關盛旺

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引言

引水隧洞豎彎段混凝土襯砌的模板為異型模板，一般采用竹膠板或鋼模板，同時因為引水隧洞流速較大，對混凝土的澆筑質(zhì)量和耐久性要求較高。

1 工程概況

津巴布韋卡里巴南岸擴機工程在2018年順利按期竣工和投產(chǎn)，為“一帶一路”典范工程項目，入選2020年度國家優(yōu)質(zhì)工程獎（境外工程），產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會效益。

此工程是在原有電站的基礎上，新建一套引水發(fā)電系統(tǒng)，共安裝2臺15×104kW混流式水輪發(fā)電機組，采用“一機一洞”布置，新建7#和8#引水隧洞，引水隧洞由進口漸變段、上平段、豎井段和上下彎段、下平段和鋼管段組成，工程引水隧洞布置見圖1。引水隧洞為圓形斷面，襯砌后直徑7.50 m，引水隧洞上平段軸線間距為26 m，下平段軸線間距為20 m，隧洞設計流速為4.26 m/s。引水隧洞沿線出露的地層巖性主要為寒武系黑云母片麻巖、長石石英巖及第四系全新統(tǒng)松散堆積物，隧洞沿線斷裂不發(fā)育，但沿線小褶皺較發(fā)育，巖層產(chǎn)狀變化較大，豎井段和彎段以Ⅱ類圍巖為主。

圖1 工程引水隧洞布置圖

上下彎段的幾何特征為：7#、8#引水隧洞的上彎段、豎井段和下彎段軸線長度分別為93.76 m和92.80 m，其中上彎段長度為37.28 m，下彎段長度為39.15 m，豎井段長度分別17.33 m和16.38 m，其中7#引水洞CH7+250.37（對應8#引水洞CH8+264.17）上游側混凝土襯砌設計厚度為40 cm，下游側混凝土襯砌設計厚度為60 cm，混凝土施工縫設置PVC 止水，其混凝土強度等級為H30（相當于C37），鋼筋保護層為75 mm。

引水隧洞豎彎段施工的特點有：體型結構復雜，需要專門制作模板；長期受高速水流沖刷，對表面摩阻和混凝土質(zhì)量要求高；工期緊張，如產(chǎn)生延誤將直接影響引水系統(tǒng)充水和發(fā)電機組調(diào)試；正處于下平段壓力鋼管運輸安裝、廠房發(fā)電機混凝土澆筑、地下調(diào)壓井開挖，交叉作業(yè)多，地下交通流量大，施工相互干擾大，洞內(nèi)施工效率低。

2 施工規(guī)劃和分倉

7#、8#引水洞上彎段平均分為4倉，每倉軸線長度為9.32 m，豎井段平均分為兩倉，其中7#引水洞豎井段單倉長度為8.66 m，8#引水洞豎井段單倉長度為8.19 m，下彎段平均分為4倉，單倉軸線長度為9.79 m。上彎段最上游兩段為單層鋼筋，設計混凝土厚度為40 cm，其余為雙層鋼筋，設計混凝土厚度為60 cm。因上彎段第一段和下彎段最后一段坡度較緩，分為上下兩層進行澆筑，即先澆筑120°底拱，再澆筑剩余邊頂拱，其余段均全斷面澆筑。

混凝土襯砌施工從下游向上游的澆筑順序，即：下彎段→豎井段→上彎段。因引水隧洞8#上平段的要先于7#上平段封堵，所以首先開始8#下彎段的襯砌，7#下彎段延后一個月左右開始，同時因8#引水洞下彎段最后一倉混凝土距離5#支洞口較近，為了減少施工干擾，先不施工8#下彎段最后一倉，上彎段混凝土襯砌完成后再返回施工。

3 模板規(guī)劃

上下彎段斷面為中心轉(zhuǎn)彎半徑25 m 的空心環(huán)面，模板為異型模板，因循環(huán)次數(shù)少，采用工廠定制大型模板很不經(jīng)濟，同時根據(jù)海外項目物資材料匱乏且供應周期長等特點，在現(xiàn)場加工異型模板是最符合實際的方案。兩條隧洞的上彎段和下彎段的幾何尺寸相同，但上下彎段分倉中心線長度不同，采用增加邊條模板的方法組合成模數(shù)，使每套模板可以分別用在上下彎段。兩條隧洞彎段幾乎平行施工，需要制作兩套模板。

3.1 8#引水隧洞彎段模板

采用標準P3015舊鋼模切割、加工成彎段異型模板，循環(huán)使用、每塊P3015鋼模板按照不同的尺寸切割成2塊小模板，每7～8塊小模板拼接成1條條帶，一個環(huán)由對稱的10條條帶組成，環(huán)的外徑為混凝土面的最終澆筑直徑。用14套模板環(huán)拼裝成彎段。最終在倉面上拼裝出一澆筑倉彎段的體型，模板設計長度比下彎段每澆筑倉的軸線長度長5 cm。彎段模板拼裝見圖2。

圖2 彎段模板拼裝圖

3.2 7#引水隧洞彎段模板

8#引水隧洞彎段模板在澆筑拆模后出現(xiàn)變形嚴重的情況，不能滿足循環(huán)次數(shù)的要求同時會影響進度和外觀質(zhì)量。根據(jù)此情況，原計劃用于加工7#彎段鋼模的鋼模板僅用于替換損壞的8#彎段模板，及時調(diào)整7#模板為鋼框鋼面板方案，利用現(xiàn)場現(xiàn)有的角鋼和第三國采購的3 mm厚鋼板，按照相同的尺寸進行下料和加工。鋼框架用5×5 角鋼在預先加工的模架上焊接以保證精度，角鋼彎弧采用15～20 cm切割缺口彎曲成型后焊接。每塊彎曲模板的矢高約為60 mm，3 mm 鋼板面板可用人力彎制成形。鋼框鋼面板模板單位面積重量較大，將原來一塊模板分割成兩塊，增強了模板運輸和安拆過程中的便利性。鋼框鋼面板異型模板剛度明顯增大，使用壽命更長。制作模板的鋼材易于回收再利用，減少了材料的無效損耗。

3.3 豎井段

豎井段為標準圓筒形，采用P3015 鋼模板拼圓，使用鋼管背帶控制模板的襯砌斷面。

4 施工方法

4.1 清基及施工縫處理

混凝土澆筑前，要清除巖基上的雜物、松動巖石，壓力水沖洗干凈并排干積水。施工縫人工鑿毛，清除縫面上所有浮漿，用壓力風沖洗干凈，保持清潔、濕潤。

在下彎段混凝土施工前需對技術性超挖部分進行混凝土回填，不得超過設計開挖面，坡度較大的部位澆筑成臺階，表面進行鑿毛處理以利于與隧洞襯砌混凝土的結合和增長地下水滲徑。上彎段在開挖期間因滿足反井鉆機施工空間和安裝卷揚機滑輪的超挖部分，將與上彎段混凝土一起回填澆筑，預留排氣管利于將超挖空洞澆筑充實。

4.2 測量放線

首先搭設施工腳手架，垂直于隧洞巖壁按照1.50 m×1.50 m的間距打設插筋，用全站儀進行放線，在每根插筋上放樣出混凝土表面控制點，鋼筋安裝完成后，再次校核混凝土表面定位點，在綁扎的鋼筋上安裝混凝土保護層墊塊，對混凝土模板面進行定位并做好復核和抽查。

4.3 引水隧洞彎段鋼筋

除上彎段第1、2 倉為單層鋼筋外，為雙層鋼筋布置，環(huán)向筋為T25（相當于四級鋼筋），分布鋼筋為T20，按照工程技術要求，結構鋼筋必須使用搭接或機械連接。鋼筋在加工廠統(tǒng)一制作，鋼筋加工后編號用汽車運至工作面，下彎段下游三個倉號的鋼筋從5#支洞運輸至下彎段附近，人工配繩索垂直吊運至工作面，其余倉號的鋼筋均從1#支洞運輸至上彎段附近，然后人工配繩索吊送至工作面。

在插筋上焊接架立筋，在架立筋上逐步安裝結構鋼筋，保證其在混凝土澆筑過程中不發(fā)生變形和移位；鋼筋由人工采用綁扎方法進行搭接。采用預制的混凝土墊塊，安裝在鋼筋和模板之間控制鋼筋保護層厚度，接地與預埋件的安裝在鋼筋安裝期間穿插進行。

4.4 止水帶安裝

施工縫中設置PVC止水帶，止水帶環(huán)向布置，采用止水卡進行固定牢固，防止?jié)仓^程中的移動。止水帶外側的封堵模板要與巖壁接觸嚴密并封堵，防止?jié)仓r漏漿。

4.5 腳手架及模板安裝

彎段異形模板在加工廠制作，用平板汽車運輸至現(xiàn)場進行安裝。模板在倉號內(nèi)安裝，由下部向上部拼接，先拼接下部一環(huán)，然后順序向上拼接，拼接的模板可由鋼管背帶和拉桿對模板位置和體型進行調(diào)整，模板橫向背帶鋼管間距為40～54 cm，為彎制成外皮半徑為3.69 m的直徑φ48 mm鋼管，縱向背帶人工在現(xiàn)場調(diào)整彎曲φ48 mm雙排鋼管而成，間距為60 cm，模板采用焊接在插筋上的拉筋進行加固。模板接縫間采用雙面膠進行密封，模板使用前需涂刷脫模劑。頂部模板支撐用φ48 mm 鋼管按間距80 cm×80 cm左右搭設排架，跨距為1 m，并按規(guī)范要求設置剪刀撐。

4.6 澆筑準備及驗倉

澆筑前準備工作主要有施工平臺搭設、混凝土泵管架設、清倉沖洗、振搗設備和施工照明等。混凝土澆筑前應確保鋼筋、預埋管、接地件的正確安裝，鋼筋保護層滿足要求、模板位置校核合格、模板支撐牢固，經(jīng)質(zhì)檢人員驗收合格后澆筑混凝土。

4.7 混凝土澆筑

此工程混凝土設計強度較高，為減少施工期間的水化熱溫升防止溫度裂縫，優(yōu)化混凝土配合比，摻加30%的粉煤灰，同時添加高效減水劑，減少了水化熱的產(chǎn)生。

混凝土入倉采用泵送方式，1臺HBT60混凝土拖泵布置在靠近倉號的位置，同時具備便于混凝土攪拌運輸車的調(diào)頭空間?；炷镣ㄟ^工作窗入倉和振搗，澆筑時遵循由低到高的原則，每澆筑層厚度不大于30 cm，兩側均衡上升，其高差控制在50 cm以內(nèi)。邊墻采用插入式振搗器，頂拱安裝間距2～2.50 m附著式振搗器振搗?；炷翝仓r要保持連續(xù)澆筑，覆蓋及時，避免形成冷縫。

4.8 混凝土養(yǎng)護和施工期保護

新澆混凝土滿足規(guī)定強度后拆模，模板拆除完成后立即涂刷養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護。在引水隧洞彎段襯砌期間，下游約200 m處有通風豎井和地下式調(diào)壓室正在爆破開挖施工，為保護新混凝土，一方面采取控制最大單段藥量、改善裝藥結構、優(yōu)化網(wǎng)絡結構、采取預裂爆破等措施降低爆破振動，另一方面對每次爆破振動進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果驗證爆破參數(shù)的設置。

5 結語

在工程整體工期緊張的情況下，前后經(jīng)過6個月順利完成兩條隧洞彎段和豎井段混凝土襯砌，滿足工期和質(zhì)量目標，有力保障了引水隧洞上平段封堵的節(jié)點工期目標，驗證了此施工方法的科學和有效性。

根據(jù)施工現(xiàn)場的實際條件和供應情況，選擇合適的施工方案是保證項目工期和質(zhì)量目標的重要前提；在工程實施過程中，預定方案并非一成不變，要根據(jù)實際情況及時進行修正和調(diào)整，如此例中由建筑鋼模板及時優(yōu)化為鋼框鋼模板方案，確保了彎段襯砌工作的順利實施。