渠道襯砌機在尼勒克一級水電站中的應用

周仁祖，李 雄，馬成懷，楊茂松

(中國水利水電第五工程局有限公司第三分局，四川成都 610255)

1 工程概況

尼勒克一級水電站位于新疆伊犁喀什河尼勒克盆地河段，為徑流式電站，采用引水式開發。水電站總裝機容量4×55 MW，引水流量為138.8 m3/s，保證出力 126.4 MW。

水電站引水渠道總長31 km，除部分巖石渠基段采用1∶0.5開挖邊坡、20 cm厚現澆混凝板襯砌外，其余渠段設計參數如下:渠基為開挖或回填形成的砂礫石基礎面，渠道底寬4 m，渠深6.1 m，過水斷面內坡為1∶2，縱坡為1/4 000。渠道采用現澆混凝土板+土工膜防滲方案，現澆板厚邊坡為10 cm，底板為12 cm，混凝土板下為聚乙烯土工膜(150 g/0.6 mm/150 g)的防滲層(膜上下各設置一道2 cm厚砂漿墊層)，防滲層在施工階段根據實際工況優化為0.6 mm土工膜+10 cm厚水泥穩定級配礫石找平層(以下簡稱“找平層”)結構。

渠道內坡面找平層和現澆混凝土板均采用機械化襯砌施工，施工設備為山東蒙陰產PHB系列坡面混凝土振動布料機和PHZ系列坡面混凝土振動成型機及人工收面工作平臺。

2 機械化襯砌施工

2.1 施工工藝

渠道削坡→軌道鋪設→找平層施工→復合土工膜鋪設→混凝土板施工。

2.2 渠道削坡

渠道大面開挖時預留15 cm厚保護層，保護層開挖(以下稱為“削坡”)在正式襯砌前完成。

渠道削坡工藝:渠頂找平→渠坡修整→渠底找平。

2.2.1 渠頂找平

渠頂找平為襯砌機渠頂軌道安裝的前道工序，同時為渠坡削坡提供參照面，渠頂找平范圍以襯砌機渠頂軌道軸線向渠外30 cm為界，基準面為渠頂混凝土底板高程面。

渠頂找平全程由測量人員控制和校核高程及平面位置，使用小型反鏟和少量人工處理欠挖和超挖，超挖部位回填后需夯實。

2.2.2 渠坡修整

渠坡修整采用反鏟粗削+人工精削方案。

2.2.2.1 反鏟粗削

設備選型:選用小型反鏟——PC220液壓反鏟，以減少對坡面的擾動;設備操作手選用經驗豐富、技術精湛、責任心強的人員。

粗修流程:測量放樣→設置開挖控制標志→反鏟粗修。

(1)測量放樣:測量人員按設計渠基開挖不應存在欠挖要求進行施工放樣，放樣控制樁沿渠線直線段每10 m一樁，轉彎段每5 m一樁。

(2)設置開挖控制標志:施工人員根據放樣資料和放樣控制樁設置開挖控制線，并根據控制線在控制線處開挖控制槽，控制槽底面為設計開挖面。

(3)反鏟粗修:反鏟根據控制線和控制槽自上而下粗修邊坡，施工人員使用自制的鋁合金坡度尺(坡度為1∶2，斜長約6 m，尺上有水平儀)控制坡度和水準儀復核邊坡超、欠挖情況，及時糾正。

2.2.2.2 人工精削

人工精修流程:測量復核、修正控制樁→人工精修。

反鏟粗修后由測量人員對坡面進行復核并修正控制樁，就坡面開挖情況向施工人員交底，施工人員根據復核資料和修正控制樁在坡面設置人工精修控制線，完成后開始人工自上而下平行精修邊坡并隨修隨復核，對開挖中由于大粒徑砂礫石形成的坑洞采用砂料進行回填，回填料采用反鏟或其他壓實設備壓實。

控制線設置方法為:根據測量放樣，在坡腳線和坡肩線上每10 m對應各設一控制標高，用細線掛線，先削出一條基準線，并在基準線上的1/4、1/2、3/4處設一垂直坡面的高程控制樁。

2.2.3 渠底找平

渠底找平工藝類似渠頂找平。

2.3 軌道鋪設

襯砌機軌道為自制簡易單軌道。

軌道鋪設精度直接關系到渠道襯砌體型，必須嚴格控制。

(1)確定軌道中心位置。

根據渠道設計斷面和襯砌機行走機構的相對位置確定渠頂和渠底軌道中心位置。為方便現場控制，可設立相對渠道軸線的相對坐標進行控制。

(2)軌底找平層。

軌道基礎面為砂礫石，整體不平整度較大。為提高軌道精度和沉降并減少軌道變形，在軌道底部鋪設了一層具有一定強度、滿足軌道安裝寬度和表面平整的砂漿墊層。

(3)軌道就位。

在砂漿找平層初凝時進行軌道安裝。

襯砌機行走機構垂直于軌道安裝面，軌道不受側向力，將軌道直接安裝于砂漿找平層上即可，軌道連接采用套筒方式。

2.4 找平層施工

渠坡找平層施工采用襯砌機進行，找平層料采用露拌，水平運輸采用5 t自卸車，垂直運輸采用小型反鏟，攤鋪采用襯砌機的振動布料機，壓實采用襯砌機的振動成型機，攤鋪、壓實的施工方法同渠坡混凝土面板，詳見2.6。

找平層施工控制的要點為找平層料含水率調整，控制方法如下:

找平層采用水泥摻量為5%的水泥穩定級配礫石，級配礫石采用天然級配砂礫石直接篩分，最大粒徑不大于40 mm。

通過現場試驗確定的施工配合比見表1，其最優含水率為5.2%，含水率與干密度關系見圖1。

表1 水穩層配合比表

圖1 含水率與干密度關系曲線圖

限于設備性能，按最優含水率拌和的找平層料不易攤鋪，進度較慢，實際施工時最優含水率的控制采用以下方法:在找平層料拌制時，將含水量控制在4.5%;找平層攤鋪前，采用霧狀水對渠坡適量灑水濕潤，完成攤鋪后，采用霧狀水在松鋪料面上適量均勻補水一到兩次，補水量依據天氣情況調整。

2.5 復合土工膜鋪設

找平層驗收合格后進行復合土工膜鋪設。鋪設前將基面清理干凈，鋪設時將土工膜順渠坡自上而下鋪設，縱向搭接長度不小于10 cm，渠頂和渠底按要求留設搭接長度，復合土工膜連接采用熱熔法雙焊縫焊接，采用(萊斯特)LST－800型自動爬行焊接機，焊接完成后采用充氣法檢測焊縫的質量。

2.6 混凝土面板施工

2.6.1 施工準備

(1)混凝土的生產、運輸及入倉。

渠坡混凝土在拌和站集中拌制，采用8 m3混凝土攪拌運輸車運輸。入倉方式為:混凝土攪拌運輸車下料槽輸送至襯砌機的布料機輸送帶，由輸送帶輸送至集料箱，由螺旋輸料器送至倉內。

拌制時將混凝土的坍落度控制在7～9 cm，襯砌機澆筑混凝土的入倉坍落度控制在4～6 cm，并摻入適量的緩凝劑。

(2)襯砌機就位。

襯砌機運至工作面后在現場完成拼裝，然后采用吊裝設備吊裝就位。

吊裝就位的襯砌機先試通電，檢查電路及機電設備，合格后進行空載運行;檢查行走結構等是否滿足要求，合格后進行混凝土澆筑。

襯砌機運行過程中應密切注意軌道情況。

(3)側模支立。

采用襯砌機進行渠坡混凝土施工需在渠坡的坡頂、坡底設置側向模板，側向模板可采用滿足面板厚度的槽鋼，側模采用小釬加固，側模支立應在面板澆筑前完成。

(4)襯砌機行走。

襯砌機在鋪好的軌道上行走，在渠道直線段時，行走結構同頻行走;在渠道曲線段時，渠坡面有凹面和凸面，渠頂和渠底軌道弧長不同，其襯砌機行走時不同頻，因此，必須控制上下行走電機的速度，始終保持襯砌機與渠中心線垂直。

2.6.2 布料振搗

混凝土的布料振搗采用混凝土振動布料機，布料裝置為螺旋布料器，振搗裝置為插入式振搗器。

混凝土的布料由專人進行指揮。

混凝土攪拌運輸車就位卸料前，為便于卸料，卸料人員用少量水濕潤運輸車的下料槽和布料機輸送帶。運輸車輛卸料的自由高度不大于1.5 m。

采用螺旋布料器布料，混凝土經輸送帶運至布料機接料口進入集料箱，開動螺旋輸料器均勻布置。開動振動器和縱向行走開關，邊輸料邊振動，邊行走。布料混凝土較多時，開動反轉功能，將混凝土料收回。當布料寬度達到2～3 m時，開動成型機，啟動工作部分，開始二次振搗、提漿、整平。施工時，料位的正常高度應在螺旋布料器葉片最高點以下，不應缺料。

渠道坡肩、坡腳和周邊模板位置由人工輔助布料。

鋪料時控制好布料厚度，松鋪系數根據坍落度大小由試驗確定。根據經驗，當坍落度為4～6 cm時松鋪系數宜控制在1.1～1.15之間。

襯砌機宜勻速連續工作，布料應與振動碾壓速度相適應。

布料完成后開動插入式振搗器，振搗20～30 s后開動布料機，移動一個倉位，關振搗器進入下一布料循環。

坡肩、坡腳和周邊模板位置由人工使用平板振搗器進行振搗。

2.6.3 提漿成型

提漿整平系統上部為桁架部分，下部為一個葉片輪和一個偏心滾(或輪)。

布料振搗完成后，開動提漿成型機至倉位處，關掉行走開關、打開提漿振搗開關，提漿偏心振搗滾自下而上至坡頂后再自上而下至坡腳即完成機械提漿整平工作，葉片輪的作用為向前旋轉出多余料。

2.6.4 抹面壓光

提漿成型工序完成后利用機械行走工作平臺由人工對混凝土進行收面、壓光，確保糙率滿足設計要求。

抹面壓光由混凝土工負責。抹面采用鋼抹子2～3遍，采用2 m靠尺檢測平整度，平整度控制在5 mm/2 m以內。

抹面壓光在初凝前完成，消除表面氣泡，保證混凝土表面平整、光滑和無抹痕，襯砌抹面施工禁止灑水、撒水泥和涂抹砂漿。

2.6.5 初步養護

混凝土面壓光后采用塑料薄膜進行初步養護，待混凝土初凝后覆蓋保水性材料土工布進行灑水養護。

2.6.6 切縫和填縫

(1)切 縫。

機械化襯砌混凝土在澆筑完成12 h后開始切縫，并在48 h內全部完成。

混凝土切縫順序為先“橫向”、再“縱向”。

切縫采用改制的公路路面切縫機，切縫時首先由測量放出縫中心線位置，并用墨斗彈出中心線，在確認切縫類型后開始騎中心線切縫。

切縫時，通過手柄連桿機構，轉動手輪使前輪升降，進行切割深度的調節，縫深應滿足設計要求。

坡面橫縫由坡腳向坡肩切割，也可由坡肩向坡腳切割。在坡肩設置固定的手動葫蘆，將手動葫蘆上的鏈條與切割機相連。切割時，一人沿坡面操作切割機，控制切割機深度和直線度，另一人在渠肩控制切割速度，勻速拉動手動葫蘆，牽引切割機向坡肩移動。

坡面縱縫由坡腳開始向坡肩順次切割，切割機利用簡易支撐架支撐垂直坡面完成切割。

為防止混凝土初裂，采取隔縫切割法進行控制;對于未切縫的，則在1 d后補切。

(2)填 縫。

在填縫前，采用鋼絲刷和手提式砂輪機修整縫面，并用移動式柴油空壓機吹縫，填縫前應保證縫面潔凈干燥。

閉孔泡沫板采用專用工具壓入縫內，勾縫用的聚氨酯砂漿在工廠配置，聚氨酯采用無毒非焦油聚氨酯防水涂料，聚氨酯砂漿配合比為:聚氨脂∶砂 =4∶6(重量比)，人工勾縫。

2.6.7 養 護

襯砌混凝土板為薄板結構，抗裂要求較高，必須采取有效的養護措施。

常溫(溫度高于5℃)和高溫季節，混凝土養護采用自然養護。養護方法為覆蓋保水性材料土工布養護，并根據情況進行補水。

低溫季節(氣溫低于5℃)，混凝土養護采用蓄熱養護，養護方法為蓋草袋和掛草簾進行保溫，嚴禁在混凝土面灑水。

2.6.8 特殊天氣施工

渠道混凝土板為板殼結構，在特殊天氣時施工對混凝土板的質量有較大影響，故在特殊天氣情況下施工應采取控制措施。

(1)風天施工。

風天施工，混凝土因水分揮發而易產生塑性收縮裂縫。采取的控制措施為:適當調整混凝土用水量，增加混凝土出機口坍落度1～2 cm;對正在襯砌的作業面及時收面并立即采用塑料薄膜養護。

(2)雨天施工。

鑒于渠道襯砌屬大面積混凝土和露天作業，原則上雨天不安排襯砌施工，施工中遇突發降雨時應及時將澆筑完成的混凝土面覆蓋，澆筑倉面臨時覆蓋以阻止雨水沖刷倉位，同時盡快完成澆筑倉面的剩余作業并進行覆蓋。降雨停止后，必須清除倉位積水，不得帶水抹面壓光作業。若混凝土尚未初凝，對混凝土表面應進行適當處理后繼續施工，否則按施工縫處理。

針對本地區降雨具有短時、不確定等特點，砂石料場應做好排水設施，對混凝土運輸工具設置防雨和防滑設施，澆筑倉面配備足夠的防雨覆蓋塑料薄膜。

雨后，繼續施工時必須檢測骨料含水率，并據此適時調整混凝土用水量。

(3)高溫施工。

根據本地區高溫天氣一年之中集中在夏季、高溫時段一日之中集中在中午12～16時的特點，在高溫季節進行襯砌施工時，采取了以下措施控制混凝土入倉溫度不超過28℃。

①施工時間避開高溫時段，施工安排在溫度較低的上午12時前、下午16時之后進行;

②采取增加骨料高度、骨料場搭設防曬遮陽棚、骨料表面灑水降溫措施控制骨料溫度;

③在混凝土中摻加高效緩凝減水劑，延長混凝土初凝時間。

(4)低溫施工。

本地區低溫時段集中在10月至次年3月底，低溫時段較長，多年統計資料顯示，可施工的時段為10月至11月上旬。

當日平均氣溫連續5 d穩定在5℃以下或現場最低溫度在0℃以下時，采取措施進行施工，日平均氣溫低于0℃時，不安排施工。

低溫施工控制措施:

①澆筑現場設溫度計，現場施工員根據溫度計顯示溫度指揮施工作業;

②進行澆筑時，混凝土入倉溫度不得低于5℃。

③通過增加骨料堆料高度和覆蓋保溫材料、摻加防凍劑、熱水拌和等措施控制混凝土溫度;混凝土拌和前，先采用熱水預熱拌和機，并將機內積水或冰水排除，保持拌和機處于正常溫度;混凝土拌和時間較常溫季節延長20%～25%。

④對混凝土運輸罐車采取保暖措施，盡量減少運輸距離。

⑤成型后的混凝土應及時進行保溫覆蓋養護。

3 結語

大型渠道襯砌采用機械化施工是近年來在國內廣泛推廣的一項新技術，該技術在施工過程中工序較多，工序的過程控制和工序間的有效銜接是應用該技術的關鍵。

［1］ 水工混凝土施工規范，DL/T 5144－2001［S］.

［2］ 混凝土質量控制標準，GB 50164－92［S］.