楊 帆, 張 丹 萍, 鄭 勇

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左右岸對(duì)稱布置地下廠房，各安裝8臺(tái)單機(jī)容量為100萬(wàn)kW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。左岸地下廠房采用首部式開(kāi)發(fā)，引水隧洞為單機(jī)單洞、尾水兩機(jī)一洞的布置形式。

左岸尾水建筑物自上游至下游依次為尾水?dāng)U散段、尾水連接管(尾水管檢修閘門(mén)室布置在連接管中下游)、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞及尾水隧洞檢修閘門(mén)室、尾水出口。

尾水?dāng)U散段襯砌長(zhǎng)度為42.1 m，其上游與廠房尾水肘管相接，下游與尾水連接管相連，其高度及跨度自上游至下游逐漸變大，斷面形式由圓角矩形漸變?yōu)槌情T(mén)洞形，最小襯砌斷面為15.768 m×7.46 m(寬×高)，最大襯砌斷面為14 m×18 m(寬×高)。

尾水連接管每?jī)蓷l以“卜”形岔管形式在尾水調(diào)壓室底部交匯，合為1條尾水隧洞。為便于廠房機(jī)組及尾水管檢修，在尾水連接管中下游布置了檢修閘門(mén)井，尾水連接管經(jīng)尾水管檢修閘門(mén)井分為閘前段和閘后段，閘前段長(zhǎng)80.35～82.9 m，標(biāo)準(zhǔn)段襯砌斷面為城門(mén)洞形，斷面尺寸為寬14 m×高18 m；閘后段長(zhǎng)45.95～93.28 m，標(biāo)準(zhǔn)段襯砌斷面為倒角矩形，斷面尺寸為寬12 m×高18 m。在尾水連接管標(biāo)準(zhǔn)段和尾水管檢修閘門(mén)井段之間設(shè)有漸變段，長(zhǎng)度為15 m，城門(mén)洞形，襯砌斷面由14 m×18 m(寬×高)漸變?yōu)?2 m×18 m(寬×高)。尾水管檢修閘門(mén)井與尾水連接管相貫部位以下稱為尾水管檢修閘門(mén)井底部流道，該段長(zhǎng)15.1 m，閘門(mén)槽上游斷面為城門(mén)洞形，襯砌后的尺寸為12 m×18 m(寬×高)，下游斷面為倒角矩形，襯砌后的尺寸為12 m×18 m(寬×高)。

2 施工中的重難點(diǎn)問(wèn)題

筆者所述的尾水連接管及擴(kuò)散段按其結(jié)構(gòu)形式與布置特點(diǎn)的不同分為尾水?dāng)U散段、尾水連接管閘前段、尾水連接管漸變段、尾水管檢修閘門(mén)井底部流道、尾水連接管閘后段。在總長(zhǎng)度僅200 m左右的水工洞室中布置了4段體型結(jié)構(gòu)各不相同的洞段，給混凝土襯砌施工帶來(lái)了極大的難度。經(jīng)分析，所存在的主要施工重難點(diǎn)問(wèn)題為：

(1)尾水連接管體型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，單條洞室不僅閘門(mén)井前后斷面不一致，而且布置有轉(zhuǎn)彎段。對(duì)于大型水工隧洞，通常采用鋼筋鋼模臺(tái)車(chē)進(jìn)行襯砌施工[1]，而對(duì)于斷面多變的尾水連接管，若采取常規(guī)襯砌臺(tái)車(chē)，為滿足工程進(jìn)度要求，一條隧洞需要配置2套結(jié)構(gòu)形式不同的臺(tái)車(chē)以滿足閘前閘后兩種斷面的需要，致使臺(tái)車(chē)投入量成倍增加、施工成本增加。

(2)尾水?dāng)U散段以及尾水連接管漸變段均為漸變體型隧洞，一般采用鋼管腳手架作為承重體系，配定型鋼模板進(jìn)行襯砌施工，但由于洞室襯砌斷面大，需要搭設(shè)的腳手架工程量大，施工進(jìn)度控制難度大。

(3)尾水管檢修閘門(mén)井底部流道中包含兩種斷面形式，設(shè)計(jì)出的模板及其支撐體系既要滿足結(jié)構(gòu)體型和承載能力要求，又要施工便捷、高效；此外，由于閘門(mén)井作為尾水管閘后段的必經(jīng)之路，底部流道襯砌期間其下部通道必須保通，這些邊界條件均給方案設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的難度。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 尾水連接管混凝土襯砌施工

(1)施工方案研究。由于左岸尾水連接管閘前段和閘后段洞室跨度、斷面形式不相同并布置有轉(zhuǎn)彎段(閘前段轉(zhuǎn)彎半徑為45 m，閘后段轉(zhuǎn)彎半徑為25 m)，按照常規(guī)思路，需在閘前段及閘后段各配置1套相應(yīng)斷面形式的襯砌臺(tái)車(chē)，將造成臺(tái)車(chē)投入數(shù)量較多、安拆工程量較大的情況，不僅施工成本增加，而且臺(tái)車(chē)的安拆帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)也較高。

基于此，如何實(shí)現(xiàn)既滿足施工進(jìn)度，又能減少臺(tái)車(chē)投入的目的即成為該部位襯砌方案的主要研究方向。工程技術(shù)人員通過(guò)對(duì)閘前閘后段的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行仔細(xì)比對(duì)分析，提出了臺(tái)車(chē)共用主體結(jié)構(gòu)，針對(duì)結(jié)構(gòu)不同的頂拱部分采取個(gè)性化設(shè)計(jì)、模塊化制作、閘前閘后替換使用的方案，有效解決了該問(wèn)題。除此之外，針對(duì)斷面跨度不同的問(wèn)題，采用大行程油缸[2]予以解決，鋼筋臺(tái)車(chē)則采用頂部升降平臺(tái)及側(cè)面伸縮平臺(tái)的方式以適應(yīng)不同的斷面跨度。針對(duì)25 m及45 m半徑轉(zhuǎn)彎段洞室襯砌，臺(tái)車(chē)采用分節(jié)設(shè)計(jì)[3]，臺(tái)車(chē)與臺(tái)車(chē)之間采用螺栓連接，轉(zhuǎn)彎段混凝土澆筑時(shí)通過(guò)在中間增加楔形模板構(gòu)筑彎段體型[4]，在轉(zhuǎn)彎段行走時(shí)將臺(tái)車(chē)拆分開(kāi)、每節(jié)獨(dú)立行走，以保證轉(zhuǎn)彎段臺(tái)車(chē)的行駛空間。

(2)鋼模臺(tái)車(chē)混凝土襯砌施工。①～④尾水連接管為直線段，⑤⑥尾水連接管在閘門(mén)井前設(shè)有一處轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為45 m，⑦⑧尾水連接管在閘前段及閘后段各設(shè)有一處轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為45 m和25 m。綜合考慮尾水連接管襯砌段長(zhǎng)度、施工進(jìn)度要求、臺(tái)車(chē)轉(zhuǎn)彎等因素，尾水連接管標(biāo)準(zhǔn)段按照9 m/段進(jìn)行分倉(cāng)，每段襯砌分兩層澆筑——底板及60 cm高矮邊墻為1層，邊墻及頂拱為1層，按照 “先底板、再邊頂拱”的澆筑順序施工。邊頂拱混凝土采用臺(tái)車(chē)進(jìn)行澆筑，共配置2臺(tái)鋼筋臺(tái)車(chē)與2臺(tái)鋼模臺(tái)車(chē)，鋼筋安裝超前混凝土襯砌施工。其中，①～④尾水連接管臺(tái)車(chē)采用直段整體設(shè)計(jì)，配置1套鋼筋臺(tái)車(chē)(L=9 m)及1套鋼模臺(tái)車(chē)(L=9 m)，閘前段、閘后段共用；⑤～⑧尾水連接管采用分節(jié)設(shè)計(jì)，配置1套鋼筋臺(tái)車(chē)(L=9 m)與1套鋼模臺(tái)車(chē)(L=9 m)以及彎段楔形模板，閘前段、閘后段共用，能夠滿足彎段襯砌要求。

(3)閘后段臺(tái)車(chē)改造施工。尾水連接管閘后段臺(tái)車(chē)由閘前段臺(tái)車(chē)改制而成，具體實(shí)施方式如下：① 鋼筋臺(tái)車(chē)通過(guò)頂部升降平臺(tái)調(diào)整高度，側(cè)面伸縮平臺(tái)調(diào)整寬度，滿足閘前段及閘后段不同斷面鋼筋安裝的施工要求。② 鋼模臺(tái)車(chē)共用一套門(mén)架系統(tǒng)及邊墻模板，閘后段鋼模臺(tái)車(chē)頂拱模板采用新制、再相應(yīng)加高托架立柱即可。施工時(shí)，在其中一種斷面的混凝土襯砌完成后，只需將頂拱模板及其支撐系統(tǒng)替換即可滿足另一種斷面襯砌施工要求。閘前段洞室跨度為14 m，閘后段為12 m，單邊跨度相差1 m，采用大行程油缸，縮回時(shí)滿足閘后段襯砌尺寸，伸出時(shí)可滿足閘前段襯砌尺寸(圖1、2)。

圖1 閘前段襯砌臺(tái)車(chē)

圖2 閘后段襯砌臺(tái)車(chē)(由閘前段改制)

3.2 尾水?dāng)U散段混凝土襯砌施工

(1)施工方案研究。尾水?dāng)U散段為復(fù)雜漸變體型，一般采用鋼管腳手架作為模板承重支架，配定型鋼模板進(jìn)行澆筑。由于尾水?dāng)U散段體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，洞室最大高度達(dá)18 m，采用滿堂腳手架施工時(shí)，排架的最大搭設(shè)高度為16.1 m，最大搭設(shè)跨度為15.7 m，搭拆工程量大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工工期長(zhǎng)、投入成本大。

針對(duì)上述問(wèn)題，采用移動(dòng)式承重支架可減少排架的搭拆、縮短直線工期、降低施工成本，是最直接的改進(jìn)方法。但是，尾水?dāng)U散段跨度、高度以及體型呈線性漸變的結(jié)構(gòu)形式，給移動(dòng)式承重支架的設(shè)計(jì)帶來(lái)了較大困難。技術(shù)人員經(jīng)過(guò)細(xì)致研究，提出“中部移動(dòng)式主體排架+兩側(cè)及頂部補(bǔ)充排架”的折中方案，解決了該問(wèn)題，即按照擴(kuò)散段各斷面體型的交集部分設(shè)計(jì)成移動(dòng)的整體排架，再在主體排架的基礎(chǔ)上搭設(shè)兩側(cè)及頂部補(bǔ)充排架來(lái)滿足不同斷面體型模板支撐需要。如此實(shí)施，前一段襯砌完成后，只需拆除補(bǔ)充排架，然后移動(dòng)主體排架至下一段，再根據(jù)下一段斷面形式搭設(shè)補(bǔ)充排架即可。補(bǔ)充排架搭拆工程量遠(yuǎn)小于主體排架，基本實(shí)現(xiàn)了減小排架搭拆工程量、縮短直線工期、降低安全風(fēng)險(xiǎn)及施工成本的目的。

(2)尾水?dāng)U散段混凝土襯砌施工。單條尾水?dāng)U散段沿軸線分3倉(cāng)進(jìn)行澆筑，分倉(cāng)長(zhǎng)度分別為11.55 m、14.95 m、15.6 m，每個(gè)倉(cāng)段分層澆筑，第一段分為底板、邊頂拱兩層，第二、三段分為底板、邊墻、邊頂拱三層，澆筑順序?yàn)橄鹊装濉⒑筮呿敼?。其中，底板及底弧采用分段平鋪法澆筑，底弧部位采用翻模抹面工藝；邊墻采用雙排腳手架作為施工平臺(tái)，平面鋼模板立模澆筑；頂拱采用“移動(dòng)主體排架+補(bǔ)充排架”的支撐系統(tǒng)，配定型鋼模板立模澆筑。

中部主體排架采用扣件式鋼管腳手架或盤(pán)扣式腳手架，經(jīng)受力計(jì)算選取合適的立桿縱橫距以及水平桿步距。補(bǔ)充排架為漸變排架，采用扣件式鋼管腳手架，可裁截對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的立桿滿足體型變化要求。主排架搭設(shè)完成后，在其基礎(chǔ)上搭設(shè)補(bǔ)充排架，在排架上部安裝定型拱架及定型模板。第一倉(cāng)混凝土襯砌完成后，拆除頂拱模板、拱架及補(bǔ)充排架，利用電動(dòng)葫蘆將剩余移動(dòng)式排架整體遷移至下一倉(cāng)位置，然后根據(jù)洞室襯砌結(jié)構(gòu)在主體排架兩側(cè)搭設(shè)補(bǔ)充排架，再安裝相應(yīng)的定型拱架及模板進(jìn)行混凝土襯砌施工。

排架移動(dòng)是通過(guò)澆筑底板時(shí)預(yù)留的一排灌漿孔插入φ48鋼管(內(nèi)充填砂漿)作為排架牽引的固定點(diǎn)，電動(dòng)葫蘆一端固定于插入的鋼管上，另一端固定在移動(dòng)排架的牽引點(diǎn)上。移動(dòng)排架前，先將排架托撐、斜撐、支撐收縮10 cm左右，再同時(shí)操作電動(dòng)葫蘆鏈條牽引排架整體移動(dòng)。

3.3 尾水管檢修閘門(mén)井底部流道混凝土襯砌

(1)施工方案研究。尾水管檢修閘門(mén)井底部流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(zhǎng)度為15 m，分為門(mén)槽前城門(mén)洞形、門(mén)槽直墻以及門(mén)槽后倒角矩形三種斷面，常規(guī)采用承重排架配定型模板施工的方案。但由于尾水閘門(mén)井下部需要保持通道通暢，采用滿堂紅承重排架施工會(huì)對(duì)施工通道造成影響，但在排架下部預(yù)留門(mén)洞對(duì)承載能力又有影響。

經(jīng)研究決定，最終決定采用預(yù)埋定位錐懸掛定型型鋼拱架支撐、定型鋼模板拼模澆筑的方案。即先采用雙排腳手架配平面鋼模板將邊墻澆筑至起拱線以下的適當(dāng)部位，在最后一層倉(cāng)內(nèi)埋設(shè)定位錐，利用定位錐將型鋼拱架固定在混凝土墻壁上。定位錐需具備足夠的抗拉拔及抗剪強(qiáng)度。定型拱架的自身強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性應(yīng)滿足承載能力。在定型拱架上鋪裝定型模板，模板的居中及高程調(diào)整分別通過(guò)定型拱架上配裝的橫移油缸和頂升油缸完成。

(2)尾水管檢修閘門(mén)井底部流道混凝土襯砌施工。尾水管檢修閘門(mén)井底部流道混凝土分為底板、邊墻和邊頂拱進(jìn)行澆筑。其中，底板+60 cm矮邊墻作為一層，邊墻分三層，層高分別為4.5 m 、4.5 m和5.05 m，最后剩余的邊墻及頂拱為一層。

底板采用布料機(jī)入倉(cāng)，平面鋼模板立模澆筑；邊墻采用雙排腳手架作為施工平臺(tái)，平面鋼模板立模澆筑；頂拱采用定型型鋼拱架支撐，定型鋼模板拼模澆筑。

頂拱混凝土澆筑采用的定型型鋼拱架由定型拱圈、托架、平移機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)、門(mén)架、支座、千斤頂及工作梯等組成。定型拱架上部載荷通過(guò)模板→千斤頂→橫梁→斜撐→支座→預(yù)埋組件的順序最終傳遞到邊墻上，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

施工時(shí)，先安裝預(yù)埋組件，通過(guò)全站儀控制預(yù)埋組件的安裝精度并保證安裝誤差≤1 cm。預(yù)埋組件通過(guò)高強(qiáng)螺栓與支座連接，相鄰支座間距誤差≤1 cm。邊墻混凝土達(dá)到10 MPa強(qiáng)度后，按照橫梁及支撐安裝→封閉平臺(tái)安裝→托架及拱圈安裝→模板安裝的順序進(jìn)行定型鋼拱架其余組件的安裝。最后，在定型拱架上鋪裝定型模板，模板之間采用M12螺栓連接并用8#鉛絲固定在拱架上。模板安裝完成后，利用橫移油缸及頂升油缸調(diào)節(jié)模板的水平位置及高程到設(shè)計(jì)輪廓線，經(jīng)測(cè)量校驗(yàn)滿足要求即可。

圖3 定型鋼拱架支撐系統(tǒng)示意圖

采用定型型鋼拱架配定型鋼模板方案解決了尾水管檢修閘門(mén)井流道部分頂拱襯砌期間下部通行問(wèn)題，且成品構(gòu)件安裝效率高，承載能力強(qiáng)，襯砌后實(shí)測(cè)頂拱模板的最大沉降不大于3 mm。

4 結(jié) 語(yǔ)

在白鶴灘水電站左岸尾水連接管、尾水?dāng)U散段及尾水管檢修閘門(mén)井底部流道混凝土襯砌施工中，技術(shù)人員研制出一種多斷面一體式襯砌臺(tái)車(chē)[5]澆筑尾水連接管混凝土，該臺(tái)車(chē)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)與簡(jiǎn)單改造即能夠適應(yīng)變跨、變弧襯砌及彎道變化[6]，滿足單條洞室多斷面持續(xù)混凝土澆筑施工需求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；設(shè)計(jì)了適合漸變洞室混凝土襯砌施工的可移動(dòng)式排架系統(tǒng)，減少了滿堂承重腳手架的搭拆時(shí)間，有效縮短了施工工期；在尾水管檢修閘門(mén)井底部流道襯砌中設(shè)計(jì)了定位錐懸掛定型型鋼拱架支撐系統(tǒng)，解決了襯砌期間下部通道的安全問(wèn)題，解除了施工干擾，成品構(gòu)件安裝高效、質(zhì)量可靠。以上有針對(duì)性的施工技術(shù)解決了該工程復(fù)雜斷面形式尾水管及擴(kuò)散段混凝土襯砌施工的難題，對(duì)類似工程施工具有一定的參考價(jià)值。