深化技術研究,創造泄洪洞施工新技術

覃壯恩 周 燚 鄧良超

右岸泄洪洞頂拱。 攝影/王連生

一、工程概況

金沙江溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界的金沙江下游河道上，以發電為主，兼顧防洪、攔沙、改善庫區及壩下河段通航條件等綜合利用效益。其樞紐主要建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪建筑物、引水發電建筑物等組成，總裝機容量13860MW。

溪洛渡水電站右岸泄洪洞由3#、4#泄洪洞組成，均為有壓接無壓，洞內龍落尾型式。泄洪洞由進水塔、有壓洞段、工作閘門室、無壓上平段、龍落尾段、出口明渠及挑坎等組成。無壓洞洞內“龍落尾”型式，將總能量的80%左右集中在尾部占全洞洞長的15%的洞段之內，龍落尾段設置了四道摻氣坎。洞內流速大多控制在25m/s左右，龍落尾段流速由25m/s增加至反弧段末端的50m/s，單洞下泄設計洪水流量為3858.0m3/s，下泄校核洪水流量為4162m3/s，泄洪功率堪稱世界之最。3#、4#泄洪洞軸線平行布置，中心間距為50.00m，隧洞全長分別為1433.550m、1633.624m。布置型式見右岸泄洪洞布置三維示意圖。

泄洪洞進口塔基以弱下風化、無卸荷～微新巖體為主，塔基巖體質量主要屬Ⅲ1類，外側局部為Ⅲ2類；泄洪洞圍巖主要為新鮮的致密狀玄武巖及角礫集塊熔巖，以Ⅱ、Ⅲ1類為主，局部錯動帶發育部位和進出口段為Ⅲ2、Ⅳ類，圍巖穩定性較好；出口邊坡整體穩定性較好。

泄洪洞有壓段和無壓段上平段混凝土為C9040F150W8，龍落尾段、明渠段及挑坎過流面混凝土為C9060F150W8抗沖耐磨混凝土，各類襯砌混凝土總量44.13萬m3。

右岸泄洪洞布置三維示意圖。

混凝土設計溫控要求，夏季采用預冷混凝土，出機口溫度≤14℃，澆筑溫度≤18℃，有壓段最高溫度≤38℃，無壓段及龍落尾段最高溫度≤39℃；冬季在澆筑溫度≤18℃的情況下，可采用常溫混凝土，最高溫度≤38℃。

進水塔、有壓段、工作閘門室、無壓上平段混凝土平整度設計控制指標為5mm，龍落尾段、出口明渠及挑坎過流面混凝土平整度設計控制指標為3mm。

二、工程技術特點與難點

（1）泄洪洞工程具有高水頭、大流量、高流速、高標號、大斷面、大坡度（洞內龍落尾型式，坡度達22.46°）等特點，泄洪洞運行使用較為頻繁，高速水流引起的空化空蝕問題非常突出。

（2）泄洪洞開挖洞徑大，有壓段開挖斷面直徑16.6～17.4m，無壓段開挖斷面尺寸15.6m×20.6m～17.0m×22.0m（寬×高），隧洞沿線層間、層內錯動帶發育，錯動帶產狀平緩，對大斷面洞室頂拱圍巖穩定不利，隧洞出口上部陡邊坡開挖梯段高、范圍廣，邊坡開挖穩定問題突出。

（3）設計針對高水頭、大流量、高流速特點采用了高標號抗沖耐磨混凝土，進行了流道優化設計，設置了4道摻氣坎、3個漸變段，異形曲線澆筑部位較多，提出了較高的混凝土表面平整度和澆筑質量要求，要求接縫好、裂縫少、氣泡小、表層密實，設計溫控指標高、溫控防裂難度大，斜坡面底板表面形體控制和收面抹面難度大，對施工設備、施工工藝提出了較高的要求。

（4）隧洞大斷面、大坡度及四道摻氣坎的特點，摻氣坎結構體型復雜，各坎設計參數不同，模板及體型控制困難，對混凝土澆筑鋼模臺車、鋼筋臺車、異型模板的設計、制作、安裝、運行難度大。

（5）工期緊，多工作面施工，施工干擾大，安全問題突出。

三、主要技術創新

武警水電部隊響應溪洛渡工程建設部提出的“創建西部典范工程”號召，緊緊圍繞“體形精準、平整光滑、高強耐磨、減少缺陷”這一主題開展了大量的技術研究與創新工作，在確保質量安全下制定了一系列行之有效的控制措施，先后獲批七項國家實用新型專利、五項省部級科技成果獎，形成工藝工法二十余項，多項工藝和措施達到國家先進水平，而且無壓段邊墻常態混凝土澆筑系統、龍落尾陡坡牽引臺車更是國內首創，創造了泄洪洞工程施工新設備、新技術、新工藝，施工質量優良，混凝土體型、平整度滿足設計要求，且無裂縫的發生，達到了專家組提出的抗沖耐磨混凝土內實外光的要求。

（1）開挖嚴格控制鉆孔精度和裝藥參數

洞身開挖采用分層分序開挖，頂拱開挖采用了光爆技術，無壓段中層開挖采用了直墻預裂爆破技術，底板開挖采用了水平光爆技術，開挖中抓住鉆孔精度和裝藥參數兩個確保質量的關鍵，鉆孔過程中采取搭設樣架、測量定位、鉆孔分區責任到人的措施嚴格控制鉆孔精度，通過生產性爆破試驗確定裝藥參數，嚴格控制裝藥結構，創造了開挖精品。開挖效果見右岸泄洪洞頂拱開挖圖、右岸泄洪洞底板開挖圖。

（2）優化施工工藝，有效消減氣泡頑疾及降低混凝土溫升

右岸泄洪洞頂拱開挖。

右岸泄洪洞底板開挖。

氣泡一直是影響混凝土表觀質量的頑疾，由于氣泡的存在，會加重水流的空蝕作用，減少混凝土使用壽命。但是圓形隧洞腰線以下部位一直沒有找到合適的辦法消除氣泡。武警水電官兵積極開拓進取，開展了大量的工藝試驗研究，有壓段底板采用翻模施工工藝，定型弧形模板，設計專用頂撐螺栓替代混凝土墊塊作為支撐，頂撐螺栓裝在帶絲的套筒內，通過旋動螺栓調節模板安裝高度，翻模后即將頂撐螺栓拆卸；發明了加長螺桿取代接安螺栓，既滿足了模板安裝調節要求，又可在拆卸模板時一并拆除，省去了拆模后卸除接安螺栓這一道工序，提高了翻模效率，有效解決了底板蓋模氣泡及平整度問題。邊頂拱采用鋼模臺車澆筑，從優化混凝土配合比、打磨混凝土搭接面、貼雙面膠、改進臺車面板底腳支撐系統、調整施工工藝、脫模劑的選用等方面入手，確定了完整成熟的施工措施及腰線以下混凝土二次復振工藝，有效消減了氣泡，消除了麻面，提高了表觀質量。高溫季節為降低倉內環境溫度，達到控制澆筑溫度、降低混凝土內部溫升的目的，在臺車上安裝了大功率移動式空調，向倉內輸送冷氣，對控制倉內環境溫度和澆筑溫度進而降低混凝土內部溫升，使其內部溫度得到有效控制，同時有效改善了工作環境。發明了移動噴霧式養護臺車，保證了混凝土養護效果，且節約了施工用水。有壓段施工效果見完建的泄洪洞有壓段圖。

（3）國內首家實現大斷面邊墻常態混凝土入倉澆筑

完建的泄洪洞有壓段。 攝影/王連生

完建的泄洪洞無壓段。 攝影/王連生

大斷面水工隧洞薄壁襯砌混凝土溫度裂縫在國內同期項目中均沒有得到有效的控制，為尋求減少溫度裂縫的有效辦法，國內多家院校及科研單位一直都沒有停止過這方面的研究，但都沒有找到經濟可行的辦法。實際施工中控制溫度裂縫產生的最直接有效的辦法就是降低混凝土最大溫升。在施工過程中，創新使用了大斷面臺車常態混凝土供料系統，國內首家實現大斷面邊墻臺車常態混凝土入倉澆筑。采用自卸車運輸、長臂正鏟提升混凝土，雙向可逆式皮帶機供料系統分輸混凝土入倉，澆筑7～9cm低坍落度混凝土，每立方米減少水泥用量達35kg，在降低了混凝土材料成本及運輸成本的同時，減少混凝土水化熱，降低了最大溫升。同時，通過通冷卻水、長流水養護及控制入倉速度等輔助措施，將混凝土最大溫升控制在35攝氏度以內，低于設計標準值近4攝氏度。有效降低混凝土溫度開裂風險，減少溫度裂縫，提高了混凝土質量。已全部施工完成的右岸泄洪洞無壓段邊墻迄今仍未發現一處溫度裂縫，大斷面臺車常態砼供料系統也獲批國家實用新型專利。

（4）開發大斷面陡坡牽引式鋼模臺車，多種措施解決了龍落尾硅粉混凝土澆筑世界級難題

泄洪洞龍落尾體形極其復雜，洞段全長約390m，高差近100m，最大坡度22.46度，依次由上平段、奧奇曲線段、斜坡段、反弧曲線段、下平段等組成，斷面尺寸為14m×19m（寬×高）的城門洞型。每段間分別布置有1#、2#、3#共三道摻氣坎，跌坎最大高度1.5m。由于泄洪能量的80%均集中在龍落尾段，致使龍落尾段的水力學特性十分復雜，在龍落尾末端達到最大流速50m/s。設計對龍落尾段的混凝土質量提出了更高的要求，不管是形體控制上、平整度，還是在缺陷控制上均高出其它洞段一個等級。

為解決陡坡澆筑的難題，武警水電部隊集中技術力量攻克四道技術難關，改變了常規分縫設計，龍落尾段分底板、邊墻、頂拱三序施工，先邊墻、后頂拱、最后澆筑底板，且底板開挖完成后澆筑了墊層混凝土，減少基礎約束，有利于混凝土防裂。發明了邊墻混凝土供料及提升系統澆筑C9060W8F150二級配低坍落度硅粉混凝土，并執行二次復振施工工藝。設計了JMM55t摩擦式卷揚機雙倍率牽引200噸級邊墻鋼模臺車及JMM20t摩擦式卷揚機六倍率牽引190噸級頂拱鋼模臺車，滿足了最大過坎坡度26.48度的臺車行走，邊墻臺車發明了定向支撐液壓油缸，防止了臺車面板在斜坡上運行時發生扭曲并利于脫模，設計了保險絲桿、無主繩鋼繩防墜器、彈簧式液壓夾軌器，保證臺車在斜坡上安全運行。發明了懸臂隱軌式拖模臺車，創造了陡坡底板一次拖模成型施工工法。對摻氣坎復雜體型設計專用異型鋼模板及其支撐系統。上述措施有效保證了硅粉混凝土體型、平整度、光潔度。邊墻至今未發生溫度裂縫。龍落尾混凝土施工效果見泄洪洞鋼筋臺車施工圖、龍落尾混凝土澆筑效果圖。

泄洪洞鋼筋臺車施工。 攝影/王連生

龍落尾段混凝土澆筑效果。 攝影/王連生

施工中的泄洪洞出口。 攝影/王連生

（5）明渠采用內外模一體式鋼模臺車一次澆筑成型

泄洪洞出口明渠段邊墻內外側均為臨空面，國內通常的做法是采用多卡懸臂模板立模分層澆筑，造成施工縫多、錯臺大、進度慢等一系列問題。武警水電部隊研究設計了明渠邊墻內外模一體式鋼模臺車，使明渠邊墻內外兩側臨空面均使用鋼模臺車一次立模整體澆筑，提高了混凝土的整體性，加快了施工進度，提高了混凝土外觀質量。施工效果見施工中的泄洪洞出口圖。

（6）研發了新式搭接型曲線懸臂鋼模板

泄洪洞出口挑坎為斜切扭曲挑流鼻坎，挑坎兩側邊墻為圓弧曲線，無法采用鋼模臺車澆筑，為有效解決由于多卡懸臂模板帶來的搭接縫錯臺和漏漿的問題，研制了搭接型曲線懸臂鋼模板，其面板由主體和搭接兩部分組成。每次澆筑完成拆模時上口搭接模不拆除，只將中間大模板拆除再安裝到搭接模上，使搭接模板成為混凝土水平施工縫的過度板，防止產生錯臺漏漿，既克服了常規懸臂模板在層間結合處易產生錯臺、漏漿和掛簾的通病，又較翻轉模板更經濟適用。挑坎施工效果見挑坎搭接型曲線懸臂鋼模板施工圖。

挑坎搭接型曲線懸臂鋼模板施工。

（7）更精細的工藝控制理念

泄洪洞在國家驗收標準上提出了更高的要求，在規范規定的基礎驗收、鋼筋、埋件、模板、澆筑等驗收的基礎上進一步細化，將混凝土施工的全過程根據實際情況細分為十余個驗收項目，重點增加了臺車面板搭接縫面驗收、軌道驗收、成型混凝土保護等檢查項目，并制定了驗收標準及指導書。尤其是臺車搭接縫面驗收第一次作為硬性的驗收標準體現在質量管理過程中，在施工前要求將搭接部位打磨平順，采用直尺檢查，經驗收合格才允許臺車就位，確保搭接緊密。各項目在施工過程中跟蹤檢查驗收，跟進整改。嚴格保證了一次驗收合格率在95%以上，不僅提高了施工質量，也加快了施工進度。

（8）科學嚴謹的安全驗收體制

泄洪洞龍落尾段施工，嚴峻的安全形勢對傳統的安全管理方式提出了極大的挑戰，在龍落尾段邊墻施工前，逐步形成了全新的安全管理方式，在新的管理方式下，有技術理論做支撐的風險評估機制成為安全管理的重要支撐依據。通過檢測等技術手段和計算方法，推算出相應的安全系數，對比規范要求后再進行管理決策。同時，通過風險評價指數法和重點分析論證，推算出在建作業面安全隱患，確定重點危險源，并經過論證排序、制定完善措施，定期進行檢查和匯報，確保萬無一失。

四、結語

大型水工隧洞襯砌混凝土一般采用泵送高坍落度混凝土、邊頂拱一體式襯砌，且很少采取溫控措施，這在許多水工隧洞工程項目中應用并已發展成熟，但易導致混凝土膠凝材料用量大，水化熱高，溫度控制難度大，混凝土出現裂縫的概率大。通過本工程的技術、設備、工藝等創新，有效解決了溫度控制、混凝土體型控制、表觀質量及大坡度大型臺車運行安全等四大技術難題。

（1）進水口、漸變段、摻氣坎等異型曲線段、不規則段等部位分別采用定制異型鋼模板、定位錐與排架支撐相結合的措施，確保了混凝土結構體型尺寸及表面光潔度。

泄洪洞閘門安裝。 攝影/王連生

（2）圓形底拱、底摻氣坎、挑坎底板等曲線型底板采用人工翻模抹面施工工藝，利用可拆卸頂托絲桿、特制接安螺桿、分段圍柃固定模板，且在混凝土初凝前將模板拆除，進行人工收面、抹面壓光，較好地控制了底拱混凝土結構體型，有效解決了混凝土氣泡問題，提高了混凝土平整度及光潔度。

（3）平底板或緩坡段平底板采用人工刮軌抹面施工工藝，利用可拆卸托撐支撐刮軌、滾筒提漿、人工刮面、磨光機收面、人工抹面壓光工藝，較好地控制了底板混凝土結構體型，提高了混凝土平整度及光潔度。

（4）采取底板、邊墻、頂拱分塊澆筑，澆筑低坍落度混凝土、預冷混凝土、倉面空調降溫、通冷卻水、長流水養護、低熱水泥等溫控制措施，對減少混凝土溫度裂縫非常有效，對降低施工與維修成本起到了十分明顯的作用。

（5）采用整體鋼模臺車邊墻一次澆筑成型，加大臺車面板厚度，提高臺車模板剛度，實行二次復振施工工藝，有效控制混凝土搭接及錯臺，解決了混凝土整體性問題，平整度控制好，混凝土體型及表觀質量優良。

（6）對于大坡度水工隧洞硅粉混凝土襯砌，首創了大型水工隧洞陡坡牽引鋼模臺車常態混凝土施工關鍵技術、底板懸臂隱軌式拖模一次成型技術及其工法，解決了高標號硅粉混凝土溫度裂縫的難題，確保了大坡度大型臺車運行安全，保證了混凝土體型、平整度及光潔度。