長距離引水隧洞底拱混凝土襯砌無軌滑模技術研究

摘要：為了克服水電站施工中，常常遇到的施工工期易滯后、施工成本高、施工質量難控等問題，以某水電站工程為例，設計定制了了無軌滑模三套，實施了無軌滑模技術。實際效果表明，此技術具有施工速度快、成本低、施工操作較為簡單靈活、結構設計較簡單等優點，同時避免了混凝土出現質量缺陷，防止了麻面、氣泡等常見問題的發生，使混凝土強度得到大大提高，可為類似水利工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：水電站;無軌滑模;混凝土

0" "引言

在建設水電站時，受到地形地貌的限制，大部分水電站想要很好的利用水頭，通常會設置長度較大的引水隧洞。而引水隧洞的施工環境較復雜、條件限制較多，所以也是水電站建設中的關鍵路線和需要突破的一個難題[1]。

在技術人員長期摸索和實踐之下，人們對引水隧洞混凝土襯砌的施工手段也在持續創新。具體施工中，需要針對不同的施工環境和條件來制定相應的施工方案。本文以某水電站為例子，仔細詳盡的對無軌滑模技術的施工思路和步驟進行了介紹。最終的施工效果表明，此技術手段具有成本低、施工質量高、速度快等優點

1" "工程概況

某水電站主要功能是發電，配備有單機容量90MW的水輪發電機組2臺，總容量達到180MW，一年的發電量能保證在11.76億kW·h以上，電站的設計流量為125.7m3/s，其設計水頭為162.6m。該水電站主要由升壓開關站、地面發電廠房、壓力斜井、調壓井、引水隧洞、擋水壩等組成。

本水電站項目引水隧洞長6858.2m，其中包括下平段和壓力斜井，屬于鋼襯回填壓力和全斷面鋼筋混凝土襯砌隧洞，鋼筋混凝土襯砌洞段的施工長度為6522.85m，該標段洞底縱坡為2.3‰，下平段與壓力斜井段的長度分別為121.7m和87.4m。C20為洞段所用混凝土的強度等級，襯砌厚度定為50cm，混凝土總方量設計初定為8.6萬m3。隧洞鋼筋的布置為單層或雙向，采用雙層或單層布置，環向主筋布置間距為20cm，縱向分布筋間距為30cm。

2" "隧洞襯砌中的難點

2. 1" "塌方較多且施工條件有限

開挖引水隧洞會改變圍巖的性質，易引起涌水和使圍巖失穩，容易發生塌方事件。一旦發生塌方事件，不僅會使工程進度嚴重滯后，還有可能造成人員傷亡，并提高工程成本。同時此項目引水隧洞所要穿越的山體較長，地形地貌較為陡峭，施工支洞布置的條件十分有限，導致6.5km的施工總長僅能設置3條支洞，支洞間的間隔較大，使得混凝土襯砌施工無法在多處同時進行。

2. 2" "澆筑混凝土困難

因單個工作面的作業距離較大，且需要兩個長工作面一起開展施工，若選用常用的逐個建立單倉12m襯砌方法，則不能在工期內完成施工，且這種襯砌方式成本較高，工作強度較大。同時以這種方式澆筑而成的隧洞底拱很，大概率會出現質量問題，如產生麻面、水紋以及氣泡等。鑒于單工作面距離長，底拱位置處經常受到水流沖刷，因此要對混凝土的質量進行控制。

3" "底拱無軌滑模設計方案

3. 1" "設計思路

分析總結隧洞襯施工的困難之處，主要是常規分倉砌筑，成本高，工作量大，很難在規定工期內完成施工，所以要選擇一種可以連續襯砌的方式。若選用全圓針梁鋼模臺車開展襯砌工作，則成本會進一步增加，且很容易在底拱位置處出現麻面和氣泡[2]，影響到施工質量。而若選取底拱翻模技術[3]開展襯砌工作，雖然避免了底拱質量受影響的問題，但又延長了施工期限，不能保證施工進度。

綜上所述，在本文項目中，選用分開澆筑邊頂拱和底拱的方式，完成引水隧洞的施工。具體為底拱先襯砌，再跟進邊頂拱鋼模臺車[4]開展襯砌工作，采取滑模施工的方式進行底拱襯砌[5]，同時突破創新，滑模施工選用無軌滑模技術。

3. 2" "無軌滑模設計

不單獨在底拱倉兩邊安裝“Ⅰ”形鋼軌，讓滑膜直接與混凝土相接觸，滑膜在其表面滑動的技術即是無軌滑模技術。這種技術手段可以大大減少軌道安裝的成本，縮短施工工期，且運行使用起來更加簡便。滑模結構設計如圖1所示。

滑模面板尺寸如圖2所示。模板成燕尾形狀，由6段組成，每段長1.5m，總長9m。選用一臺卷揚機給滑模提供前進動力，機器能達到100kN的牽引力。為了振搗混凝土，將4臺振搗器置于模板底部，當滑模開始前行時，開啟振搗器，以此降低緩凝土河模板之間的摩擦力。設置一個抹面平臺于滑模尾部，以方便滑模經過后人工抹面。

4" "布置無軌滑模

設置的施工支洞分別為1號、2號+、2號和3號，2號+與1號這兩個支洞有2854.3m的距離需要襯砌，2號與2號+間有504m的距離需要襯砌，3號和2號之間有2258m的距離需要襯砌。參考襯砌計劃于施工需要，一共要定制無軌滑模3套，并根據施工條件和進度科學對襯砌時間和順序進行安排。

選用無軌滑模技術來開展底拱襯砌工作，將原設計的襯砌分塊路程一倉12m增加到48m，并設置了一伸縮縫，使其處在兩分塊之間，縫內放上橡膠用于止水。滑模前進方向用卷揚機和地錨點配合控制。為了抵抗混凝土振搗和下料時，滑模受到影響而產生浮托力，在滑膜兩邊設置內拉條，間隔為1.5m，以起到加固作用。為了保證混凝土澆筑有較好的連續性，當前一倉完成混凝土澆筑時，要平行進行下一倉的鋼筋幫扎和清倉等準備工作，以此循環。

5" "施工滑模混凝土

5. 1" "拌制混凝土

鑒于隧洞工程工作總長較大，要設置多處拌和樓。1號拌和樓用于下游工作面、1號支洞的混凝土拌合，放置HZ75型拌和機一臺，2號拌和樓負責3號支洞上游、2號支洞下游、2號+支洞的混凝土拌合，放置HZ75型拌和機2臺，所用混凝土的等級為C20。

水泥用量為混凝土309kg/m3，最大骨料粒徑是40mm。其配合比為引氣劑：減水劑：中石（粒徑在20到40mm之間）：小石（粒徑小于20mm）：天然砂：人工砂：水泥：水=0.001：0.015：1.28：1.92：1.37：1.37：1：0.56。拌合混凝土的用水來自于沉淀之后的河水。

5.2" "澆筑混凝土

運用容量為8m3的混凝土罐車，將配置好的混凝土用送到施工現場。將1臺HBTS60型混凝土泵放于各個工作面，并配備附著式振搗器4臺、70插入式振搗器5臺。鋪料時選用平鋪法進行，當澆筑到模板的最底下時，改為從兩邊對稱澆筑，并用插入式振搗器進行振搗，使兩側的澆筑高度差不大于30cm。下料時，速度要控制在每小時12～15m3。下料過程中，要時刻注意兩邊模板抗浮和內拉條加固的情況，控制好混凝土的尺寸和體型。

5.3" "滑行模板

當模板兩側和和底部都裝滿混凝土，且經過足夠的振搗后，才能開始滑行，同時混凝土的強度要滿足不小于0.1MPa、不大于0.3MPa。10cm為第一次滑行的距離。在滑行開始前，要對滑軌和滑行經過的混凝土進行清理，調整鋼絲繩方向和滑行方向相同。在滑行之后要對混凝土強度進行觀測，看其有沒有受損，當兩邊混凝土能保持良好的穩定性，不會發生垮塌時，最為合適。

滑行時要遵循“短距、多滑”的原則，滑動距離不宜太大，每次距離控制在50～60cm最佳。滑動要頻繁，時間間隔為10～15min為最佳。當每次滑行后，混凝土澆筑繼續進行，兩者交替進行。滑模前進到分縫處、靠近收倉時，先將其頭部滑到分縫外面，分縫端模板要被主模板覆蓋住。滑模前進到一定位置時，滑模受混凝土的影響會產生了較大浮托力，此時須把拉條放置于模板兩側，以進行加固。混凝土下料完畢后，并振搗1.0～1.5h以后，才可以把滑模牽拉到下一部分。

6.4" "混凝土的抹面

每次滑模工作完畢后，安裝好抹面樣架。抹面工作由5個抹面進行，分2次開展抹面工作，第一次對混凝土面進行壓實和找平，第二次對混凝土整體進行抹面壓光，力求達到表面平整、均勻和光潔。在這個工作過程里，要時刻注意上部巖體水分的滴落，保護好混凝土的表面。

6.5" "養護混凝

混凝土澆筑工作完成后，選取草席和濕麻袋來覆蓋在混凝土表面上，并人工灑水來養護和保濕，保證混凝土表面一直保持濕潤，要保證14天以上的養護時間。

7" "結論

無軌滑模技術在水電站引水隧洞施工中的應用并不常見，國內工程案例還不是很多，所以缺少可以借鑒的經驗。改技術具有施工速度快、成本低、施工操作較為簡單靈活、周轉次數高、重車清、結構設計較簡單等優點，以本文為例，底拱混凝土襯砌在一個月中最高紀錄能達到360m，達到可施工快速、低成本的目的，克服了引水隧洞工期長、易延期的問題。無軌滑模在人工抹面處理之后，避免了混凝土出現質量缺陷，防止了麻面、氣泡等常見問題的發生，使混凝土強度得到了大大的提高。

參考文獻

[1] 王繼敏，曾雄輝，揭秉輝.錦屏二級水電站引水系統關鍵技術問題[J].水力發電，2013（4） ： 47-50.

[2] 陳張華，孟潤花.全圓針梁鋼模臺車襯砌底部氣泡成因分析及改進措施[J].四川水力發電，2010（3） ： 34-38.

[3] 李強，甘冬梅，徐速.圓形大斷面洞室底拱混凝土翻模施工技術[J].科技創新與應用，2011（20） ： 118-122.

[4] 王勇. 自行式邊頂拱鋼模臺車在隧洞砌襯的應用[J].科技信息： 建筑與工程，2010（27） ： 745-748.

[5] 宋威，楊水兵.仰拱滑模在錦屏二級水電站引水隧洞底拱混凝土襯砌中的應用[J].水利水電技術， 2014，45（5） ： 60-62+65.