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(fā)電為主，兼顧防洪、攔沙、改善庫區(qū)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(fā)電建筑物等組成，總裝機(jī)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(nèi)龍落尾型式。泄洪洞由進(jìn)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(nèi)“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(nèi)，龍落尾段設(shè)置了四道摻氣坎。洞內(nèi)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(shè)計(jì)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(jìn)口塔基以弱下風(fēng)化、無卸荷～微新巖體為主，塔基巖體質(zhì)量主要屬Ⅲ1類，外側(cè)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(cuò)動(dòng)帶發(fā)育部位和進(jìn)出口段為Ⅲ2、Ⅳ類，圍巖穩(wěn)定性較好；出口邊坡整體穩(wěn)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(shè)計(jì)溫控要求，夏季采用預(yù)冷混凝土，出機(jī)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(jìn)水塔、有壓段、工作閘門室、無壓上平段混凝土平整度設(shè)計(jì)控制指標(biāo)為5mm，龍落尾段、出口明渠及挑坎過流面混凝土平整度設(shè)計(jì)控制指標(biāo)為3mm。

二、工程技術(shù)特點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）泄洪洞工程具有高水頭、大流量、高流速、高標(biāo)號(hào)、大斷面、大坡度（洞內(nèi)龍落尾型式，坡度達(dá)22.46°）等特點(diǎn)，泄洪洞運(yùn)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(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，錯(cuò)動(dòng)帶產(chǎn)狀平緩，對(duì)大斷面洞室頂拱圍巖穩(wěn)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(wěn)定問題突出。

（3）設(shè)計(jì)針對(duì)高水頭、大流量、高流速特點(diǎn)采用了高標(biāo)號(hào)抗沖耐磨混凝土，進(jìn)行了流道優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)置了4道摻氣坎、3個(gè)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(zhì)量要求，要求接縫好、裂縫少、氣泡小、表層密實(shí)，設(shè)計(jì)溫控指標(biāo)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(duì)施工設(shè)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(diǎn)，摻氣坎結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，各坎設(shè)計(jì)參數(shù)不同，模板及體型控制困難，對(duì)混凝土澆筑鋼模臺(tái)車、鋼筋臺(tái)車、異型模板的設(shè)計(jì)、制作、安裝、運(yùn)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(shù)創(chuàng)新

武警水電部隊(duì)響應(yīng)溪洛渡工程建設(shè)部提出的“創(chuàng)建西部典范工程”號(hào)召，緊緊圍繞“體形精準(zhǔn)、平整光滑、高強(qiáng)耐磨、減少缺陷”這一主題開展了大量的技術(shù)研究與創(chuàng)新工作，在確保質(zhì)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(xiàng)國家實(shí)用新型專利、五項(xiàng)省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)，形成工藝工法二十余項(xiàng)，多項(xiàng)工藝和措施達(dá)到國家先進(jìn)水平，而且無壓段邊墻常態(tài)混凝土澆筑系統(tǒng)、龍落尾陡坡牽引臺(tái)車更是國內(nèi)首創(chuàng)，創(chuàng)造了泄洪洞工程施工新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝，施工質(zhì)量優(yōu)良，混凝土體型、平整度滿足設(shè)計(jì)要求，且無裂縫的發(fā)生，達(dá)到了專家組提出的抗沖耐磨混凝土內(nèi)實(shí)外光的要求。

（1）開挖嚴(yán)格控制鉆孔精度和裝藥參數(shù)

洞身開挖采用分層分序開挖，頂拱開挖采用了光爆技術(shù)，無壓段中層開挖采用了直墻預(yù)裂爆破技術(shù)，底板開挖采用了水平光爆技術(shù)，開挖中抓住鉆孔精度和裝藥參數(shù)兩個(gè)確保質(zhì)量的關(guān)鍵，鉆孔過程中采取搭設(shè)樣架、測量定位、鉆孔分區(qū)責(zé)任到人的措施嚴(yán)格控制鉆孔精度，通過生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)確定裝藥參數(shù)，嚴(yán)格控制裝藥結(jié)構(gòu)，創(chuàng)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(yōu)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(zhì)量的頑疾，由于氣泡的存在，會(huì)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(jìn)取，開展了大量的工藝試驗(yàn)研究，有壓段底板采用翻模施工工藝，定型弧形模板，設(shè)計(jì)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(nèi)，通過旋動(dòng)螺栓調(diào)節(jié)模板安裝高度，翻模后即將頂撐螺栓拆卸；發(fā)明了加長螺桿取代接安螺栓，既滿足了模板安裝調(diào)節(jié)要求，又可在拆卸模板時(shí)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(tái)車澆筑，從優(yōu)化混凝土配合比、打磨混凝土搭接面、貼雙面膠、改進(jìn)臺(tái)車面板底腳支撐系統(tǒng)、調(diào)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(fù)振工藝，有效消減了氣泡，消除了麻面，提高了表觀質(zhì)量。高溫季節(jié)為降低倉內(nèi)環(huán)境溫度，達(dá)到控制澆筑溫度、降低混凝土內(nèi)部溫升的目的，在臺(tái)車上安裝了大功率移動(dòng)式空調(diào)，向倉內(nèi)輸送冷氣，對(duì)控制倉內(nèi)環(huán)境溫度和澆筑溫度進(jìn)而降低混凝土內(nèi)部溫升，使其內(nèi)部溫度得到有效控制，同時(shí)有效改善了工作環(huán)境。發(fā)明了移動(dòng)噴霧式養(yǎng)護(hù)臺(tái)車，保證了混凝土養(yǎng)護(hù)效果，且節(jié)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(nèi)首家實(shí)現(xiàn)大斷面邊墻常態(tài)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(nèi)同期項(xiàng)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(nèi)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(jīng)濟(jì)可行的辦法。實(shí)際施工中控制溫度裂縫產(chǎn)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(chuàng)新使用了大斷面臺(tái)車常態(tài)混凝土供料系統(tǒng)，國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)大斷面邊墻臺(tái)車常態(tài)混凝土入倉澆筑。采用自卸車運(yùn)輸、長臂正鏟提升混凝土，雙向可逆式皮帶機(jī)供料系統(tǒng)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(dá)35kg，在降低了混凝土材料成本及運(yùn)輸成本的同時(shí)，減少混凝土水化熱，降低了最大溫升。同時(shí)，通過通冷卻水、長流水養(yǎng)護(hù)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(nèi)，低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值近4攝氏度。有效降低混凝土溫度開裂風(fēng)險(xiǎn)，減少溫度裂縫，提高了混凝土質(zhì)量。已全部施工完成的右岸泄洪洞無壓段邊墻迄今仍未發(fā)現(xiàn)一處溫度裂縫，大斷面臺(tái)車常態(tài)砼供料系統(tǒng)也獲批國家實(shí)用新型專利。

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

泄洪洞龍落尾體形極其復(fù)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(xué)特性十分復(fù)雜，在龍落尾末端達(dá)到最大流速50m/s。設(shè)計(jì)對(duì)龍落尾段的混凝土質(zhì)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(gè)等級(jí)。

為解決陡坡澆筑的難題，武警水電部隊(duì)集中技術(shù)力量攻克四道技術(shù)難關(guān)，改變了常規(guī)分縫設(shè)計(jì)，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(chǔ)約束，有利于混凝土防裂。發(fā)明了邊墻混凝土供料及提升系統(tǒng)澆筑C9060W8F150二級(jí)配低坍落度硅粉混凝土，并執(zhí)行二次復(fù)振施工工藝。設(shè)計(jì)了JMM55t摩擦式卷揚(yáng)機(jī)雙倍率牽引200噸級(jí)邊墻鋼模臺(tái)車及JMM20t摩擦式卷揚(yáng)機(jī)六倍率牽引190噸級(jí)頂拱鋼模臺(tái)車，滿足了最大過坎坡度26.48度的臺(tái)車行走，邊墻臺(tái)車發(fā)明了定向支撐液壓油缸，防止了臺(tái)車面板在斜坡上運(yùn)行時(shí)發(fā)生扭曲并利于脫模，設(shè)計(jì)了保險(xiǎn)絲桿、無主繩鋼繩防墜器、彈簧式液壓夾軌器，保證臺(tái)車在斜坡上安全運(yùn)行。發(fā)明了懸臂隱軌式拖模臺(tái)車，創(chuàng)造了陡坡底板一次拖模成型施工工法。對(duì)摻氣坎復(fù)雜體型設(shè)計(jì)專用異型鋼模板及其支撐系統(tǒng)。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(fā)生溫度裂縫。龍落尾混凝土施工效果見泄洪洞鋼筋臺(tái)車施工圖、龍落尾混凝土澆筑效果圖。

泄洪洞鋼筋臺(tái)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(nèi)外模一體式鋼模臺(tái)車一次澆筑成型

泄洪洞出口明渠段邊墻內(nèi)外側(cè)均為臨空面，國內(nèi)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(cuò)臺(tái)大、進(jìn)度慢等一系列問題。武警水電部隊(duì)研究設(shè)計(jì)了明渠邊墻內(nèi)外模一體式鋼模臺(tái)車，使明渠邊墻內(nèi)外兩側(cè)臨空面均使用鋼模臺(tái)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(jìn)度，提高了混凝土外觀質(zhì)量。施工效果見施工中的泄洪洞出口圖。

（6）研發(fā)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(cè)邊墻為圓弧曲線，無法采用鋼模臺(tái)車澆筑，為有效解決由于多卡懸臂模板帶來的搭接縫錯(cuò)臺(tái)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(shí)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(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)漏漿，既克服了常規(guī)懸臂模板在層間結(jié)合處易產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)、漏漿和掛簾的通病，又較翻轉(zhuǎn)模板更經(jīng)濟(jì)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(xì)的工藝控制理念

泄洪洞在國家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)上提出了更高的要求，在規(guī)范規(guī)定的基礎(chǔ)驗(yàn)收、鋼筋、埋件、模板、澆筑等驗(yàn)收的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，將混凝土施工的全過程根據(jù)實(shí)際情況細(xì)分為十余個(gè)驗(yàn)收項(xiàng)目，重點(diǎn)增加了臺(tái)車面板搭接縫面驗(yàn)收、軌道驗(yàn)收、成型混凝土保護(hù)等檢查項(xiàng)目，并制定了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)書。尤其是臺(tái)車搭接縫面驗(yàn)收第一次作為硬性的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在質(zhì)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(jīng)驗(yàn)收合格才允許臺(tái)車就位，確保搭接緊密。各項(xiàng)目在施工過程中跟蹤檢查驗(yàn)收，跟進(jìn)整改。嚴(yán)格保證了一次驗(yàn)收合格率在95%以上，不僅提高了施工質(zhì)量，也加快了施工進(jìn)度。

（8）科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩?yàn)收體制

泄洪洞龍落尾段施工，嚴(yán)峻的安全形勢對(duì)傳統(tǒng)的安全管理方式提出了極大的挑戰(zhàn)，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(shù)理論做支撐的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制成為安全管理的重要支撐依據(jù)。通過檢測等技術(shù)手段和計(jì)算方法，推算出相應(yīng)的安全系數(shù)，對(duì)比規(guī)范要求后再進(jìn)行管理決策。同時(shí)，通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法和重點(diǎn)分析論證，推算出在建作業(yè)面安全隱患，確定重點(diǎn)危險(xiǎn)源，并經(jīng)過論證排序、制定完善措施，定期進(jìn)行檢查和匯報(bào)，確保萬無一失。

四、結(jié)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(xiàng)目中應(yīng)用并已發(fā)展成熟，但易導(dǎo)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(xiàn)裂縫的概率大。通過本工程的技術(shù)、設(shè)備、工藝等創(chuàng)新，有效解決了溫度控制、混凝土體型控制、表觀質(zhì)量及大坡度大型臺(tái)車運(yùn)行安全等四大技術(shù)難題。

（1）進(jìn)水口、漸變段、摻氣坎等異型曲線段、不規(guī)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(jié)合的措施，確保了混凝土結(jié)構(gòu)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(jìn)行人工收面、抹面壓光，較好地控制了底拱混凝土結(jié)構(gòu)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(jī)收面、人工抹面壓光工藝，較好地控制了底板混凝土結(jié)構(gòu)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(yù)冷混凝土、倉面空調(diào)降溫、通冷卻水、長流水養(yǎng)護(hù)、低熱水泥等溫控制措施，對(duì)減少混凝土溫度裂縫非常有效，對(duì)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(tái)車邊墻一次澆筑成型，加大臺(tái)車面板厚度，提高臺(tái)車模板剛度，實(shí)行二次復(fù)振施工工藝，有效控制混凝土搭接及錯(cuò)臺(tái)，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(zhì)量優(yōu)良。

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