白鹤滩水电站左岸尾水连接管及扩散段混凝土衬砌施工技术

杨 帆, 张 丹 萍, 郑 勇

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鹤滩水电站左右岸对称布置地下厂房，各安装8台单机容量为100万kW的混流式水轮发电机组。左岸地下厂房采用首部式开发，引水隧洞为单机单洞、尾水两机一洞的布置形式。

左岸尾水建筑物自上游至下游依次为尾水扩散段、尾水连接管(尾水管检修闸门室布置在连接管中下游)、尾水调压室、尾水隧洞及尾水隧洞检修闸门室、尾水出口。

尾水扩散段衬砌长度为42.1 m，其上游与厂房尾水肘管相接，下游与尾水连接管相连，其高度及跨度自上游至下游逐渐变大，断面形式由圆角矩形渐变为城门洞形，最小衬砌断面为15.768 m×7.46 m(宽×高)，最大衬砌断面为14 m×18 m(宽×高)。

尾水连接管每两条以“卜”形岔管形式在尾水调压室底部交汇，合为1条尾水隧洞。为便于厂房机组及尾水管检修，在尾水连接管中下游布置了检修闸门井，尾水连接管经尾水管检修闸门井分为闸前段和闸后段，闸前段长80.35～82.9 m，标准段衬砌断面为城门洞形，断面尺寸为宽14 m×高18 m；闸后段长45.95～93.28 m，标准段衬砌断面为倒角矩形，断面尺寸为宽12 m×高18 m。在尾水连接管标准段和尾水管检修闸门井段之间设有渐变段，长度为15 m，城门洞形，衬砌断面由14 m×18 m(宽×高)渐变为12 m×18 m(宽×高)。尾水管检修闸门井与尾水连接管相贯部位以下称为尾水管检修闸门井底部流道，该段长15.1 m，闸门槽上游断面为城门洞形，衬砌后的尺寸为12 m×18 m(宽×高)，下游断面为倒角矩形，衬砌后的尺寸为12 m×18 m(宽×高)。

2 施工中的重难点问题

笔者所述的尾水连接管及扩散段按其结构形式与布置特点的不同分为尾水扩散段、尾水连接管闸前段、尾水连接管渐变段、尾水管检修闸门井底部流道、尾水连接管闸后段。在总长度仅200 m左右的水工洞室中布置了4段体型结构各不相同的洞段，给混凝土衬砌施工带来了极大的难度。经分析，所存在的主要施工重难点问题为：

(1)尾水连接管体型结构较为复杂，单条洞室不仅闸门井前后断面不一致，而且布置有转弯段。对于大型水工隧洞，通常采用钢筋钢模台车进行衬砌施工[1]，而对于断面多变的尾水连接管，若采取常规衬砌台车，为满足工程进度要求，一条隧洞需要配置2套结构形式不同的台车以满足闸前闸后两种断面的需要，致使台车投入量成倍增加、施工成本增加。

(2)尾水扩散段以及尾水连接管渐变段均为渐变体型隧洞，一般采用钢管脚手架作为承重体系，配定型钢模板进行衬砌施工，但由于洞室衬砌断面大，需要搭设的脚手架工程量大，施工进度控制难度大。

(3)尾水管检修闸门井底部流道中包含两种断面形式，设计出的模板及其支撑体系既要满足结构体型和承载能力要求，又要施工便捷、高效；此外，由于闸门井作为尾水管闸后段的必经之路，底部流道衬砌期间其下部通道必须保通，这些边界条件均给方案设计带来较大的难度。

3 关键施工技术

3.1 尾水连接管混凝土衬砌施工

(1)施工方案研究。由于左岸尾水连接管闸前段和闸后段洞室跨度、断面形式不相同并布置有转弯段(闸前段转弯半径为45 m，闸后段转弯半径为25 m)，按照常规思路，需在闸前段及闸后段各配置1套相应断面形式的衬砌台车，将造成台车投入数量较多、安拆工程量较大的情况，不仅施工成本增加，而且台车的安拆带来的安全风险也较高。

基于此，如何实现既满足施工进度，又能减少台车投入的目的即成为该部位衬砌方案的主要研究方向。工程技术人员通过对闸前闸后段的结构形式进行仔细比对分析，提出了台车共用主体结构，针对结构不同的顶拱部分采取个性化设计、模块化制作、闸前闸后替换使用的方案，有效解决了该问题。除此之外，针对断面跨度不同的问题，采用大行程油缸[2]予以解决，钢筋台车则采用顶部升降平台及侧面伸缩平台的方式以适应不同的断面跨度。针对25 m及45 m半径转弯段洞室衬砌，台车采用分节设计[3]，台车与台车之间采用螺栓连接，转弯段混凝土浇筑时通过在中间增加楔形模板构筑弯段体型[4]，在转弯段行走时将台车拆分开、每节独立行走，以保证转弯段台车的行驶空间。

(2)钢模台车混凝土衬砌施工。①～④尾水连接管为直线段，⑤⑥尾水连接管在闸门井前设有一处转弯段，转弯半径为45 m，⑦⑧尾水连接管在闸前段及闸后段各设有一处转弯段，转弯半径为45 m和25 m。综合考虑尾水连接管衬砌段长度、施工进度要求、台车转弯等因素，尾水连接管标准段按照9 m/段进行分仓，每段衬砌分两层浇筑——底板及60 cm高矮边墙为1层，边墙及顶拱为1层，按照 “先底板、再边顶拱”的浇筑顺序施工。边顶拱混凝土采用台车进行浇筑，共配置2台钢筋台车与2台钢模台车，钢筋安装超前混凝土衬砌施工。其中，①～④尾水连接管台车采用直段整体设计，配置1套钢筋台车(L=9 m)及1套钢模台车(L=9 m)，闸前段、闸后段共用；⑤～⑧尾水连接管采用分节设计，配置1套钢筋台车(L=9 m)与1套钢模台车(L=9 m)以及弯段楔形模板，闸前段、闸后段共用，能够满足弯段衬砌要求。

(3)闸后段台车改造施工。尾水连接管闸后段台车由闸前段台车改制而成，具体实施方式如下：① 钢筋台车通过顶部升降平台调整高度，侧面伸缩平台调整宽度，满足闸前段及闸后段不同断面钢筋安装的施工要求。② 钢模台车共用一套门架系统及边墙模板，闸后段钢模台车顶拱模板采用新制、再相应加高托架立柱即可。施工时，在其中一种断面的混凝土衬砌完成后，只需将顶拱模板及其支撑系统替换即可满足另一种断面衬砌施工要求。闸前段洞室跨度为14 m，闸后段为12 m，单边跨度相差1 m，采用大行程油缸，缩回时满足闸后段衬砌尺寸，伸出时可满足闸前段衬砌尺寸(图1、2)。

图1 闸前段衬砌台车

图2 闸后段衬砌台车(由闸前段改制)

3.2 尾水扩散段混凝土衬砌施工

(1)施工方案研究。尾水扩散段为复杂渐变体型，一般采用钢管脚手架作为模板承重支架，配定型钢模板进行浇筑。由于尾水扩散段体型结构复杂，洞室最大高度达18 m，采用满堂脚手架施工时，排架的最大搭设高度为16.1 m，最大搭设跨度为15.7 m，搭拆工程量大、安全风险高、施工工期长、投入成本大。

针对上述问题，采用移动式承重支架可减少排架的搭拆、缩短直线工期、降低施工成本，是最直接的改进方法。但是，尾水扩散段跨度、高度以及体型呈线性渐变的结构形式，给移动式承重支架的设计带来了较大困难。技术人员经过细致研究，提出“中部移动式主体排架+两侧及顶部补充排架”的折中方案，解决了该问题，即按照扩散段各断面体型的交集部分设计成移动的整体排架，再在主体排架的基础上搭设两侧及顶部补充排架来满足不同断面体型模板支撑需要。如此实施，前一段衬砌完成后，只需拆除补充排架，然后移动主体排架至下一段，再根据下一段断面形式搭设补充排架即可。补充排架搭拆工程量远小于主体排架，基本实现了减小排架搭拆工程量、缩短直线工期、降低安全风险及施工成本的目的。

(2)尾水扩散段混凝土衬砌施工。单条尾水扩散段沿轴线分3仓进行浇筑，分仓长度分别为11.55 m、14.95 m、15.6 m，每个仓段分层浇筑，第一段分为底板、边顶拱两层，第二、三段分为底板、边墙、边顶拱三层，浇筑顺序为先底板、后边顶拱。其中，底板及底弧采用分段平铺法浇筑，底弧部位采用翻模抹面工艺；边墙采用双排脚手架作为施工平台，平面钢模板立模浇筑；顶拱采用“移动主体排架+补充排架”的支撑系统，配定型钢模板立模浇筑。

中部主体排架采用扣件式钢管脚手架或盘扣式脚手架，经受力计算选取合适的立杆纵横距以及水平杆步距。补充排架为渐变排架，采用扣件式钢管脚手架，可裁截对应长度的立杆满足体型变化要求。主排架搭设完成后，在其基础上搭设补充排架，在排架上部安装定型拱架及定型模板。第一仓混凝土衬砌完成后，拆除顶拱模板、拱架及补充排架，利用电动葫芦将剩余移动式排架整体迁移至下一仓位置，然后根据洞室衬砌结构在主体排架两侧搭设补充排架，再安装相应的定型拱架及模板进行混凝土衬砌施工。

排架移动是通过浇筑底板时预留的一排灌浆孔插入φ48钢管(内充填砂浆)作为排架牵引的固定点，电动葫芦一端固定于插入的钢管上，另一端固定在移动排架的牵引点上。移动排架前，先将排架托撑、斜撑、支撑收缩10 cm左右，再同时操作电动葫芦链条牵引排架整体移动。

3.3 尾水管检修闸门井底部流道混凝土衬砌

(1)施工方案研究。尾水管检修闸门井底部流道结构复杂，长度为15 m，分为门槽前城门洞形、门槽直墙以及门槽后倒角矩形三种断面，常规采用承重排架配定型模板施工的方案。但由于尾水闸门井下部需要保持通道通畅，采用满堂红承重排架施工会对施工通道造成影响，但在排架下部预留门洞对承载能力又有影响。

经研究决定，最终决定采用预埋定位锥悬挂定型型钢拱架支撑、定型钢模板拼模浇筑的方案。即先采用双排脚手架配平面钢模板将边墙浇筑至起拱线以下的适当部位，在最后一层仓内埋设定位锥，利用定位锥将型钢拱架固定在混凝土墙壁上。定位锥需具备足够的抗拉拔及抗剪强度。定型拱架的自身强度、刚度及稳定性应满足承载能力。在定型拱架上铺装定型模板，模板的居中及高程调整分别通过定型拱架上配装的横移油缸和顶升油缸完成。

(2)尾水管检修闸门井底部流道混凝土衬砌施工。尾水管检修闸门井底部流道混凝土分为底板、边墙和边顶拱进行浇筑。其中，底板+60 cm矮边墙作为一层，边墙分三层，层高分别为4.5 m 、4.5 m和5.05 m，最后剩余的边墙及顶拱为一层。

底板采用布料机入仓，平面钢模板立模浇筑；边墙采用双排脚手架作为施工平台，平面钢模板立模浇筑；顶拱采用定型型钢拱架支撑，定型钢模板拼模浇筑。

顶拱混凝土浇筑采用的定型型钢拱架由定型拱圈、托架、平移机构、顶升机构、门架、支座、千斤顶及工作梯等组成。定型拱架上部载荷通过模板→千斤顶→横梁→斜撑→支座→预埋组件的顺序最终传递到边墙上，其结构见图3。

施工时，先安装预埋组件，通过全站仪控制预埋组件的安装精度并保证安装误差≤1 cm。预埋组件通过高强螺栓与支座连接，相邻支座间距误差≤1 cm。边墙混凝土达到10 MPa强度后，按照横梁及支撑安装→封闭平台安装→托架及拱圈安装→模板安装的顺序进行定型钢拱架其余组件的安装。最后，在定型拱架上铺装定型模板，模板之间采用M12螺栓连接并用8#铅丝固定在拱架上。模板安装完成后，利用横移油缸及顶升油缸调节模板的水平位置及高程到设计轮廓线，经测量校验满足要求即可。

图3 定型钢拱架支撑系统示意图

采用定型型钢拱架配定型钢模板方案解决了尾水管检修闸门井流道部分顶拱衬砌期间下部通行问题，且成品构件安装效率高，承载能力强，衬砌后实测顶拱模板的最大沉降不大于3 mm。

4 结 语

在白鹤滩水电站左岸尾水连接管、尾水扩散段及尾水管检修闸门井底部流道混凝土衬砌施工中，技术人员研制出一种多断面一体式衬砌台车[5]浇筑尾水连接管混凝土，该台车通过模块化设计与简单改造即能够适应变跨、变弧衬砌及弯道变化[6]，满足单条洞室多断面持续混凝土浇筑施工需求，经济实用；设计了适合渐变洞室混凝土衬砌施工的可移动式排架系统，减少了满堂承重脚手架的搭拆时间，有效缩短了施工工期；在尾水管检修闸门井底部流道衬砌中设计了定位锥悬挂定型型钢拱架支撑系统，解决了衬砌期间下部通道的安全问题，解除了施工干扰，成品构件安装高效、质量可靠。以上有针对性的施工技术解决了该工程复杂断面形式尾水管及扩散段混凝土衬砌施工的难题，对类似工程施工具有一定的参考价值。