的通航建筑物施工开工时间比流域上下游其它电站都来得迟。为了按期实现整个流域的全面通航，实现乌江流域“三年水运大会战”目标，需加快施工进度赶上“会战”要求。通航建筑物作为电站结构的一部分，尤其是建筑物中的主体工程本体段具有结构复杂、工作面狭窄、起重吊装垂直设备布置难度大、工期紧、需攻关的课题多等特点。根据本人自始至终在沙沱水电站通航建筑物负责现场施工管理的实际经验，总结了本体段施工过程中的关键要素，供类似工程施工参考与借鉴。

【关键词】沙沱电站 通航建筑物 本体段 快速施工

1 基本概况

沙沱水电站通航建筑物按四级航道设计，过坝船舶吨位500t级，年过坝能力为330万吨，由上游引航道、过坝渠道、上闸首、本体段、下闸首、下游引航道及靠船墩等组成，采用垂直升船机型式，布置于溢流坝段的右侧。

本体段平面尺寸为83.5×40.0×106.1m，建基面最低高程为270.5m，升船机机电安装平台板梁顶面高程为376.60m，混凝土总方量达11万方。本体段上游端为厚度5.0m的混凝土墙与13右坝段衔接，墙内布置有楼梯井、风道和交通廊道。高程281～316.5m间布置7层交通廊道，高程316.5～376.6m布置11层交通廊道，376.6m高程设置一层楼板，下方为70×40cm混凝土梁。高程376.60～398.0m为起重吊车排架及顶棚。本体段左右两侧为双墙体结构，内、外墙体之间通过1.2m厚墩墙相连，高程316.5m以下外侧墙体厚4.8m、内侧墙体厚2.0m，高程316.5m以上外侧墙体厚1.5m、内侧墙体厚1.2m，根据升船机的运行特点设计有若干竖井。高度方向上高程316.5m以下每6m设一层宽度2.0m的检修平台，高程316.5m以上每6m设一层宽度5.3m的检修平台；每一层检修平台通过预留在隔墙上廊道相通，并最终通向两端的楼梯井，形成墙体内的上下及水平交通。在施工中左右两边墙各分3仓号进行浇筑，分别为左1、2、3号仓，右1、2、3号仓。

2 施工进度要求

在乌江流域梯级电站建设过程中，前期为了达到电站下闸蓄水发电要求，将通航建筑物放在后期建设。根据乌江流域“三年水运大会战”要求：2016年底实现整个流域的全面通航，工期目标十分紧张。而通航建筑物尤其是本体段施工普遍都具有难度大、工期紧、攻关课题多等与水电站其他建筑物不同的特点，要达到这个要求，在过程中需优化施工方案，采取各项快速施工措施与方法，这不仅需要的是建设者们的不懈努力，更需要的是建设者们的智慧。根据这个要求，在施工过程中打破常规，在施工的各个环节上采取一系列措施，细化方案，合理安排，下大力度加强施工人员组织，增加设备、材料投入等，确保通航目标的实现。

3 优化方案及采取快速施工措施

3.1 施工水、电、交通通道及垂直吊装设备的布置

一项工程在施工前期都要进行充分的施工准备，水、电、施工通道及垂直吊装设备的施工准备是本体段施工正常进行的保障，有些工程施工准备简单方便，而本体段工作面孤立，高度落差128.5m，基础面左侧与山体边坡连接，右侧距离泄洪消力池右导墙仅有5.1m，上下长度约106m，整个工作面集中在一个长方形的槽形体内，增加了现场施工的水、电、交通通道及垂直吊装设备布置的难度。为了方便施工，保证施工形成连续性，杜绝重复施工、返工等状况的发生，最大限度地降低施工难度，采取了一系列优化方案，解决不同施工时段、不同高程水、电、交通通道及垂直吊装设备布置的问题。

（1）水电布置：自主水源接供水管、主变压器引供电线路由已建好的溢流坝段的右侧13#坝段坝顶左右两边向本体段左右边墙两侧供应。水电布置分四次进行：低高程左边布置在山坡310m高程马道中部，右边布置在本体段右边墙与泄洪消力池右导墙间287m高程底板中部，供316m高程以下施工使用，左右边墙分开使用。主电源由布置在坝项的主供变压器供电，主供水源由坝顶牵引，避免随着高度上升而带来改主供水管的工程量。中部施工分两次，一次左侧布置在山坡325m高程马道上，右侧布置在316m高程的泄洪消力池右导墙顶部，另一次布置在过坝渠道350.5m高程底板上，高高程布在坝顶376.6m高程上。（2）交通通道布置：交通通道分为运输道路和人员上、下仓面通道。因工作面高程落差大，在低高程运输道路自下游经沙沱大桥沿着河道左岸边填路到296m高程至四期围堰直到本体段底板；中部自下游经沙沱大桥在340m马道修路至本体段左侧山坡边，此处布置有一台C7050塔机；高高程自坝顶公路到过坝渠道左边376.6m高程。人员通道主要是通过安装架设垂直旋转楼梯形成，同样地按高程分三次布置：低高程自底板安装旋转楼梯到施工仓面，中部自过坝渠道低板向下安装旋转爬梯至仓面，顶高程自过坝渠道坝顶向下安装旋转楼梯至仓面。（3）塔机设备布置：根据实际地形条件，为了既能保证塔机设备能够覆盖整个所有工作面，满足上、下高度落差要求，又能保证在狭小的工作面内塔机设备能独立作业，互不干扰。要达到这样要求，就需要对设备选型、布置位置及使用时的顶升高度做出最优的方案。当然，因场地受限等原因，在布置上需综合考虑其安装通道与安装场地问题，所付出的代价较高。在本体段施工中，选择了两台C7050塔机和一台附着式C7035塔机作为垂直吊装设备。三台设备在使用中为了满足提升入仓皮带机系统需要，保证方便施工且互不干扰，应分时段进行顶升，塔机顶升高度及其性能如表1。需特别说明的是2# C7050塔机基础是在右岸310m高程马道往高高程方向沿边坡浇筑混凝土基础墩至335m高程，形成塔机基础，其施工难度、投入较大；附着式C7035塔机随着边墙上升分三次附着顶升，满足吊装需要。这样解决了整个本体段施工垂直吊装手段问题。塔机布置如图1。

3.2 混凝土入仓工法

本体段施工布置有三台塔机设备，这些垂直吊装手段起重量有限，且在混凝土仓号备仓过程中不断地在吊装模板，吊运钢筋等材料，仅仅只能满足备仓需要，没有更多的时间作为混凝土入仓的手段。要解决混凝土入仓，需在其它入仓手段上优化施工方案。利用施工现场地势高低落差可采用挖掘机直接入仓、入仓溜管系统及入仓皮带机及皮带机上仓内分料行走小车系统，可实现所有混凝土的入仓，把有限的垂直吊装手段充分解放出来（入仓系统见图2）。

（1）左边墙316.5m高程以下入仓系统布置。在287m高程以下，利用本体段281m高程底板及287m高程右边墙与泄洪消力池右导墙之间底板，采用填渣修路的方式，混凝土运输车直接运输至仓号外侧，通过仓内搭设溜槽或通过长臂挖掘机可实现入仓；287～316.5m高程混凝土入仓系统分两次布置皮带机入仓系统解决入仓手段问题。第一次在13#坝段过坝渠道顶部安设集料斗，集料斗出口与∮377溜管相接，通过溜管引料至皮带机机尾处集料斗，皮带机上带行走分料小车，分料小车两侧出口联接多节单根为1m长的溜筒，利用溜筒的可拖动性实现小车两侧分别向外侧墙体和内侧墙体下料。在本体段上游侧，即皮带机机尾部分，因分料小车无法行走到位，存在皮带机入仓盲区，对该部位的入仓采用由坝顶再安设一条入仓溜管，溜管出口处同样联接多节单根为1 m长的溜筒，利用溜筒的可拖动性实现盲区部位的入仓。由于本体段316.5 m高程上下结构不同，在316.5m高程以下的仓号外侧墙体厚4.8m、内侧墙体厚2m，每6m设一层宽度为2m的检修平台，这样的结构只须将入仓皮带机立柱中心布置在外侧墙体和内侧墙体间空腔中心，就能把混凝土输送至内外仓内，立柱无须浇筑埋到仓号内。结合皮带机安装的稳定性，立柱安装高度应控制在18m以下，安装一次能浇筑5仓15m（每仓根据模板高度为3m）。因而第一次皮带机系统安装到305m高程，第二次经对原立柱加固后加高立柱14m将皮带机提升安装至319m高程，实现316.5m高程以下的入仓。（2）右边墙316.5m高程以下入仓系统布置。右边墙在287m高程以下，采用左边墙同样的方法实现入仓，287m～316.5m高程以下混凝土入仓利用右岸山体边坡地势高低落差采用溜管系统。在右岸340m高程道路边坡上安装集料斗，集料斗出口与∮377溜管相接，在溜管出口处设立柱，在立柱上安装旋转溜槽向边墙内外侧仓内下料。由于每个仓号长度为20～22m，要保证旋转溜槽能全面覆盖所有工作面，采取多点下料布置的方式，即每个仓内按四等分的原则安装3趟相同的溜管系统，总共9趟，仓内辅助搭设溜槽架铺设溜槽实现无盲区入仓。根据实际地形，自340m高程下料引料到316.5m高程，溜管倾斜度大于32.5°以上，满足了二级配混凝土正常溜动不堵料。（3）左右边墙316.5m高程以上入仓系统布置。用左边墙287～316.5m高程入仓皮带机系统布置的同样方法布置左右边墙316.5m高程以上入仓系统，过程中需对∮377主溜管进行不断改造提升，以满足向皮带机机尾集料斗喂料需要。由于316.5m高程以上的仓号外侧墙体厚1.8m、内侧墙体厚1.2m，每6m设一层宽度为5.3m的检修平台。皮带机分料小车在下料时，需满足混凝土输送至内、外侧薄墙体仓号内，故入仓皮带机立柱需布置在整个边墙中心，穿过5.3m的平台。根据实际情况，因立柱在浇筑过程中每6m有一段埋至平台混凝土内，随着边墙上升，其稳定性能满足需要，只需在初期安装时对立柱根部进行加固加撑，就能将立柱安装控制在22.5m高度，达到安装一次能浇筑7仓的要求。因而皮带机系统第一次安装至339m高程，第二次提升至361.5m高程，最后一次提升至378.5m高程，以满足浇筑到376.6m楼板高程的需要。为了大大提高入仓效率，左右两边墙入仓皮带机系统具有各自独立的集料斗、溜管及皮带机系统，两套系统间互为干扰。

3.3 其它快速施工措施及优化方案

（1）增加设备投入。增加设备除了上述的入仓皮带机系统、溜管系统投入外，在混凝土拌制上增加了备用拌合楼，以保证混凝土源头上的连续，配齐配够混凝土水平运输设备，保证运输强度。（2）增加材料投入。因本体段结构复杂，在施工中316.5m高程以上5.3m的检修平台需搭设模板支撑钢管脚手架，平台混凝土浇筑完成后，待混凝强度达到规定值后方可拆除钢管脚手架和木模板材料，并将其移至上层重新搭设使用。为了加快施工进度，由原计划投入三层的钢管、木模板材料增加投入了六层，这有利于施工人员在仓面上搭设脚手架、立模同时，下层拆除脚手架、模板，这样大大提高了施工效率；增加钢模板投入，每块墙体投入2层翻转钢模板（3*3m），保证连续施工；增加木模板投入，将墙体内侧面的所有空洞、竖井、隔墙、检修平台、电梯井、楼梯井全部改用为木模板，减少了使用定型模板占用塔机吊装时间，为周边钢模板吊装及仓面内材料吊运节约了大量时间，同时有利于实现多工作面同步作业，大大缩短了备仓周期；在376.6m高程板梁结构施工中，采用贝雷梁作为模板支撑，方便立模，工序简捷，降低施工难度。（3）增加人员投入。把施工一线人员配齐、配全、配够、配强，增加模板工、钢筋工、混凝土工等几类主要工种的熟练人员，在施工工序衔接及工效提高上制定严密的制度，确实地发挥施工人员的主动性、积极性和创造性。（4）优化施工措施。对不影响直线工期的部位，原则上采取协调的方式同步施工，对直接占用直线工期的部位，进一步优化施工方案，在保证施工质量安全的前提下，促进工程进度的按期完成。

在优化措施上除了上述的合理规划、合理增加材料、设备投入外，值得一提的是采取了以下两个结构优化措施：一是在边墙316.5m高程以上取消了后浇带，取而代之的是台阶式分仓接头，这样施工难度降低，施工质量也得到保证，大大提高了施工速度。二是在底温季节施工时，由于温度控制方便实施，边墙由分3仓改为分2仓施工，这样更加有利于入仓皮带机浇筑效率，减少了备仓工序，缩短了备仓时间，大大提高了施工效率。

4 质量保证措施

（1）混凝土温控措施主要采用保温、洒水养护、麻袋养护、通水冷却、喷雾降温等方法；（2）原材料在使用前应通过实验检验其各项技术指标，符合要求后方可投入使用；（3）严格按施工图纸、设计规范进行施工，严格控制工序质量；（4）皮带机入仓时，不可避免会带来混凝土水分损失、外来水分侵入、骨料分离等情况发生。为了降低使用皮带机入仓而带来的质量影响，对皮带机入仓系统提出了高标准的要求：首先对皮带机的运行稳定性进行控制，做到勤保养、勤清理、勤更换刮刀片，减少皮带机漏桨漏料，保证入仓强度；其次在皮带机机头下料处加设三把以上“刮刀”（刀片用聚胺脂制作），将粘附在皮带上细料刮干净，减少骨实损失；第三将皮带机全程搭设遮阳棚防止阳光直接照射混凝土时间过长，减少水分损失；再是对溜管下料口处安设缓冲节，选择转速小于2.5m/s皮带机电机，仓内分料小车与仓面下料点之间采用皮溜筒下料，并保证溜筒出口与受料点之间距离小于1.5m，能较好地减少骨料的分离程度。实践施工经验证明：通过严格、有效的过程控制，施工质量能够完好地控制在规范允许的范围内。

5 结语

在通航建筑物施工期，电站已下闸蓄水，上、下游河道已过水，其主体工程本体段成了一个孤立的工作面，具有结构复杂、工作面受限狭小、起重吊装垂直设备布置难度大、工期紧等特点，而在沙沱电站更具有其特殊性。根据乌江流域“三年水运大会战”要求，为了按期实现整个流域的全面通航，须下大力度加快沙沱电站的通航建筑物本体段建设。过程中，从全面的施工准备开始，进行反复的论证和精细求精的计划，细化布置和安排了相关设施，优化了相关方案及局部结构，加大了相关资源的投入，采取了一系列加快施工措施，确保了“会战”目标圆满完成。