水电站引水隧洞竖弯段混凝土衬砌施工技术

关盛旺

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

0 引言

引水隧洞竖弯段混凝土衬砌的模板为异型模板，一般采用竹胶板或钢模板，同时因为引水隧洞流速较大，对混凝土的浇筑质量和耐久性要求较高。

1 工程概况

津巴布韦卡里巴南岸扩机工程在2018年顺利按期竣工和投产，为“一带一路”典范工程项目，入选2020年度国家优质工程奖（境外工程），产生了良好的经济和社会效益。

此工程是在原有电站的基础上，新建一套引水发电系统，共安装2台15×104kW混流式水轮发电机组，采用“一机一洞”布置，新建7#和8#引水隧洞，引水隧洞由进口渐变段、上平段、竖井段和上下弯段、下平段和钢管段组成，工程引水隧洞布置见图1。引水隧洞为圆形断面，衬砌后直径7.50 m，引水隧洞上平段轴线间距为26 m，下平段轴线间距为20 m，隧洞设计流速为4.26 m/s。引水隧洞沿线出露的地层岩性主要为寒武系黑云母片麻岩、长石石英岩及第四系全新统松散堆积物，隧洞沿线断裂不发育，但沿线小褶皱较发育，岩层产状变化较大，竖井段和弯段以Ⅱ类围岩为主。

图1 工程引水隧洞布置图

上下弯段的几何特征为：7#、8#引水隧洞的上弯段、竖井段和下弯段轴线长度分别为93.76 m和92.80 m，其中上弯段长度为37.28 m，下弯段长度为39.15 m，竖井段长度分别17.33 m和16.38 m，其中7#引水洞CH7+250.37（对应8#引水洞CH8+264.17）上游侧混凝土衬砌设计厚度为40 cm，下游侧混凝土衬砌设计厚度为60 cm，混凝土施工缝设置PVC 止水，其混凝土强度等级为H30（相当于C37），钢筋保护层为75 mm。

引水隧洞竖弯段施工的特点有：体型结构复杂，需要专门制作模板；长期受高速水流冲刷，对表面摩阻和混凝土质量要求高；工期紧张，如产生延误将直接影响引水系统充水和发电机组调试；正处于下平段压力钢管运输安装、厂房发电机混凝土浇筑、地下调压井开挖，交叉作业多，地下交通流量大，施工相互干扰大，洞内施工效率低。

2 施工规划和分仓

7#、8#引水洞上弯段平均分为4仓，每仓轴线长度为9.32 m，竖井段平均分为两仓，其中7#引水洞竖井段单仓长度为8.66 m，8#引水洞竖井段单仓长度为8.19 m，下弯段平均分为4仓，单仓轴线长度为9.79 m。上弯段最上游两段为单层钢筋，设计混凝土厚度为40 cm，其余为双层钢筋，设计混凝土厚度为60 cm。因上弯段第一段和下弯段最后一段坡度较缓，分为上下两层进行浇筑，即先浇筑120°底拱，再浇筑剩余边顶拱，其余段均全断面浇筑。

混凝土衬砌施工从下游向上游的浇筑顺序，即：下弯段→竖井段→上弯段。因引水隧洞8#上平段的要先于7#上平段封堵，所以首先开始8#下弯段的衬砌，7#下弯段延后一个月左右开始，同时因8#引水洞下弯段最后一仓混凝土距离5#支洞口较近，为了减少施工干扰，先不施工8#下弯段最后一仓，上弯段混凝土衬砌完成后再返回施工。

3 模板规划

上下弯段断面为中心转弯半径25 m 的空心环面，模板为异型模板，因循环次数少，采用工厂定制大型模板很不经济，同时根据海外项目物资材料匮乏且供应周期长等特点，在现场加工异型模板是最符合实际的方案。两条隧洞的上弯段和下弯段的几何尺寸相同，但上下弯段分仓中心线长度不同，采用增加边条模板的方法组合成模数，使每套模板可以分别用在上下弯段。两条隧洞弯段几乎平行施工，需要制作两套模板。

3.1 8#引水隧洞弯段模板

采用标准P3015旧钢模切割、加工成弯段异型模板，循环使用、每块P3015钢模板按照不同的尺寸切割成2块小模板，每7～8块小模板拼接成1条条带，一个环由对称的10条条带组成，环的外径为混凝土面的最终浇筑直径。用14套模板环拼装成弯段。最终在仓面上拼装出一浇筑仓弯段的体型，模板设计长度比下弯段每浇筑仓的轴线长度长5 cm。弯段模板拼装见图2。

图2 弯段模板拼装图

3.2 7#引水隧洞弯段模板

8#引水隧洞弯段模板在浇筑拆模后出现变形严重的情况，不能满足循环次数的要求同时会影响进度和外观质量。根据此情况，原计划用于加工7#弯段钢模的钢模板仅用于替换损坏的8#弯段模板，及时调整7#模板为钢框钢面板方案，利用现场现有的角钢和第三国采购的3 mm厚钢板，按照相同的尺寸进行下料和加工。钢框架用5×5 角钢在预先加工的模架上焊接以保证精度，角钢弯弧采用15～20 cm切割缺口弯曲成型后焊接。每块弯曲模板的矢高约为60 mm，3 mm 钢板面板可用人力弯制成形。钢框钢面板模板单位面积重量较大，将原来一块模板分割成两块，增强了模板运输和安拆过程中的便利性。钢框钢面板异型模板刚度明显增大，使用寿命更长。制作模板的钢材易于回收再利用，减少了材料的无效损耗。

3.3 竖井段

竖井段为标准圆筒形，采用P3015 钢模板拼圆，使用钢管背带控制模板的衬砌断面。

4 施工方法

4.1 清基及施工缝处理

混凝土浇筑前，要清除岩基上的杂物、松动岩石，压力水冲洗干净并排干积水。施工缝人工凿毛，清除缝面上所有浮浆，用压力风冲洗干净，保持清洁、湿润。

在下弯段混凝土施工前需对技术性超挖部分进行混凝土回填，不得超过设计开挖面，坡度较大的部位浇筑成台阶，表面进行凿毛处理以利于与隧洞衬砌混凝土的结合和增长地下水渗径。上弯段在开挖期间因满足反井钻机施工空间和安装卷扬机滑轮的超挖部分，将与上弯段混凝土一起回填浇筑，预留排气管利于将超挖空洞浇筑充实。

4.2 测量放线

首先搭设施工脚手架，垂直于隧洞岩壁按照1.50 m×1.50 m的间距打设插筋，用全站仪进行放线，在每根插筋上放样出混凝土表面控制点，钢筋安装完成后，再次校核混凝土表面定位点，在绑扎的钢筋上安装混凝土保护层垫块，对混凝土模板面进行定位并做好复核和抽查。

4.3 引水隧洞弯段钢筋

除上弯段第1、2 仓为单层钢筋外，为双层钢筋布置，环向筋为T25（相当于四级钢筋），分布钢筋为T20，按照工程技术要求，结构钢筋必须使用搭接或机械连接。钢筋在加工厂统一制作，钢筋加工后编号用汽车运至工作面，下弯段下游三个仓号的钢筋从5#支洞运输至下弯段附近，人工配绳索垂直吊运至工作面，其余仓号的钢筋均从1#支洞运输至上弯段附近，然后人工配绳索吊送至工作面。

在插筋上焊接架立筋，在架立筋上逐步安装结构钢筋，保证其在混凝土浇筑过程中不发生变形和移位；钢筋由人工采用绑扎方法进行搭接。采用预制的混凝土垫块，安装在钢筋和模板之间控制钢筋保护层厚度，接地与预埋件的安装在钢筋安装期间穿插进行。

4.4 止水带安装

施工缝中设置PVC止水带，止水带环向布置，采用止水卡进行固定牢固，防止浇筑过程中的移动。止水带外侧的封堵模板要与岩壁接触严密并封堵，防止浇筑时漏浆。

4.5 脚手架及模板安装

弯段异形模板在加工厂制作，用平板汽车运输至现场进行安装。模板在仓号内安装，由下部向上部拼接，先拼接下部一环，然后顺序向上拼接，拼接的模板可由钢管背带和拉杆对模板位置和体型进行调整，模板横向背带钢管间距为40～54 cm，为弯制成外皮半径为3.69 m的直径φ48 mm钢管，纵向背带人工在现场调整弯曲φ48 mm双排钢管而成，间距为60 cm，模板采用焊接在插筋上的拉筋进行加固。模板接缝间采用双面胶进行密封，模板使用前需涂刷脱模剂。顶部模板支撑用φ48 mm 钢管按间距80 cm×80 cm左右搭设排架，跨距为1 m，并按规范要求设置剪刀撑。

4.6 浇筑准备及验仓

浇筑前准备工作主要有施工平台搭设、混凝土泵管架设、清仓冲洗、振捣设备和施工照明等。混凝土浇筑前应确保钢筋、预埋管、接地件的正确安装，钢筋保护层满足要求、模板位置校核合格、模板支撑牢固，经质检人员验收合格后浇筑混凝土。

4.7 混凝土浇筑

此工程混凝土设计强度较高，为减少施工期间的水化热温升防止温度裂缝，优化混凝土配合比，掺加30%的粉煤灰，同时添加高效减水剂，减少了水化热的产生。

混凝土入仓采用泵送方式，1台HBT60混凝土拖泵布置在靠近仓号的位置，同时具备便于混凝土搅拌运输车的调头空间。混凝土通过工作窗入仓和振捣，浇筑时遵循由低到高的原则，每浇筑层厚度不大于30 cm，两侧均衡上升，其高差控制在50 cm以内。边墙采用插入式振捣器，顶拱安装间距2～2.50 m附着式振捣器振捣。混凝土浇筑时要保持连续浇筑，覆盖及时，避免形成冷缝。

4.8 混凝土养护和施工期保护

新浇混凝土满足规定强度后拆模，模板拆除完成后立即涂刷养护剂进行养护。在引水隧洞弯段衬砌期间，下游约200 m处有通风竖井和地下式调压室正在爆破开挖施工，为保护新混凝土，一方面采取控制最大单段药量、改善装药结构、优化网络结构、采取预裂爆破等措施降低爆破振动，另一方面对每次爆破振动进行监测，根据监测结果验证爆破参数的设置。

5 结语

在工程整体工期紧张的情况下，前后经过6个月顺利完成两条隧洞弯段和竖井段混凝土衬砌，满足工期和质量目标，有力保障了引水隧洞上平段封堵的节点工期目标，验证了此施工方法的科学和有效性。

根据施工现场的实际条件和供应情况，选择合适的施工方案是保证项目工期和质量目标的重要前提；在工程实施过程中，预定方案并非一成不变，要根据实际情况及时进行修正和调整，如此例中由建筑钢模板及时优化为钢框钢模板方案，确保了弯段衬砌工作的顺利实施。