阿湖水庫排沙泄洪洞襯砌工程施工技術分析

金 鑫

（新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

施工工藝對施工質量影響較大,為了保障阿湖水庫除險加固工程施工質量,對排沙泄洪洞襯砌施工方案進行分析。阿湖水庫主要建筑物由大壩（粘土心墻壩）、左岸1#放水洞和2#泄洪洞,左岸溢洪道和排沙泄洪洞組成。加固后水庫死水位1563.50 m,正常蓄水位1574.00 m,設計洪水位1574.99 m,校核洪水位1575.86 m,死庫容667 萬m3,總庫容2998 萬m3。主要任務是攔蓄布谷孜河洪水和冬閑水,解除該流域的洪水、干旱雙重重災,保證英阿瓦提水電站引水發電,同時結合養殖、旅游。

2 工程概況

排沙泄洪洞位于大壩右岸,主要由引渠段、閘井段、漸變段、無壓洞身段、泄槽段等部分組成。混凝土襯砌施工主要是指漸變段、無壓洞段的混凝土施工。

3 排沙泄洪洞地質情況及襯砌方案

3.1 工程地質情況

排沙泄洪洞無壓洞身段洞軸線方向177°,洞頂上覆巖體厚6 m～30 m,巖性為新近系上新統礫巖（N2）,巖層產狀65°NW ∠85°,中厚層結構,泥鈣質膠結,裂隙不發育,局部發育少量層間裂隙,局部賦存少量基巖裂隙水,水量隨季節發生變化。

隧洞軸線與圍堰走向近于正交且巖層傾角陡立,對隧洞圍堰穩定有利。洞身上覆巖體厚6 m～30 m,大部分處于微風化-若風化帶內,以Ⅲ～Ⅳ類圍巖為主,呈次塊狀～鑲嵌結構。進口段受開挖斷面型式影響及出口段上覆巖體較薄巖體呈碎裂結構,為Ⅴ類圍巖。

樁號排0+007～0+082 m 段為Ⅲ類圍巖,洞身位于微風化帶內,圍巖呈次塊狀結構,圍巖彈性抗力系數KO=20 MPa/cm,堅固系數fk=1.5～2.0, 一次支護采用噴錨掛網支護；排0+082～0+110 m 段為Ⅳ類圍巖,圍巖彈性抗力系數KO=10 MPa/cm～12 MPa/cm,堅固系數fk=1.0～1.2。排0+000～排0+007、排0+110～排0+125.852 段Ⅴ類圍巖, 圍巖彈性抗力系數KO=4 MP/cm～6 MPa/cm,堅固系數fk=0.8～1.0；Ⅳ～Ⅴ類圍巖一次支護需采用噴砼,系統錨桿及加鋼筋網,剛性支護,并澆筑砼襯砌。開挖過程中局部可能存在少量基巖裂隙水,施工注意及時排水[1-2]。

排沙泄洪洞隧洞工程特性見表1。

表1 隧洞工程特性

3.2 襯砌方案

排沙泄洪洞漸變段斷面型式為方變圓形,凈斷面尺寸5.1 m×6.6 m（寬×高）；無壓洞身段斷面型式為城門洞形,凈斷面尺寸由3 個斷面組成。漸變段底板高程1558.200 m,洞長7.0 m,洞底縱坡i=0.043；無壓洞身段進口高程為1558.200 m,出口高程1554.134 m,洞長118.852 m,洞底縱坡i=0.03,洞身混凝土為全斷面襯砌,總襯砌混凝土長度為125.852 m,混凝土襯砌量為1260 m3,襯砌混凝土具體工程量見表2。

表2 襯砌混凝土特性及工程量表

4 施工方案分析

4.1 施工工序

排沙泄洪洞洞身襯砌分四層進行澆筑,首先進行底板墊層澆筑,其次進行底板及倒角混凝土澆筑,然后澆筑兩側邊墻,最后澆筑隧洞頂拱。底板、邊墻及頂拱澆筑均采用組合鋼模板施工,采用搭設Φ48 腳手架鋼管作為支撐架,襯砌底板及邊墻從排沙泄洪洞進口向出口逐倉進行施工；襯砌頂拱則從排沙泄洪洞出口向進口逐倉進行施工（即從下游向上游施工順序施工）。洞身段混凝土施工程序見圖1。

圖1 洞身段混凝土施工程序框圖

4.2 洞身混凝土施工

4.2.1 混凝土分層分塊

（1）混凝土分層

洞身混凝土分四層澆筑：先澆筑底板及倒角混凝土（包含底板墊層）,再澆筑兩側邊墻,最后澆筑頂拱混凝土。已澆底板墊層混凝土做為澆筑邊墻及頂拱混凝土時的運輸通道。

（2）混凝土分塊

排沙泄洪洞洞身段長125.852 m（樁號排0+000.000～排0+125.852 m）,共分14 塊,其中漸變段1 塊,無壓洞身段13 塊。每個澆筑塊分4 層澆筑,第一層澆筑底板墊層,第二層澆筑底板及倒角,第三次澆筑兩側邊墻,第四次澆筑頂拱混凝土。分層分塊見表3。

表3 排沙泄洪洞洞身混凝土澆筑分塊特性表

4.2.2 混凝土施工

（1）施工縫面處理

施工縫面處理包括建基面、施工縫面、永久伸縮縫面等的處理。建基面施工前按要求清除浮動巖石,鑿除尖角及倒坡,清除石渣和積水。施工縫面人工鑿毛,清除縫面污染體。永久伸縮縫面按要求粘貼硬質閉孔泡沫板。襯砌砼澆筑下層前,先鋪設一層厚2 cm 左右的砂漿。

（2）混凝土澆筑施工

根據襯砌砼結構形式,將每段砼分四層施工：底板墊層、底板和邊墻及頂拱,先將底板澆筑完成,再利用鋼模板進行邊墻及頂拱混凝土澆筑。

①底板混凝土澆筑（包含墊層）

混凝土采用12 m3砼罐車運輸至排沙泄洪洞進（出）口混凝土汽車泵前,經泵直接送入倉,按平鋪法施工,鋪料厚度為30 cm～50 cm,采用Φ50 軟軸振搗器進行振搗。

②邊墻、頂拱混凝土澆筑

全斷面襯砌邊墻、頂拱澆筑時,由模板上預留的工作窗口進料。邊墻襯砌施工時,混凝土泵管經模板頂部進料,下料高度不大于150 cm,人工平倉振搗,采取分層平鋪的方式澆筑,每層輔料厚度40 cm～50 cm,兩側對稱下料,均勻上升。混凝土振搗需滿足相關要求,此處不再贅述。底板混凝土澆筑超前邊頂拱。

頂拱砼澆筑時,在頂拱模板頂部預留高度低于巖面15 cm～20 cm 的 3 個進料口,進料口埋設Φ159 導管。導管應采用鋼筋固定于模板和巖面間。同時,在頂部最高處埋設檢查（排氣）管（Φ48）。當排氣管有漿液流出時,表明已填滿混凝土。

（3）混凝土養護與拆模

①模板拆除。非受力施工縫和結構面在混凝土強度達到2.5 MPa 以上即可拆除模板；頂拱混凝土強度達到75%設計強度可拆除模板。

②混凝土養護。混凝土澆筑完畢后12 h～18 h 開始養護,因受施工環境的影響,養護采用涂刷兩邊混凝土養護劑方式進行。

③施工過程中注意隧洞口的封閉,確保洞內溫度適宜穩定,避免穿堂風的出現,造成混凝土干裂現象。

4.3 灌漿工程

4.3.1 回填灌漿工程

（1）施工說明

①襯砌混凝土達到設計強度70%,及時進行回填灌漿。

②灌漿結束后,為防止漿液倒流,仰孔閉漿待凝時間不少于24 h。

③灌漿時應密切注視變形。

④灌漿應分段進行,每段長度小于50 m。

⑤灌漿前應檢查施工縫和混凝土缺陷,及時處理可能漏漿的部位。

（2）鉆孔與灌漿

①預埋管：采用在混凝土襯砌時預埋灌漿管的方法,預埋管采用鋼管并牢固固定,管口采用棉布封堵和位置標識。回填灌漿在洞頂120°范圍內布置,間、排距2 m,梅花型布置,鉆孔深入巖石10 cm,并測記混凝土厚度和空腔尺寸。

②灌漿：灌漿分為二序進行。一序孔灌漿水灰比為0.5∶1的水泥漿,二序孔為1∶1、0.5∶1 兩個比級的水泥漿。灌漿設計壓力為0.3 MPa。

③規定壓力下灌漿孔停止吸漿,并繼續灌漿10 min 即可結束。

4.3.2 固結灌漿工程

（1）施工說明

在回填灌漿結束7 d 后進行固結灌漿,漿液采用3、2、1、0.5 四個比級,無壓洞身段全斷面進行固結灌漿,孔間、排距2.0 m,深入圍巖2.5 m,梅花型布置,設計灌漿壓力為0.5 MPa（以現場試驗確定灌漿壓力）。

（2）沖洗及壓水試驗

沖洗采用3/4 寸高壓皮管,用高壓風水聯合對孔壁進行沖洗,把孔內沉碴沖洗干凈,并測定實際孔深。沖孔采用脈動式,洗至回水澄清并延續10 min 方可,壓力為灌漿壓力的80%,并不大于1 MPa。當鄰有正在灌漿的孔或鄰近灌漿孔結束不足24 h,不得進行裂隙沖洗。壓水試驗采用單點法,流量穩定標準為10%。

（3）灌漿

①灌漿方法：采用單孔灌漿法。

②灌漿順序：固結灌漿應按環間分序、環內加密的原則進行。

③灌漿壓力為0.5 MPa。

④開灌水灰比為3∶1,然后按3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1 逐級變濃。

⑤結束標準與封孔：當注入率不大于0.4 L/min 時,繼續灌注30 min,灌漿即可結束。

5 結語

根據阿湖水庫排沙泄洪洞實際情況,對溢洪洞漸變段、無壓洞段的混凝土襯砌施工方案進行簡要分析。排沙泄洪洞主要為中厚層礫巖,裂隙不發育,局部發育少量層間裂隙且存在基巖裂隙水采用分層、分塊澆筑的施工方案,從混凝土施工、回填灌漿兩個方面對主要施工工藝進行分析,在排沙泄洪洞襯砌工程實施過程中嚴格按照施工工藝要求進行,保障施工質量和安全。方案通過專家論證,項目順利竣工,取得了較好的工程效果。