某水电站引水上平洞混凝土施工技术的应用

陈 恩 平

(中国电建集团海外投资有限公司， 北京 100048)

0 前 言

混凝土隧洞衬砌技术是国内水电工程施工中的先进技术，是水电工程中必不可少的施工环节。隧洞的衬砌施工必须综合考虑各种条件，保证混凝土衬砌有足够的强度和稳定性，确保长期安全使用。本文结合工程实例，进一步探讨混凝土衬砌施工技术，以期为同类工程提供参考。

1 工程概况

科卡科多-辛克雷水电站(简称CCS水电站)位于南美洲国家厄瓜多尔境内的科卡河流域，距离首都基多市约130 km。CCS水电站为引水式电站，设计8台机组，总装机容量1 500 MW，工程建成后，发电量可以满足厄瓜多尔75%地区的用电需求。2条引水上平洞上游侧通过渐变段接进水口，下游侧接引水竖井，洞长各约730 m，开挖断面为马蹄形，坡比为6%，隧洞混凝土衬砌厚度45 cm，衬后为圆形断面，直径5.8 m。根据设计要求，在引水洞全长范围进行钢筋混凝土衬砌，并引进国内先进的钢模台车衬砌技术。

2 混凝土施工布置

2.1 施工通道规划

根据引水上平洞及其施工支洞的布置特点，其混凝土浇筑主要利用上平洞本身及其施工支洞作为施工通道。由于引水上平洞工程量相对较小，工期未处在关键线路上，根据施工计划，待两条引水洞全部开挖完成后再进行混凝土浇筑，避免了开挖和混凝土交叉施工，更有利于混凝土施工的顺利进行和混凝土施工质量的保证。

根据混凝土浇筑程序安排施工，合理规划施工通道。首先，在两条引水洞的尾部开挖一条连通洞，通过1号上平洞利用连通洞到达2号上平洞下游工作面。利用原施工支洞将两条引水洞头部相连通，直接用2号上平洞上游工作面作为施工通道。先进行2号上平洞混凝土施工，待2号上平洞混凝土施工完成后再利用其作为施工通道进行1号上平洞混凝土施工。

2.2 施工风、水、电布置

施工用风主要是架立筋及插筋等造孔施工及清扫仓面用风，由洞口空压机供给，供风管路沿引水洞洞壁布置。

施工用水主要集中在底板冲洗、岩面清洗及混凝土养护等施工用水，利用开挖期间供水系统供给。底板冲洗用水利用增压泵增压以满足冲洗压力要求。

施工用电主要利用开挖施工期间布置的柴油发电机等供电设施直接供给。

2.3 通 讯

在洞口设置1部固定电话机，用于施工现场与外部的通讯联络，手机信号较好，可直接用于联系，混凝土浇筑施工现场、拌合楼之间采用对讲机联络。

2.4 施工排水

仓位冲洗等施工废水利用仓面低洼处集水，潜水泵抽排，混凝土养护等施工用水利用黏土编织袋等挡水，避免养护用水流入浇筑仓面，多余的养护用水利用潜水泵抽排。

2.5 混凝土供应

混凝土由布置于引水上平洞附近的集中拌和站供应。

2.6 钢筋厂及材料堆放场

钢筋加工厂布置在引水上平洞营地，距工作面约2 km，钢筋及加工成品材料均堆放在该加工厂内，模板、止水、拉筋等材料也堆放在钢筋加工厂内。

2.7 模板组装及拆除场地

1、2号钢模台车分别在2号引水洞上、下游工作面进行组装，钢模台车安装前，底部铺设级配碎石，铺垫厚度与底拱混凝土轨道安装高程一致，碎石顶部铺设枕木，安装台车轨道，待安装完成后行走至底拱混凝土上。2号引水洞混凝土浇筑完成后，1号钢模台车通过导轨滑至1号上平洞上游面，下游侧连通洞与上平洞呈90°交角，由于转弯半径不够，2号钢模台车需拆除后，将散件移至1号上平洞下游面重新组装。1号上平洞混凝土浇筑完成后，将两台钢模台车滑至进口渐变段位置拆除，钢模台车安装及拆除位置事先均设置吊点，方便施工。

3 混凝土施工程序安排原则

(1)底拱混凝土超前于边顶混凝土施工，超前长度充分考虑材料运输通道的方便快捷。

(2)在支洞与主洞相交位置，钢模台车配合堵头模板，完成预留孔洞以外的顶拱混凝土浇筑，预留孔洞位置预留钢筋接头，预留孔洞的封堵根据施工通道规划适时封堵。

4 混凝土主要施工技术方案

4.1 浇筑分层

结构混凝土分底拱110°和边顶250°两次浇筑完成。

4.2 模板及支撑方案

底板结构线以外的混凝土不立模板，底拱混凝土采用翻模施工工艺，中部33°范围内不立模，两侧各38.5°范围内选用P3015钢模立模，环向采用Φ48钢管做围令，纵向采用Φ48钢管做背管，Φ12拉筋配合槽钢U型扣加固。边顶250°范围内采用钢模台车浇筑。堵头模板采用木模立模，过钢筋部位开孔，拉筋加固。

4.3 浇筑分块

两条引水洞均为直线段，按9 m分块浇筑。

4.4 钢筋材料运输、安装

钢筋材料采用9 m载重汽车运至洞内，人工转运，边顶钢筋采用人工配合钢筋台车安装。

4.5 钢筋连接方案

环向受力钢筋主要采用滚轧直螺纹接头，套筒连接，每环主筋最后一个接头采用绑扎搭接，纵向钢筋根据当地规范采用绑扎搭接，可以加快施工速度。

4.6 混凝土运输及入仓

混凝土采用6 m3搅拌车运输，底板垫层混凝土采用拖泵入仓，底拱混凝土采用拖泵配合溜槽入仓，边顶混凝土采用拖泵配合溜槽或溜桶入仓。

4.7 灌浆管埋设

回填及固结灌浆管在混凝土浇筑前预埋。

4.8 缝面处理

环向施工缝设计为铜止水，纵向施工缝根据监理要求均安装橡胶止水带。

4.9 台车抗上浮措施

钢模台车顶拱预留有三个冲天孔，利用中部的冲天孔配合丝杆限制台车上浮，丝杆一端支撑在台车横梁上，另一段支撑于基岩面，混凝土浇筑至顶拱前拆除丝杆。

4.10 新老混凝土搭接部位处理措施

引水洞新老混凝土搭接部位是指底拱与边顶新老混凝土搭接及长度方向上相邻两仓的新老混凝土的搭接。

为了确保新老混凝土搭接质量，在钢模台车设计时，与底拱相接部位设置了10 cm的“软搭接”模板，钢模台车就位后，“软搭接”模板先贴一条双面胶带，再利用钢楔楔紧，使“软搭接”模板紧贴老混凝土面。对于底拱与边顶新老混凝土，在浇筑底拱混凝土时，上口利用拉筋加固，限制模板外倾，同时利用Φ48钢管将弧形背管连接成整体，并利用短钢管支撑在岩面上，防止模板上口内倾，双重加固措施确保上口平齐。应严格控制底拱混凝土的收仓高度，不得高于110°，适当低2～3 cm，确保新老混凝土搭接位于“软搭接” 范围内。模板拆除后，测量配合拉线检查上口平整度，及时利用角磨机打磨平齐。

5 混凝土主要施工工艺

5.1 施工工艺流程(见图1、2)5.2 施工工艺措施

(1)基岩面清理及基础验收。建基面一般不允许存在欠挖，若欠挖部位确实处理困难，需经监理工程师批准后方可保留局部欠挖，但欠挖凸出高度不得超过5 cm，局部欠挖面积不允许超过1 m2。欠挖处理过程中，必须遵照有关爆破操作规程，严格控制单响药量。底板首先采用反铲进行初清，经测量检查全断面无欠挖后，人工进行细部清理，清除浮渣、岩石缝隙的石渣等，并采用高压风冲基岩面，软弱夹层等不良地质按监理工程师要求处理，做到无浮渣、无松动石块、无积水。自检合格后报监理工程师组织基础验收。对于边顶已施工喷混凝土部位，采用高压水冲洗即可。

图1 底拱混凝土施工工艺流程

图2 边顶拱混凝土浇筑施工工艺流程

(2)测量放线。基础验收合格后，进行测量放线检查规格，将混凝土浇筑控制点线测放在明显位置，并在方便测量的部位给出高程点、特征桩号线、轮廓线、高程线、分缝线等，确定钢筋绑扎和立模边线，并作好标记，焊钢筋架立筋。立模完毕校模，提交相关测量数据和资料供验收。

(3)锚杆(锚筋)施工。在引水洞底拱洞壁设置插筋，作为架立筋，插筋参数如下：Φ25、入岩0.3 m，间排距2.2 m×1.5 m。采用手风钻造孔，孔内灌注水泥净浆，水泥浆液凝固前不得敲击、碰撞。

(4)钢筋制安。引水洞钢筋下料前先根据设计图纸及其相关技术规范要求出据下料单并进行审核，合格后交由钢筋加工厂统一加工制作。加工后的每一型号、规格的钢筋分类堆存并挂牌明示，滚轧车丝采用塑料保护套防护，环向受力钢筋采用正反丝牙。边顶钢筋利用钢筋台车配合安装，环向受力筋接头避免布置在拱顶处。

(5)轨道螺栓埋设。钢模台车轨道预埋螺栓必须按照设计图纸准确定位，纵向间距1.0 m，由测量放线控制，安装精度满足使用要求，焊接牢固，防止在混凝土浇筑过程中变位。浇筑混凝土前，须将拉紧螺母安装在螺杆上，以保护螺杆，收仓后取出螺母，用编织袋等材料保护螺杆。为便于收仓后取出螺母，安装螺母时，采用塑料袋、彩条布等包裹螺母，必要时在彩条布与螺母之间涂抹黄油，注意黄油不得污染混凝土面。

(6)抹面样架筋。底拱混凝土应设置抹面样架钢筋，钢筋直径12 mm，弧度与隧洞保持一致，并焊接牢固，间距1.5 m。

(7)止水安装。止水设施的型式、尺寸、埋设位置和材料的品种规格符合施工图纸要求，止水安装严格按设计图纸要求进行，止水带设置简易托架并利用缝面钢筋与结构钢筋紧密相连而安装稳固，严禁用铅丝和铁钉穿扎，鼻子应置于缝面中心。

(8)立模。底拱模板拼装严格按施工规范进行。底拱模板布置在抹面样架筋上，采用Φ12拉筋配合弧形围令及背管加固，经受力分析计算，拉筋间、排距1.0 m×1.5 m，与插筋根部焊接。弧形背管间距0.75 m，纵向背管环向间距1.0 m，采用槽钢加工U型扣加固。

钢模台车行走速度须按设计要求控制，钢模台车行走就位后，操控液压系统将边顶拱模板支撑到位，并利用全站仪投放控制点校模、定位。每次浇筑前进行除锈清理，并刷一层脱模剂。模板安装就位后，由测量队负责测量校模，报送校模资料，申请仓位验收。

(9)灌浆管安装。灌浆管充分考虑回填灌浆与固结灌浆结合，尽可能利用回填灌浆管进行固结灌浆，灌浆管要做出标识，便于后期灌浆造孔施工定位。

(10)仓位验收。施工人员、机具等一切就绪，履行内部“三检”程序后，申请开仓验收。

(11)混凝土运输。混凝土选用6 m3混凝土搅拌车运输，运输路面应经常修整以保持平整，机口坍落度及坍落度损失满足要求。

(12)混凝土入仓及振捣。仓面验收合格后，方可进行混凝土浇筑，在浇筑第一层混凝土前，均匀铺设一层2～3 cm厚同标号水泥砂浆。引水洞底拱和边顶拱浇筑混凝土均采取泵送入仓，仓内采用溜槽和溜筒进行分料，人工平仓。多数边顶混凝土采用退管法入仓，个别超挖大的仓位采用冲天管法入仓。振捣器以手提式软轴振捣器为主，混凝土应随浇随平仓，不得堆积，采用振捣器平仓时，不能以平仓代替振捣。边顶拱混凝土浇筑时，除人工在仓内振捣外，在台车顶拱部位用附着式振捣器辅助振捣。

混凝土在仓内下落垂直高度应控制在1.5 m以内，两侧边墙下料高差控制在50 cm内。合理控制浇筑上升速度，避免上升速度过快导致模板变形。

(13)底拱混凝土翻模施工工艺。底拱混凝土自底部向两侧浇筑，中间部位振捣器振捣密实后，刮板大面收平，人工抹面压光。两侧模板根据混凝土浇筑速度及混凝土强度，一边浇筑一边拆除，模板拆除自底部向上部拆除，模板拆除后，割除拉筋(以拉筋头不外露为宜)，拆除相应部位的抹面样架筋后，人工收光。底拱混凝土应在初凝以前完成收光工序。在收面过程中和混凝土初凝后，12 h内混凝土表面不得有外来水进入仓面。

(14)边顶脱模。脱模时间根据洞内气温、混凝土凝结时间等因素确定，浇完混凝土的拆模时间以不损坏混凝土表面轮廓为限度，一般在收仓后12～16 h脱模。

(15)缝面处理。钢模台车脱模后、台车行走前，利用钢模台车平台对环向施工缝进行人工凿毛处理。底拱混凝土110°两侧边口采用小型切割机和角磨机进行削切、打磨，确保边口平齐、顺直，利于钢模台车紧贴老混凝土面。凿毛及削切后用压力水冲洗干净，保持清洁、湿润。凿毛时间应根据试验及具体情况确定，一般在混凝土终凝后即可进行。对结构缝及伸缩缝按设计和规范要求进行处理。

(16)养护。混凝土浇筑结束后12～18 h，洒水养护混凝土面。拆模后铺麻袋专人洒水养护。

(17)缺陷修补。拆模后若发现混凝土有缺陷，提出处理意见，征得监理工程师同意后才能进行修补。对不同的混凝土缺陷，按监理工程师批准的相应方法进行处理，直至满足设计和规范要求。

(18)灌浆。引水洞回填灌浆孔布设在顶拱120°范围内，二、三孔交错布置，排距2 m、入岩0.1 m。固结灌浆孔，间排距3 m，前后排交错布置，入岩8 m。灌浆时，按先回填灌浆、后固结灌浆的顺序进行，回填灌浆在衬砌混凝土达70%设计强度后进行，固结灌浆在该部位回填灌浆结束7 d后进行。

6 施工资源配置计划

每班计划投入的设备、人员数量见表1、2。

表1 拟投入设备计划

表2 拟投入人员计划

根据施工需要，制定并加强质量管理办法及安全技术措施的执行力度，按当地政府环保要求，加强文明施工与环境保护措施的执行力度，确保现场施工顺利进行。

7 结 语

CCS水电站作为中国电建在南美地区承建的首个集设计、采购、施工于一体的EPC交钥匙工程，在严格执行当地采用的美国规范过程中，积极引进国内先进的施工技术，通过与业主、监理咨询充分沟通，增进理解，取得共识，为工程顺利实施提供了重要保障并取得了可观的经济效益，同时为中国先进的施工技术走向国际进行了有效的探索。