龙滩水电站地下引水发电系统混凝土施工技术浅析
黄岗,杨天吉,董发俊
(龙滩工程1478联营体,广西天峨547300)
主键词:混凝土;施工技术;引水发电系统;龙滩水电站
摘要:龙滩水电站地下引水发电系统混凝土工程具有规模大、结构体形复杂、质量要求高等特点,在混凝土施工过程中,采用了斜竖井全断面滑模技术、免装修混凝土施工技术、蜗壳混凝土浇筑技术、隧洞底拱翻模技术、特大型断面边顶拱混凝土衬砌施工技术等,这些技术的应用较好地完成了混凝土施工。
中图分类号:TV554(267)文献标识码:B
龙滩水电站地下引水发电系统主要由引水、厂房、尾水
三大系统组成,设计结构混凝土量68.8万m3,钢筋4.4万t。引水隧洞典型断面开挖尺寸为Φ11.40 m,衬砌厚度60 cm,衬砌后净断面尺寸Φ10.0 m。主厂房水轮机层221.65 m高程以下为大体积混凝土,221.65 m高程和主变洞、主副安装间以上为板梁框架柱结构混凝土;母线洞衬砌厚度为0.5 m;厂房排烟竖井高度225 m,断面尺寸Φ8.5 m,衬砌厚度0.5 m,井内分隔成主厂房排烟竖井、母线排风竖井及主变排风竖井。
尾水系统由9条尾水支洞、3个长廊阻抗式调压井、2个三合一“卜”形岔洞、3条圆形尾水隧洞和尾水出口等建筑物组成,其中,3条圆形尾水隧洞典型开挖断面尺寸为Φ22.8 m,衬砌厚度为80 cm,衬砌后净空断面尺寸为Φ21.0 m,尾水支洞为底圆城门洞形,衬砌厚度为1.0 m,净空断面尺寸12 m×18 m(宽×高),调压井210 m高程以下衬砌厚度为1.5 m,以上为0.5 m。
1总体施工技术方案
1.1模板规划
针对龙滩水电站地下引水发电系统不同部位混凝土结构体形和布置特点,采用了不同的模板组合方式。对形式单一,结构标准规则的斜竖井采用全断面滑模;平洞底拱120°范围内采用定型翻模,尾水隧洞、尾水支洞直线段边顶拱采用移动式钢模台车,尾水岔洞、尾水支洞平面弯段顶拱采用简易多功能移动式台车作为支撑平台、定型拱架、定型模板;引水隧洞下平段(小于40 m)、上下弯段和尾水扩散段等较短和不能采用移动平台车部位,采用满堂脚手架支撑、定型拱架、定型模板;有吊装设备的尾水调压井高直立边墙采用悬臂模板;对厂房大体积混凝土利用钢肘管、锥管和蜗壳作为支撑;对外观质量要求较高的电缆竖井、风罩、板梁柱则采用自制定型专用免装修模板,碗扣式脚手架管支撑。
1.2混凝土入仓方式
对于斜竖井混凝土尽量采用溜管(桶)、溜槽入仓方式,在主厂房、尾水调压井有吊装设备部位尽量采用吊罐入仓,溜管、溜槽、皮带机和泵送辅助;平洞部分则采用泵送混凝土。从减少水泥用量,降低混凝土水化热和成本角度出发,优先采用吊罐入仓方式且尽量采用三级配和低塌落度混凝土,其次采用皮带机和溜管、溜槽入仓方式,最后选用泵送混凝土方式。
2 斜井滑模施工
龙滩地下厂房引水系统④～⑥号引水隧洞斜井与水平面交角为50°,衬砌厚度为60 cm,衬砌后净断面尺寸Φ10.0 m,每条斜井长约73 m,其进口布置在进水口边坡上,悬在半空。该斜井主要特点是断面大、衬砌厚度小、施工条件差、难度大、工期紧,且只有在其混凝土浇筑结束后,才能进行进水口坝段压力钢管安装和混凝土浇筑。为实现引水隧洞斜井快速安全施工,提前或按期向Ⅲ标交面,经分析论证,在④～⑥号引水斜井混凝土补砌中采用全断面滑模施工技术。
(1)模板滑升。当混凝土强度达到0.1~0.3 MPa时,模板即可进行滑升。滑升时靠布置在模板上的4组TSD40型液压千斤顶牵引滑升,每次滑升时间间隔控制在45~60 min左右,液压千斤顶行程为0~10 cm,模板每次滑升距离以10~20cm为宜,在正常滑升后,每天滑升距离控制在4~5 m,这样有利于混凝土的质量控制。
(2)模板滑升控制和纠正。①滑模滑升按“多动多控”的原则进行。滑升过程中用水平仪检查模板高度是否在同一水平面上,用吊重锤法检查模板中心是否偏离了底板轨道中心线,若发生偏离,及时用手拉葫芦或液压千斤顶进行调整。在混凝土浇筑过程中,每滑升5.0 m,测量检查一次已成型混凝土的断面体形和轴线偏差,确保混凝土成型尺寸。②在滑模过程中,始终用2只5 t手动葫芦保持钢绞线尾部处于平直受力状态,防止因液压千斤顶在行程中剪切钢绞线而发生意外。③滑模轨道是保证滑模混凝土体形的前题,因此,必须保证轨道的安装精度,采用混凝土连续支墩来固定轨道。④混凝土浇筑过程中下料要均匀,两侧高差最大不得大于30cm,每层铺料均改变入仓顺序,手拉葫芦、丝杆或千斤顶辅助调整校核。
(3)抹面与养护。模板滑升后应对混凝土及时进行抹面,对滑后拉裂、坍塌部位要进行人工处理。待初次滑升段混凝土达到一定强度后,采用洒水养护方式进行养护。每2 h洒水1次,贯穿整个斜井滑模浇筑全过程,养护时间不少于14 d。
3 竖井滑模施工
⑦～⑨号引水隧洞竖井净空断面尺寸为Φ10.0 m,衬砌厚度60 cm,长度分别为36、46、51 m;主厂房排烟竖井直径为Φ8.5 m,中间设置混凝土隔墙,分隔成主变排风井、母线排风井和主厂房排烟井,衬砌及墙体厚度50 cm,井深达225 m。
施工中采用了爬杆埋入式整体滑模施工技术。⑦～⑨号引水隧洞竖井滑模采用周边对称式结构。
由于排烟竖井滑模结构不对称,为避免因混凝土浇筑时产生的侧压力而造成滑模偏心,滑模采用分散结构,即3个井分别制作3套独立的滑模结构,柔性相连,施工时采用一套液压系统控制3套滑模同时滑升,达到整体滑升的效果,3套滑模均采用两边对称式结构。
竖井滑模混凝土浇筑方法与斜井基本一致,混凝土入仓采用溜管+Mybox缓降器入仓,按多动多控原则进行操作,每隔45~60 min滑行一次,每次滑升高度不超过15 cm,每层混凝土铺料时变化下料顺序,每次滑升后用水平仪量测滑模是否在同一水平面上,如不在同一平面则在下一次滑升中及时纠偏,每滑升5m利用井口设置的重锤进行量测,以确保滑模不出现整体偏离,控制模板在整个滑升过程中的衬砌体形满足设计技术要求。
4 大体积混凝土施工
主厂房221.65 m高程以下为大体积混凝土,主要为肘管层、锥管层和蜗壳层混凝土。其特点为体积大、不易散热、混凝土温控要求高以及蜗壳阴角部位混凝土不易浇筑饱满等,因而在浇筑时要进行合理的分层、分块,保证混凝土间歇时间,降低混凝土温度,合理安排施工程序、进度和控制混凝土浇筑温度。大体积混凝土施工按以下原则进行:①优化混凝土配合比,采用低热水泥、双掺技术(掺入高效减水剂和粉煤灰)、三级配和低塌落度混凝土,以降低混凝土水化热。②合理分层分块,厂房大体积混凝土原则按1.5~3 m分层浇筑,对蜗壳底层分为四块,对称浇筑,阴角部位单独浇筑,并预埋二次混凝土回填管和灌浆管,确保蜗壳混凝土浇筑饱满。③采用温控措施降低混凝土出机口温度,并尽量安排低温季节(冬季)浇筑。④设定合理的浇筑间歇期,为使混凝土充分散热,间歇时间一般为5~7 d。⑤采取合理的混凝土入仓方式,浇筑主厂房大体积混凝土时尽量采用吊罐入仓,辅助溜管+缓降器和皮带机入仓,降低混凝土塌落度,节约成本。
5 免装修混凝土施工
为提高混凝土外观质量,主厂房、主变洞板梁框架柱、风罩、电缆竖井混凝土采用免装修混凝土。根据免装修混凝土质量要求,采取了以下措施:①选用优质的维萨模板,并制作成专用定型标准化模板;②优化混凝土配合比,降低水灰比,增大砂率,降低混凝土泌水率,增加混凝土和易性;③选用优质脱模剂,采用高级精练色拉油;④加强混凝土施工工艺,从混凝土下料、分层、平仓、振捣、养护、消缺和成品保护等各环节进行控制,使浇筑成型的混凝土达到免装修标准。
6 平洞混凝土施工技术
6.1 底板混凝土施工技术
为避免平洞底板混凝土出现水气泡、麻面、泛砂现象,在施工中采用翻转模板施工技术。本文主要对特大断面圆形洞室(Φ21 m)的底拱翻模技术作阐述。Φ21 m圆形洞室底拱120°范围翻模分为3个部分:左右32.74°范围立模、中间剩余54.52°范围不立模。立模段模板弧长为1.5 m,宽1.0 m,同一断面左右两边各由4块模板组合安装,底拱小翻模主要由模板、背肋、拉筋、样架、刮轨及支架等组成。Φ21 m底拱翻模主要采取以下控制措施:
(1)塌落度控制。混凝土浇筑采用泵送分层平铺入仓,浇筑层厚控制在50 cm以内,混凝土塌落度严格控制在10～14cm之间。
(2)浇筑顺序。先进行底部不立模段混凝土的浇筑,再浇筑立模段混凝土,为防止立模段混凝土浇筑时大量混凝土从不立模处溢出,在不立模段高程剩余20 cm后,从两侧立模段下料。
(3)平仓振捣。混凝土入仓后,人工及时平仓振捣;振捣棒作业时要求“快插慢提”,振捣控制以混凝土不再冒气泡且表面泛浆为宜。
(4)接缝部位处理。收仓后,边墙混凝土的浇筑高度应达到设计高程,且翻模后需拉线修直,确保底板与边顶拱钢模台车之间的结合部位平整顺直。
(5)翻模抹面。当混凝土强度达到0.2～0.3 MPa时,按混凝土浇筑顺序把模板逐块翻起,然后用泥铲进行原浆抹面,对混凝土表面抹平、压光,消除反弧段混凝土表面的水气泡、麻面等表面缺陷。
大断面底拱翻模技术改变了以往底拱混凝土采用液压台车施工方法,虽然结构简单,机械化程度低,但适应能力强,特别是在短隧洞、体形变化大、底拱与边顶同步作业时,更能体现其较大的灵活性及优越性。
6.2平洞边顶拱混凝土浇筑
平洞部分边顶拱混凝土衬砌主要采用穿行式钢模台车一次衬砌成型技术、简易台车配合移动式脚手架施工技术以及12 m×18 m车架式钢模台车一次衬砌成型施工技术。本文主要针对尾水隧洞特大圆形洞室的混凝土施工技术作重点阐述。
按1/2倍洞径和设计结构分块长度综合考虑,尾水隧洞标准段边顶拱分块长度为10.0 m。混凝土浇筑主要控制措施为:
(1)钢模台车在混凝土浇筑之前先涂刷精炼油脱模剂,以避免拆模时混凝土表面发生掉皮现象。为保证新老混凝土平顺搭接,减少错台,先浇块混凝土搭接处为“软搭接”,即用台车“裙边”搭接在上一块混凝土施工缝处,为防止搭接处漏浆挂帘,台车边模将高弹性塑料泡沫板压紧先浇块混凝土面。
(2)混凝土浇筑应从低到高分层进行,先从左、右两侧挂溜筒下料,下料高度不超过1.5 m。顶拱下料处用彩条布覆盖,以免混凝土散落在模板上。台车浇筑左右两侧同时均匀下料,两侧高差不大于0.5 m。腰线以下分层厚度控制在30~50 cm,混凝土塌落度控制在10~12 cm。台车180°线以下混凝土浇筑时,为保证浇筑饱满、密实,防止水气泡、水波纹现象的发生,采用的措施为:①在台车模板内侧面每隔1.5~2.0 m安装一台附着式振捣器辅助二次进行振捣;②降低混凝土塌落度,减少泌水现象,仓内及时排水;③薄层浇筑,控制浇筑速度,加强仓内振捣,特别在新老混凝土交界处。
(3)顶拱部位混凝土采用“退管法”浇筑,仓内导管宜采用1~1.5 m短管,以便拆接;要求在压力条件下进行封拱,以保证顶拱浇筑饱满。为防止顶拱超挖部位“退管法”回填混凝土浇筑形成封闭气室,以及因不断泵送混凝土而造成气室内压力过高发生台车破坏变形,在顶拱超挖最大的部位提前埋设排气管。
7 结语
龙滩水电站地下引水发电系统包含有世界级地下厂房、超深竖井(近225 m)、目前国内断面最大的斜井和尾水隧洞,也有直径约12 m的一般隧洞和断面较小的廊道,几乎概括了地下引水发电系统洞室群的全部内容,具有较强的代表性,经过龙滩工程地下引水发电系统几年来混凝土施工实践,有以下几点体会:
(1)选用新型的施工工艺和先进的施工方法对提高混凝土施工质量,解决特殊部位混凝土的质量、安全问题、加快工程施工进度、降低成本起着关键性作用。
(2)平洞翻模施工技术的应用具有灵活性强、技术难度低、操作工艺简单、施工进度快等特点,并可消除底拱水气泡、麻面等常见问题,保证了底拱混凝土质量。
(3)简易移动式多功能台车广泛运用于大断面、短洞室的顶拱混凝土施工、钢筋绑扎,避免了混凝土承重排架重复搭拆,具有设计简单、可操作性强等特点。
(4)液压钢铰线式斜井滑模施工技术,具有速度快、成型好、安全等特点,值得推广应用。
(5)混凝土施工是一个系统工程,严格控制每一道施工工序(工艺),做到精细化管理施工,这样混凝土才能达到内实外光,才能提高混凝土施工质量水平。
(6)合理的配合比,合理的分层、分块,严格的温控措施,是减少混凝土裂缝产生机率的有效手段。
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