溧阳电站尾水主洞边顶拱混凝土衬砌水平施工缝施工研究

姜晓文 王维

摘    要：溧阳电站尾水主洞由于地质条件复杂、围岩稳定性差，为保证洞室结构稳定及施工安全永久支护采用先边顶拱后底拱衬砌的方法。边顶拱与底拱混凝土衬砌水平施工缝设置在洞室顶拱两侧214°位置且施工缝形状为“Z”字型结构，此设计增加了边顶拱混凝土与底拱混凝土之间的咬合力提高了洞室衬砌混凝土的整体性。水平施工缝处理方案经预埋的测缝计监测结果表明，处理效果良好满足设计要求。

关键词：尾水主洞;水平施工缝;模板设计;受力荷载

1  工程概况

溧阳抽水蓄能电站尾水主洞洞室开挖断面为圆形，衬砌断面为圆形，净断面尺寸为10m，1#尾水主洞总长度为1124.956m，2#主洞长度1211.203m。

原施工组织设计中尾水主洞混凝土衬砌采用全断面的针梁台车进行施工，根据洞室开挖的特点及开挖后揭露的实际地质情况，为确保洞室安全及保证工程总体工期的顺利完成，依据特别咨询团专家意见，结合施工期开挖支护与衬砌混凝土平行作业的特点，施工方案改为先进行洞室边顶拱混凝土的衬砌施工。通过对边顶拱混凝土结构的受力分析计算，确定水平施工缝设在与水平洞轴线夹角为197°和-17°处即顶拱214°范围处。

2  水平施工缝设置及模板设计

2.1  水平施工缝设置

为了防止洞室在后期强震作用下边顶拱与底拱混凝土衬砌水平施工缝被拉开和提高洞室衬砌混凝土的整体性，增加邊顶拱混凝土与底拱混凝土之间的咬合力，将边顶拱与底拱混凝土衬砌水平施工缝设置在洞室顶拱两侧214°位置，与水平线成50°角和17°角。

2.2  模板设计

水平施工缝部位封堵模板采用普通定型钢模板和4cm厚木模板组合拼装，普通定型钢模板均采用5mm厚的钢板由厂家进行加工制作，定型钢模板长度、宽度和高度分别为1200mm、600mm和200mm，加工形状为“Z”字型，制作时边框、纵横肋与面板采取焊接的方式进行加工，边框和纵横肋高度均为50mm。

2.3  模板支撑结构设计

模板加固采用内拉外撑的方法，拉筋采用ф14光圆钢筋，拉筋的布置间距为60cm，排距为1.0m，所有拉筋均焊接在Φ25mm的系统锚杆上。定型钢模板和木模板的组合面外部采用[8槽钢作为横向围囹顶在组合模板上，排距为1.0m，并在横向围囹外侧设纵向围囹，纵向围囹采用Φ48mm脚手架钢管。模板底部采用丝杠进行加固支撑。为满足预留接茬钢筋要求，故在在洞室衬砌混凝土内外侧布置木模板，并在两侧拼装的木模板上按衬砌钢筋的间排距开孔，孔的大小大于钢筋直径，以利于钢筋穿过即可，混凝土浇筑时，采用布、麻等软质材料对穿孔钢筋部位进行封堵。

2.4  模板的受力验算及支撑结构选用标准

为保证水平施工缝部位的堵头模板在混凝土浇筑过程中能可靠地承受模板施工规范中规定的各项施工荷载，且变形不超过允许范围，需对模板进行受力验算，以此校核模板是否满足施工要求，校核时模板按照Ⅴ类围岩衬砌宽度进行验算，验算原理采用校核简支梁是否满足施工要求原理进行。同时，对模板的支撑结构进行验算，确定合理的支撑结构。

2.4.1  模板的受力验算

根据模板封堵的形式，模板主要设计荷载见表1。

①具体验算原理：将模板简化为一简支梁的形式，模板上部承受的荷载均视

为均布荷载q，故模板构件的最大变形值（最大挠度Ymax）发生在计算跨度的1/2处，若最大变形值（最大挠度Ymax）小于模板构件计算跨度的1/400，则模板构件满足施工所要求的强度和刚度。反之，则不满足施工所要求的强度和刚度。

② 具体计算过程如下：

最大变形值（最大挠度Ymax）Ymax=5ql4/384EI

式中：

q——模板构件承受的均布荷载;

l——模板构件计算跨度;

E——模板构件的弹性模量，木模板取10GPa，钢模板取200 GPa，应取二者平均值;

I——模板构件的惯性矩，I=bh3/12;其中b为模板构件的宽度，等于1.2m，h为模板构件的长度，等于1.2m，故计算得知I=0.17m4;

将以上数据代入：

Ymax=5ql4/384EI

计算得：

Ymax=6.9×10-6m<1.2/400=3×10-3m

由上述计算得知该模板构件能够承受浇筑混凝土时产生的各项施工荷载，满足施工所要求的刚度和强度。

2.4.2拉杆及支撑结构

按模板荷载组合计算模板承载力。

模板受压力按均布荷载考虑，洞室每侧所受拉力为：

[F=12×91×cos30°=946]kN

为施工方便，拉模筋全部采用ф14光圆钢筋，配用M16螺杆。[Φ]14拉筋的抗拉强度为26kN，M16螺杆的抗拉强度为23.4kN。拉杆每侧按两排布置，间距为1.0m，每排布置13根，共26根，故共受拉力608kN，其余338kN的力采用底部支撑，底部采用丝杠进行支撑，每侧丝杠布置两排，间距为1.0m，要求每个丝杠所受压力不小于13kN，丝杠的布置形式根据现场实际情况进行调整。

3  水平施工缝施工

3.1  水平施工缝前期施工

待水平施工缝封堵模板按支立并加固完毕，检查混凝土钢模台车各部完好后，即可进行边顶拱混凝土的浇筑，混凝土的浇筑严格按照《尾水主洞边顶拱混凝土衬砌施工措施》中的要求进行施工，以确保水平施工缝前期施工顺利。

3.2  水平施工缝后期施工

3.2.1  凿毛处理

底拱混凝土衬砌前，采用混凝土手持凿毛机或风镐对已硬化的水平施工缝部位的混凝土上表层进行凿毛处理，并用高压水冲洗，使之形成干净的毛面。

3.2.2  接缝灌浆处理

边顶拱与底拱混凝土衬砌水平施工缝采用接缝灌浆的方法进行防渗处理，接缝灌浆采用拔管灌浆的方式进行。施工工艺如下。

（1）拔管材料。拔管材料采用Φ20mm的塑料软管，软管在加工厂根据所需长度加工而成，并进行通气耐压检查，通气压力为0.8MPa。

（2）拔管管路的布置原则。水平施工缝部位灌浆拔管采用塑料软管充气拔管成孔，每侧水平缝部位布置两根Φ20mm的塑料软管。

（3）管路的安裝。塑料拔管采用[Φ]8mm钢筋制作的托架进行固定。塑料拔管安装时保持拔管顺直，拔管安装完成后，在拔管的外露端安装球阀。

（4）管路的检查与保护。拔管管路安装完成后，对软塑料管进行通气，通气压力为0.8MPa，通气完成后对软管进行保护，主要是防止利器或电焊焊渣伤及软管。混凝土浇筑前再对管路进行一次检查，检查拔管是否有脱落、漏气。且在混凝土浇筑过程中加强看护，以防对拔管造成破坏。

（5）拔管的拔出。待混凝土初凝1小时后进行拔管作业，拔管拔出时先放气，然后将软管缓慢均匀地拔出，形成灌浆通道。管路拔出后用压力风检查灌浆通道的通畅情况，并将里面的细微杂物吹出。

（6）灌浆压力及材料。水平施工缝部位灌浆压力根据现场试验确定，灌浆水泥采用P.042.5普通水泥，水灰比采用0.5：1，可根据现场实际情况调整。

4  水平施工缝观测

在①、②尾水主洞底拱衬砌施工时，选择两仓在仓号中间位置的水平施工缝处，每仓左右各埋设一支测缝计共4支，观测水平施工缝的开合度。

①尾水主洞测缝计埋设时边顶拱混凝土龄期为142天，②尾水主洞测缝计埋设时边顶拱混凝土龄期为194天，观测数据表明，随着边顶拱和底拱混凝土龄期的增长，水平施工缝的开合度在逐渐增大，且混凝土温度对开合度有一定的影响。截至①尾水主洞边顶拱混凝土龄期为345天，底拱混凝土龄期为202天，②尾水主洞边顶拱混凝土龄期为359天，底拱混凝土龄期为165天，水平施工缝开合度最大值为0.15mm，最小值为-0.73mm，水平施工缝开合度较小。

5  结束语

尾水主洞混凝土衬砌水平施工缝采用“Z”字形结构，增加了边顶拱混凝土与底拱混凝土之间的咬合力，提高了洞室混凝土的整体性。模板设计及受力荷载符合现场施工要求，未发生任何质量安全问题。通过预埋的4支测缝计的监测资料显示，水平施工缝开合度较小，水平施工缝设置方案可行，达到了预期的目的现场应用效果较好。

参考文献：

[1] 王来所;边顶拱尾水隧洞混凝土先拱后墙法方案论证[J].水利水电施工，2009（5）：45～49.