大型地下廠房混凝土施工澆筑技術研究

程志華

(葛洲壩集團股份有限公司，湖北宜昌 443002)

1 概述

目前大型地下廠房施工項目很多，已建和在建的地下廠房有:拉西瓦、龍灘、小灣、水布埡、白蓮河、三峽、溪洛渡、向家壩、錦屏水電站等，每個廠房都設計有3臺以上機組，其中溪洛渡電站地下廠房是世界上最大的地下廠房，左右岸兩個廠房共裝18臺機組。目前我國水電工程和地下工程的規模與設計施工水平已經居于世界領先水平。我國今后的大型電站項目多集中于云、貴、川、青等西部偏遠地區，西部多高山峽谷，幾乎每個電站都有地下廠房工程，而且相應的地下工程也越來越大型化與復雜化。

由于施工管理與施工技術的進步和提高，水電工程施工的速度也越來越快，而地下廠房的混凝土澆筑手段卻還依靠橋機加臥罐、泵送或溜槽，其輸送速度與技術水平已經成為影響地下廠房施工進度與成本的重要因素。筆者主要分析了大型地下廠房結構特點以及現有澆筑手段的優缺點，提出了一種更合理、經濟的大型地下廠房混凝土澆筑手段。

2 大型地下廠房結構及混凝土施工特點

2.1 地下廠房是封閉結構，各結構物間布置緊湊，難以布置大型混凝土施工設備

地下廠房主要是在巖體內對巖石進行開挖，以形成一個可以安裝多臺機組的狹長封閉結構物。地下廠房中主廠房混凝土施工是地下廠房混凝土的主體，也是施工的重點和難點。一般與主廠房相連接的結構物主要有引水洞、尾水洞、安裝間、母線洞及主變室等(不同的工程有所不同)，上游引水洞與主廠房機組蝸殼進水口相接;尾水洞與主廠房機組肘管相接;發電機層與母線洞和主變室相通;安裝間一般設在主廠房一端。若地下廠房安裝機組較多，則在主廠房左右兩端分別設有主安裝間和副安裝間。與主廠房相連接的這些結構物亦均為洞室結構，且與其緊湊布置。在這些布置緊湊、狹長封閉的結構中難以布置大型的起吊設備進行廠房混凝土施工。

2.2 地下廠房混凝土結構難以布置長久施工通道

地下廠房施工時，不同時段布置不同的施工道路，對相應的施工部位干擾較大，且使用時段均很短。一般進入主廠房的道路共計四條:

①上游引水施工支洞未封堵前，可使用引水洞的施工支洞，經引水洞進入地下廠房。

②下游利用尾水管施工通道可以進入地下廠房肘管部位。

③利用進入廠房安裝間的通道，通過安裝間進入地下廠房。

④利用主變室、母線洞的施工通道，通過主變室、母線洞進入地下廠房。

其中道路①、②分別與引水洞、尾水洞施工相干擾，且其只能在廠房底部混凝土施工初期使用。道路③是進入廠房的永久道路，但由于安裝間既是金結埋件拼裝吊裝場地，又是作為土建施工的取料平臺，金結與土建施工干擾大，協調難度大。道路④與主變室和母線洞混凝土相干擾，若合理安排工期，加強混凝土施工內部協調，可以作為向主廠房輸送混凝土的一條通道，但與主廠房混凝土施工部位高差大，須配有合適的輸料布料設備。由此可知，主廠房混凝土施工難以布置長久道路，且使用協調難度大，受使用時段限制。

2.3 地下廠房施工程序復雜，金結埋件多，混凝土施工與金結施工相互干擾大

地下廠房施工包含廠房混凝土施工、水輪機組埋件施工、公用輔助設備安裝及金屬結構安裝工程等，施工項目多、結構復雜、專業面廣，各部位、各專業施工相互關聯、相互制約，施工程序復雜。金結、機電埋件大，且與土建施工交叉施工多，如肘管、錐管、蝸殼等部位存在土建與金結多次交面，交叉作業，互相影響等問題，混凝土施工難度大。

2.4 主廠房混凝土施工質量要求高，混凝土澆筑難度大

主廠房肘管、錐管、蝸殼周邊混凝土體積大，溫控要求高;肘管、蝸殼底部以及座環陰角部位混凝土必須澆筑密實，同時，混凝土澆筑中須防止金結埋件移位。但由于地下廠房肘管、蝸殼、座環等部位金結埋件較多，鋼筋多，施工空間相對狹小，尤其肘管底部和蝸殼、座環底部及其陰角部位空間更狹小，施工難度大，混凝土澆筑密實難度更大。同時，由于地下廠房無法布置大型混凝土澆筑設備，對于相對較大面積的倉位，混凝土入倉強度很難達到，若增加泵機澆筑泵送混凝土，將增加混凝土溫控壓力，增加施工成本;若采用其它輔助手段，由于混凝土輸送通道受到限制，很難確保混凝土澆筑質量。

3 目前大型地下廠房混凝土澆筑的主要手段及其優缺點

目前地下廠房使用的混凝土澆筑手段主要有泵機、橋機掛吊罐、沿上游墻壁架設供料皮帶配溜槽、母線洞供料皮帶配固定布料皮帶以及天泵等五種方案，每種澆筑手段各有其優缺點，具體如下。

3.1 泵機澆筑混凝土方案

優點:布置方便靈活，適用主廠房混凝土澆筑的任何部位。

缺點:混凝土澆筑過程中，布料不方便，需拆裝泵管，從而影響混凝土的入倉強度;按照已施工項目情況，泵機實際最大澆筑強度在30 m3/h左右，很難再提高其混凝土的澆筑強度。由于泵機要澆筑泵送混凝土，且泵機、攪拌車租賃費用較高，同時，泵送混凝土水泥含量較高，水化熱較大，溫控難度大，從而增加了施工成本。另外，為確保澆筑泵送混凝土施工人員的安全，需搭設操作平臺，進而增加了施工工序和施工成本。

3.2 橋機掛吊罐澆筑混凝土方案

優點:可以根據結構需要澆筑任何級配混凝土，布料方便簡單。

缺點:在有限的空間內，橋機運行速度較慢，入倉強度不高;根據已施工項目情況，橋機澆筑入倉強度一般為每小時3～4罐混凝土。一般橋機的取料點在主副安裝間，而此時金結構件在安裝間拼裝，干擾較大;若在主廠房內其它位置設置取料點，則需搭設較大的取料平臺，而取料平臺要占壓施工部位，影響倉位施工，因此，橋機的取料點也受到限制。

3.3 沿上游墻壁安裝供料皮帶與溜槽配套澆筑方案

優點:可以澆筑常態混凝土，降低混凝土中的水泥用量，減少水化熱，降低溫控難度，降低混凝土原材料成本。

缺點:在主廠房巖壁墻上架設供料皮帶難度大，需要打設很多錨桿，工程量較大，且供料皮帶在每臺機組位置卸料裝置較笨重。由于與供料皮帶配套的溜槽卸料范圍有限，為滿足澆筑需要需搭設的溜槽較多，且倉內埋件較多，空間相對較小，對主廠房施工影響較大。

3.4 母線洞供料皮帶與倉面固定布料皮帶相配套澆筑方案(圖1)

圖1 母線洞供料皮帶配固定布料皮帶方案圖

優點:可以澆筑常態混凝土，降低混凝土中的水泥用量，減少混凝土水化熱，降低溫控難度;從母線洞供料還可減少與安裝間的施工干擾。

缺點:固定式布料皮帶由于受主廠房空間限制，其長度有限，布料范圍較小，很難發揮其效用。另外，主廠房肘管混凝土澆筑期間，布料皮帶基座可以布置在機組兩側巖墩上，但其覆蓋范圍最大只能覆蓋兩臺機組的各一半，使整個機組備倉澆筑受到影響;蝸殼二期混凝土澆筑期間，固定布料皮帶基座一般需埋進混凝土內，從而增加了加工基座的工程量，若根據倉位結構不埋進混凝土內，則需占壓倉位，且布料范圍也受到影響。

3.5 天泵澆筑混凝土方案

優點:混凝土布料方便，混凝土入倉強度相對較高，入倉強度可達50～60 m3/h。

缺點:施工布置受限，一般將其布置在安裝間，用于澆筑安裝間附近的倉位，對安裝間金結埋件拼裝干擾較大;其澆筑的泵送混凝土水泥含量較高，水化熱大，增加了溫控難度;另外，其租賃費用較高。

4 拐臂布料皮帶系統澆筑地下廠房混凝土施工方案

通過對地下電站廠房現有混凝土澆筑手段的優缺點進行分析可知，若需要加快地下廠房混凝土澆筑速度，必須加強其澆筑手段創新。根據地下廠房結構特點，我們提出了一種采用橋機掛設拐臂皮帶澆筑地下廠房混凝土方案(圖2)。其工作原理為:

拐臂布料皮帶機由內外相互銜接的布料皮帶組成。內皮帶機機尾安裝于母線洞上游洞口的回轉支撐上，前端使用巖壁上設置的錨固點懸掛鋼絲繩斜拉，可以通過卷揚改變斜拉鋼絲繩的長度，進而改變內皮帶機的仰俯角度。將外皮帶機尾掛在內皮帶機頭部位的回轉支撐盤底部，前端由橋機吊鉤牽引，橋機吊鉤升降可改變外皮帶的仰俯角度，橋機大車與小車運動可以使拐臂布料皮帶屈折伸縮擺動，以滿足覆蓋區域混凝土輸送布料要求。

圖2 地下廠房拐臂布料皮帶三維布置圖

對于該設備系統，我部已進行設計研究并制造且已應用到了溪洛渡水電站地下廠房混凝土澆筑，其可以覆蓋三臺機組澆筑范圍，并具有輸送混凝土料能力強、布料簡單、操作方便、經濟適用等優點，是地下廠房大體積混凝土澆筑的一種理想施工手段，具有較強的推廣應用前景。

5 結語

通過以上對地下廠房結構特點和現有澆筑手段進行分析可知，除因結構陰角部位澆筑混凝土要求需配置1～2臺混凝土泵機澆筑外，地下廠房混凝土采用拐臂布料皮帶系統澆筑是地下廠房混凝土快速、經濟適用的最佳手段。