导流洞混凝土衬砌主要施工技术

导流洞混凝土衬砌主要施工技术

陈利超  张成  贺之南

中国水利水电第十一工程局有限公司   河南省郑州市  450000

摘要：导流洞是水电站建设中应用最为广泛的一种形式，导流洞的施工质量是非常重要环节之一，关系到整个工程的质量与安全。导流洞边顶拱混凝土施工部位分散，战线较长，组织协调难度大且工作面分散，许多工作面同浇筑同时进行，工期紧，人员组织、设备投入等需求量大。基于此，本文结合实际工程案例，探讨导流洞混凝土衬砌主要施工技术，希望能为相关工作人员提供一定的参考。

关键词：导流洞；混凝土；衬砌施工

引言

混凝土衬砌的表面质量要求高，须处理好结构及施工接缝，做好施工过程质量控制是关键，尽可能减少后期缺陷处理。同时，本工程施工工序繁杂，边顶拱浇筑与底板基础开挖、底板浇筑、基础处理同时搭接施工，特别是底板浇筑和边顶拱衬砌均采用两头对向衬砌。各工序干扰较大，施工人员应该科学合理地安排施工进度，灌浆施工尽量安排在后期集中进行施工。施工强度高、做好施工协调是本工程混凝土浇筑施工关键。

1工程概况

朱利叶斯•尼雷尔水电站（原名鲁富吉水电站）位于坦桑尼亚联合共和国东南部Rufiji河上，鲁富吉河是坦桑尼亚的最大河流，总流域面积177000 km²，西起姆贝亚、东至印度洋，河道长达700km。电站工程区位于Rufiji河下游的Stiegler峡谷河段，距坦桑尼亚旧首都达累斯萨拉姆交通公路里程约350km。

该项目主要用于发电、防洪、灌溉等，以发电为主，为I等大（1）型水电站，电站总装机容量2115MW。水库坝顶高程190m，死水位163m，正常蓄水位184.00m，正常蓄水位对应库容约为307亿m3，总库容368亿m3，为多年调节水库。枢纽建筑物主要由拦河坝、右岸1~4号副坝、右岸引水隧洞及地面厂房、400KV开关站、交通桥及永久运营村等组成，其中拦河坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高131m。

拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝基高程59.0m，坝顶高程190.0m，防浪墙顶高程191.2m，最大坝高131.0m，坝顶宽度10m，坝顶全长1025m。泄水建筑物由坝顶溢流表孔、坝身泄水中孔、坝身泄水底孔及垭口辅助溢洪道组成。溢流表孔堰顶高程为163.0m，共7孔，孔口尺寸为15m×21m（宽×高）；泄水中孔共2孔，底部高程为110.0m，孔身直径为7m，出口直径为5.0m，中孔一般不参与泄洪，主要用于紧急情况降低库水位；泄水底孔共5孔，底部高程为70.4m，孔身直径为2.2m，底孔主要作为下闸蓄水期间生态流量的下放设施，后期进行封堵。

大坝施工期间导流方式采用围堰一次拦断河床、隧洞导流，在左岸布置一条导流洞，导流洞为城门洞形，衬砌后断面尺寸为12×17m（宽×高）。

由于2019年12月24日、2020年1月25日、2020年3月5日三次发生超标洪水，洪水翻过导流洞进、出口围堰，导流洞有效施工时段缩短，导流洞施工工期比原计划工期滞后6个月。放在导流洞进口附近的一台钢模台车被洪水冲走，加之国内冠状病毒疫情正处于高发期，再从国内采购一台钢模台车已赶不上施工需求，项目部为了进行赶工，导流洞上游侧边墙采用翻升模板、建筑钢模板、竹胶板衬砌，顶拱利用坦桑尼亚当地的现有材料，自制两台顶拱钢模台车进行衬砌；下游侧用仅剩的一台液压钢模台车全断面进行衬砌，要在2020年11月初全部完成导流洞衬砌施工，实现汛前截流，项目和现场采取了一定的技术措施，提升了衬砌施工效率。希望类似项目推广应用。

2导流洞衬砌方案的确定

坦桑尼亚朱利叶斯•尼雷尔水电站导流洞洞身总长703.76m，0+000.00-0+050.00段为进口渐变段，共3仓，衬砌厚度2.5～0.8m；0+050.00-0+264.71为上游段，共18仓，混凝土衬砌厚度为0.8m；0+264.71-0+304.71为封堵段，共4仓，混凝土衬砌厚度为1.5～3.0m，0+304.71-0+703.76为下游段，混凝土衬砌厚度为0.7m。

由于就支洞一条施工道路，经项目部研究决定：底板浇筑从两头向中间快速施工，支洞下游侧底板跳仓浇筑，支洞上游侧钢筋连续绑扎的方式；顶拱衬砌从两端向中间进行施工；进口渐变段断面不是标准断面，故采用搭设脚手架和竹胶模板进行衬砌，顶部异型模板采用钢管弧带、方木、竹胶板现场拼装。为缓解支洞上游侧交通压力，在进水塔左侧边墙处架设直径300的溜管，罐车从进口围堰处卸料溜管卸料，搭配溜槽、混凝土拖泵完成0-50桩号渐变段边墙浇筑；上游段、封堵段和下游段衬砌后均为12×17m（宽×高）的标准断面，因三次超标准洪水导致导流洞工期延误，且从国内定制的一台钢模台车被洪水冲走，剩下一台钢模台车的赶不上施工进度要求，再从国内定制一套钢模台车也赶不上施工需求。因此，导流洞上游段洞身混凝土衬砌采用先边墙后顶拱分两次进行施工，边墙采用翻升模板，脚手架配合竹胶板、建筑钢模板提前进行施工，顶拱采用项目部自制的顶拱钢模台车进行衬砌。由于在出口明渠处拼装液压钢模台车拼装速度比在洞内拼装快，因此支洞下游侧采用液压台车全断面进行衬砌施工。由于进水塔没有是施工道路，在进水塔左侧105平台设置一台T20塔吊，辅助进水塔施工，为满足92.5高程以下浇筑强度要求，在进水塔左侧边坡架设一根300的溜管，辅助汽车泵浇筑施工。

3混凝土衬砌施工技术

3.1底板钢筋混凝土施工

导流洞堵头下游段底板单仓( 12米每仓）钢筋30.43t，混凝土方量135方；堵头上游侧底板单仓（12m每仓）钢筋35.1t，混凝土方量145方，支洞上游侧底板施工与渐变段和上游标准段边顶拱施工交叉影响比较严重，为了把影响降低到最小，为保证底板两天一仓，采取了一些措施：首先，底板钢筋连续绑扎24m，备好仓就开始浇筑，汽车泵入仓，其次，在底板左侧3米位置提前用钢管搭设一个上下游泵管铺设平台，宽1.5m，高1.5米，边墙浇筑时不影响底板钢筋绑扎；边顶拱钢筋用55t吊车备到上一仓浇筑过的底板上，为了减少边墙浇筑架设泵管时间，底板上拖泵甭管不拆除，随底板仓号延伸甭管，泵管最长不超过150m，地泵离绑扎钢筋区域12米距离架设。

支洞下游底板（第29仓到59仓）施工交叉作业比较少，固采取跳仓施工的方法，支洞交叉口26、27、28仓底板施工时，为保证上下游道路，采取半幅浇筑，先浇筑左半幅，车辆从出口进洞，走交叉口右半洞去支洞上游。

3.2边顶拱钢筋绑扎

边顶拱衬砌布设两层钢筋网，主筋32，分布筋25,支洞上游侧单仓12米钢筋量49.75t，支洞下游侧44.95t。钢筋量大，人工运距高（最高17米），而且为减小搭接，大部分钢筋使用12米原材成型，单根钢筋重量最大75.817kg。如何保证两天半完成一整仓边顶拱钢筋，是保证边顶拱快速衬砌施工的关键。施工技术技巧如下：原先设计的9米长台车通过悬挑的方式增长到12m，保证移动一次台车能完成一整仓钢筋，增加施工工作面，由原先的2组施工，增加到4组人员同时施工，每组15人，改变原先用电动葫芦向上倒运钢筋的施工方式，改用人工拉拽，边拉边绑，制作钢筋固定卡子，节省人工，提升钢筋绑扎速度，边墙顶拱架立筋插筋孔都用电锤打设，边墙6米长搭接的苗子筋利用插筋做平台提前绑扎。

3.3下游侧边顶拱衬砌

下游侧边顶拱衬砌，采用液压钢模台车全断面进行衬砌，衬砌每仓长度12米，设计方量410方。常规施工工序是:台车移动到位→模板清理刷脱模剂→合模→测量验收模板→堵堵头/堵头加固→浇筑→等强→脱模→台车边移动边刷养护剂。九个施工工序中浇筑最少需要20h，等强需要16h，一个是为了保证浇筑安全，一个是为了保证浇筑质量，这两个工序的时间几乎没有办法压缩，想要提升施工效率，必须从另外7个工序中想办法。现场采取了如下方法：

A.改变施工工序，模板清理和刷养护剂调整到模板验收完成后与堵头模板安装同步进行，由于合模后施工距离狭小，顶部养护剂涂刷用12号铁丝缠绕土工布从上游至下游拉行的方式涂刷三遍，实践表明脱模效果良好；

B.超前立堵头模板，上一仓浇筑时，利用安全带悬挂的方法立下一仓堵头模板

C.改变原有台车堵头模板加固方式，利用16的槽钢，顶部焊接架子管，架子管中插32钢筋，可以快速加固堵头。

D.不利用液压台车刷养护剂和缺陷处理，前期用自卸车搭设施工平台进边墙行养护剂涂刷，后期用升降机全断面涂刷养护剂，省去了养护剂涂刷的时间

3.4浇筑过程中的注意事项

1）首先，入仓的混凝土应及时平仓振捣，不得堆积。如果仓内出现粗骨料堆积，应均匀地分布至砂浆较多的区域，但不得用水泥砂浆覆盖，以避免产生蜂窝缺陷。在倾斜面上进行浇筑时，应从低处开始，确保浇筑面保持水平。而在倾斜面处收仓时，收仓面应与倾斜面垂直。混凝土浇筑层的厚度应根据运输和浇筑能力、振捣器性能以及气温等因素来确定，并经监理批准后执行。一般情况下，不应超过下表规定的厚度：

2）在混凝土浇筑过程中要注意仓号内的平仓，以防止骨料分离。加强振捣工作，特别关注层间结合，确保连续浇筑，避免出现施工冷缝。振捣时间应根据混凝土的下沉情况、气泡的产生和开始泛浆的时机来确定。此外，还需要观察模板和支撑排架的变形情况，如发现异常，应及时处理。

3）在砼振捣时，应采用高频振捣器，并辅以软轴振捣器。振捣的目标是使混凝土产生浮浆，同时不出现明显的气泡冒出，并且不显著下沉。过度振捣或振捣不足都应避免，以确保混凝土在拆模后内部坚实，外表光滑。

4）在砼振捣时，应采用高频振捣器，并辅以软轴振捣器。振捣的目标是使混凝土产生浮浆，同时不出现明显的气泡冒出，并且不显著下沉。过度振捣或振捣不足都应避免，以确保混凝土在拆模后内部坚实，外表光滑。

3.5支洞上游侧边顶拱衬砌

导流洞工程于2019年6月底开始施工，原计划2020年6月导流洞具备过流条件，洪水翻过导流洞进、出口围堰，导流洞有效施工时段缩短，导流洞施工工期比原计划工期滞后。放在导流洞进口附近等待安装的一台钢模台车被洪水冲走，加之国内冠状病毒疫情正处于高发期，再从国内采购一台钢模台车已赶不上施工需求，项目部为了进行赶工，导流洞支洞下游侧利用另一台液压台车进行全断面衬砌，支洞上游侧12米高边墙采用翻升模板、建筑钢模板、竹胶板提前浇筑，支洞上游顶拱利用坦桑尼亚当地的现有材料，自制两台顶拱钢模台车进行衬砌。

自制台车衬砌施工

上游边墙施工

3.6支洞口封堵段边顶拱衬砌施工

由于支洞口要保证施工道路畅通，10月14号之前26仓、27仓、28仓边墙无法提前用翻身模板浇筑。如何保证这三仓在10月底衬砌完成，项目研究决定利用自制钢模台车全断面进行26仓衬砌施工，27仓边顶拱、支洞口封堵和28仓边墙（利用钢筋台车做脚手架拼装12m高边墙模板）和仓浇筑，最后浇筑28仓顶拱。最终赶到10月31号完成这三仓边顶拱衬砌，同时也完成支洞交叉口封堵施工。

3.7渐变段衬砌施工

渐变段全长50米，分三段进行边顶拱衬砌施工，分别是1号过度段0-21桩号、2号渐变的段21-35桩号、3号渐变段35到50桩号。如何保证三段同时施工是能否按期完成渐变段的关键。由于人员不足，现场采取了如下方法：

A.考虑到边顶拱衬砌厚度从2.5米渐变到0.8米，顶部17米高，异型模板不容易高处拼装，因此顶部渐变模板采用圆弧钢管背带、10*10方木、竹胶板现场拼模。

B.搭设2米宽临时脚手架先进行21-50桩号边墙施工，0-21桩号由于有中墩，两侧流道分别是6米宽，因此通仓搭设临时脚手架，边墙施工的同时完成顶拱第一层钢筋。

C.边墙施工完成后，拆除临时脚手架后，同时搭设1号过度段和3号渐变段承重脚手架。考虑到2号渐变段材料进出问题，3号渐变段脚手架多搭设7米即28-50桩号，中间留4m×4米的交通道路，用做钢筋倒运和罐车拉运混凝土。

D.1号过渡段首先浇筑，28-50桩号顶拱第一层钢筋完成后，开始拼装28-50桩号底部渐变模板，然后完成28-50第二层钢筋，之后把21-28所需钢筋、方木、模板、圆弧带全都提前倒运到28-35桩号的顶部模板上，然后开始起21-28桩号的承重脚手架。

经实践表明此种方法保证了一个月完成0-50桩号渐变段顶拱衬砌施工，该研究项目从课题确立，到最后实导流完成，耗时150天，完成混凝土68886方，施工速度快。在导流洞混凝土衬砌施工过程中，通过取样试验，混凝土施工质量均达到合格标准。该施工方法的实施，满足了业主对工程的总体要求，基本实现了工期目标，为工程整体经济效益和社会效益做出了突出的贡献。

4导流洞混凝土衬砌混凝土技术的质量管理策略

4.1配合比设计与质量控制

配合比是衬砌混凝土施工中确保混凝土质量的关键因素之一。在衬砌混凝土施工前，应根据工程要求和原材料特性，制定合理的配合比，并进行严格的质量控制，这包括仔细研究设计要求，确定混凝土强度等级和配合比参数，对原材料进行全面的质量检测，以及在施工中严格按照配合比进行配料和搅拌，并对混凝土进行充分的试验和质量检测，确保达到预期的强度和抗渗性能。

4.2施工工艺控制与质量监测

施工工艺控制与质量监测是确保衬砌混凝土施工质量的重要环节。在施工过程中，需要严格控制施工工艺，并进行全程的质量监测与控制。这包括制定详细的施工工艺方案，包括浇筑顺序、振捣方式、养护措施等。在混凝土浇注过程中，应严格控制搅拌时间、浇筑速度和振捣方式，以确保混凝土的均匀性和致密性。此外，根据工程要求，需要进行及时的混凝土质量检测，包括坍落度、强度等指标，以确保混凝土的质量达到设计要求。同时，在混凝土养护期间，需要做好养护措施，避免混凝土早期干缩、开裂等问题的发生。通过施工工艺的严格控制和质量监测，可以确保衬砌混凝土的质量稳定和工程的耐久性。

4.3混凝土浇筑过程质量控制

（1）为避免混凝土表面出现施工“冷缝”，采取分层逐窗浇筑的方法，并减小混凝土出料口至浇筑面的高度。各窗口之间的混凝土浇筑时间间隔要尽量缩短，监理人员需要全程严格把关。（2）在拱顶混凝土浇筑过程中，采用不少于3个封顶浇筑孔，以确保混凝土的密实性。（3）待二衬混凝土浇筑完成后，在混凝土初凝前及时进行拱顶注浆。注浆工作需要使用适当的注浆设备和材料，将注浆材料通过注浆管注入混凝土内部，注浆过程中需要控制注浆的速度和压力，确保注浆材料能够充分填补混凝土内部的空隙。

4.4混凝土养护

（1）开展水养护。水养护是为了保持混凝土的适宜湿度和避免水分流失。在施工后的初凝和硬化过程中，经常进行喷水等措施，以防止混凝土表面过快干燥。水养护可以促进混凝土的强度发展和减少开裂的风险。（2）控制温度。混凝土的温度对其硬化和强度发展具有重要影响。合理控制温度可以使混凝土均匀收缩，减少开裂风险，温度控制可以通过合理调整施工时间、施工方法和使用降温剂等方式实现。（3）加强养护时间。通常混凝土养护时间应为7-14天，但对于重要的结构，可以适当延长养护时间。

4.5人员培训与沟通协调

人员培训与沟通协调是保证衬砌混凝土施工的重要环节之一。通过培训和技术指导，施工人员可以更好地掌握衬砌混凝土施工的技术要点和质量控制方法。在施工前需要与工程方进行充分的沟通，明确工程要求和质量目标，及时解决工人的技术困难和操作问题，确保施工质量和进度，建立施工周期的质量检查机制，进行定期检查和不定期抽查，及时发现并解决施工中的问题。通过人员培训和沟通协调，可以提高施工人员的技术水平和工作效率，最终保证衬砌混凝土施工的质量和安全。

结束语

综上所述，混凝土施工工期紧张，尤其是导流洞洞身边顶拱衬砌施工，故底板先行工作务必提前进行。为了有效缩短隧洞混凝土衬砌工期，可以采取分上、下两部分进行衬砌的方式，并确保底板先于边顶拱衬砌，这样可以提高施工效率。还可以通过合理配置资源、组织施工工序和灵活调整安排，以确保单段钢筋制安循环时间小于钢模台车的循环时间。这样隧洞混凝土衬砌工期就只受钢模台车循环时间的控制，要紧密抓住钢模台车每个工序之间的衔接，以减少等待时间，从而缩短钢模台车的循环时间，提高施工速度。对资源的合理配置和工序的组织安排要精确到位，以最大限度地利用时间和人力资源。通过以上措施，可以有效地优化施工进度，缩短工期，提高工程效率。

参考文献

[1]温茂卿.水利工程渠道施工中衬砌混凝土技术研究[J].工程技术研究，2023，8（3）：213-215.

[2]孙义浩.水利工程施工过程中衬砌水泥混凝土技术研究[J].科技创新与应用，2022，12（17）：157-160.