超大直径半圆形深井筒衬砌混凝土施工技术

超大直径半圆形深井筒衬砌混凝土施工技术

任秋生 张传虎 邱勇

中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司 湖北宜昌 443002

摘要：针对乌东德左岸尾水调压室的施工特点及难点，研发了半封闭条件下井筒内机械化作业技术、高升层弧形悬臂模板施工技术、深井筒薄壁混凝土快速施工技术，有效解决了常规方法施工工序繁琐、安全风险大、人工及材料投入巨大、不具备现代机械作业条件、无法快速高效施工等难题，形成了一套成熟的超大直径半圆形深井筒衬砌混凝土施工技术。

关键词：深井筒；衬砌混凝土；施工技术；尾水调压室；乌东德水电站。

1 引言

水电站一般会设置尾水调压室结构，主要对水压冲击及机组运行条件进行调节，防止发生水击破坏。调压室下部为岔管段，上部为井筒结构，井筒结构充当蓄水池。井筒衬砌施工具有直径大、深度深、混凝土布料困难、起吊设备手段布置困难及薄壁弧形面衬砌质量要求高等特点。乌东德尾水调压室衬砌后直径达50m，高居世界第一，衬砌厚度1.5m，井筒深度达到51.3m，为半封闭半圆形井筒结构。

常规施工方法采用卷扬机+天锚进行材料吊运及模板安拆，筒内布置脚手架作为模板施工及混凝土浇筑操作平台，脚手架布设溜管对仓内供料。该方法施工较为繁琐，人工及材料投入量巨大，不具备现代机械作业条件，无法快速高效完成任务，达不到大直径弧形面高质量要求，尤其在安全上存在较大风险。以上难题若不能有效解决，将直接影响乌东德水电站尾调室施工直线工期，从而对整个工程带来巨大的影响。

针对尾调室结构特点和常规施工方法优缺点，对施工方案进行创新和优化，尽可能采用机械作业代替人工作业，提高施工效率。主要创新点如下：

（1）半封闭条件下井筒内机械化作业技术

成功在岔管段岩墩上布置一台TCT5513-6型建塔，实现井筒材料吊运、模板安拆等作业机械化，大大提高了施工效率，显著降低了安全风险，达到安全零事故目标。

（2）高升层弧形悬臂模板施工技术

对高升层弧形悬臂模板进行专项设计，将模板左右边肋设置一定倾角，模板间拼缝形成“V”型槽口，控制模板总重量，采用建塔高效快速安拆作业，达到了圆弧面高质量要求，实现了机械快速作业。

（3）深井筒薄壁混凝土快速施工技术

合理布置施工通道，在井筒上部设置环形平台挂设溜管方式进行布料，平台上设置受料斗，采用泵机供料，浇筑质量得到保证。同时将原3m升层改为4m升层，采用免拆金属网隔缝将井筒圈4个仓位并仓浇筑，将井筒闸门井3个仓位并仓浇筑，消除了错缝及高低块间歇期限制，大大加快了井筒衬砌混凝土上升速度。

2 施工技术

_{2.1 施工流程}

本技术施工流程为：施工准备→建塔安装→环形封闭平台安装→下料系统安装→模板安装→预埋件安装→钢筋绑扎→混凝土浇筑→待龄及养护→模板拆除→模板安装（循环）。

2.2 半封闭条件下井筒内机械化作业技术

以往受周边条件限制，在半封闭洞室内难以布置大型施工设备，井筒内作业主要靠人工，利用顶部布置的天锚系统采用卷扬机吊运模板、钢筋等材料，施工效率低、安全隐患大。通过反复研究，在每个尾调室岔管段岩墩上布置一台TCT5513-6型建塔。

1. 建塔布置。建塔选择在岔管段施工期安装，建塔基础尺寸为5.8m×5.8m×3.0m，基础钢筋与阻抗板钢筋均布置，建塔基础后期作为阻抗板的一部分，不再进行拆除。建塔高度为58m（EL802.0～EL860.0m），臂长25.5m，最大辐射半径24.5m，最大起重量6t，在EL831.0m设置有扶壁支撑，建塔中心位于调压井圆心下游位置30cm。

2. 建塔运行安全要求。为保证建塔安全运行，布置的建塔只可250°自由旋转，门槽部分区域存在盲区。通过理论分析及现场实际情况，建塔在吊重过程中，模板及材料可垂直安全起吊。建塔起重臂距离岩壁最小安全距离为70cm，部分锚杆与其干扰，选择将EL860.0m高程处1m范围锚杆适当割除，确保建塔安全旋转。

3. 建塔安装及拆除方法。在岔管段底板布置70t汽车吊进行建塔首部分安装，之后利用自身顶升结构进行其他部分安装。将尾调室EL853.3m门槽及门库设置盖板进行封闭，形成一条通道，盖板最大可承受80t的集中荷载，作为建塔拆除手段布置平台，采用25t吊车在EL853.3m平台上进行拆除。

2.3 高升层弧形悬臂模板施工技术

深井筒衬砌混凝土结构平面上为圆形，为满足设计要求，据此设计了高升层弧形悬臂模板，单块模板面板高4.1m、弧长3.2m、厚度10cm，面板两侧边肋设置倾角，设计“V”型槽口，以利于安拆，配置D22悬臂模板背架。井筒衬砌设计厚度仅1.5m，仓面狭小，空间有限，材料无处堆放。悬臂模板设计中将上操作平台进行加固设计，临时存放材料。采用建塔安拆高效快速，达到了弧面高质量要求，实现了机械快速作业。

（1）模板结构设计。为确保尾调室可采用建塔提升模板，具备机械化作业条件，根据建塔最大辐射半径吊重选择合适模板，模板为高升层有支架悬臂式弧形模板，由面板、背架、支架、上下操作平台等组成，模板单块重量在2t左右。模板面板板面为弧形，背部为直线，操作平台为矩形，模板结构简单，降低加工难度。

（2）模板拆模技术。为确保模板快速安拆，因调压井为内弧模板，在拆模过程中会出现半径逐渐变小，势必形成模板卡阻无法拆除状况。通过详细研究和计算，确定模板拆卸过程所需宽度，将模板左右侧边肋内倾12.5°角度，模板之间形成25°“V”型槽。模板采用双头螺杆进行连接加固，确保模板可有效退出，快速进行安拆作业。

（3）上操作平台临时存重设计。为解决材料入仓困难问题，采用∠5角钢在上操作平台下布置斜撑，材料临时堆放在上操作平台上，考虑安全因素平台限重1t。临时堆放材料应及时转运至仓内。

2.4 深井筒薄壁混凝土快速施工技术

（1）增设交通通道。因为调压室交通单一，仅底部及顶部各设置有一条交通要道。考虑到泵机输送能力有限，为确保上部混凝土具备短距离输送条件，在尾调室下游增设Z7、Z8、Z9施工支洞至第二层排水廊道，支洞断面为4.5×5.2m，长度约24m左右。支洞可供搅拌车和自卸车自由出入，前期作为出渣通道，后期作为浇筑设备及材料运输通道。

（2）混凝土入仓布料系统。为解决混凝土布料手段困难，利用建塔在调压室顶部布置环形平台，平台利用型钢制作而成，利用建塔挂设载人吊篮对平台进行安装，利用沿墙锚杆加固，平台上满铺花纹钢板并设置踢脚板，平台利用槽钢骨架安装形成，宽度为1.0m，外侧设置1.2m高的安全栏杆，平台上设置受料斗，受料斗下部布置M-BOX管，溜管采用钢丝绳串联在一起，并按照6m间距设置反吊拉条和20m左右设置缓冲防分离装置。

（3）分层高度调整。为加快工程施工进度，减少分层总数，通过研究设计图纸及技术要求，在确保质量及安全情况下，将分层高度由3m调至4m，分层总数由17层减少成13层，按照此升层高度4m进行浇筑，大大减少了直线工期，通过以往施工经验及现场实际测评，单层施工完成需要1个月时间，由此可节约4个月直线工期，为完成工程进度目标奠定了良好基础。

（4）分块并仓浇筑。井筒衬砌平面上设计为半圆形，共分7块，大小不一，块与块间设计有键槽结构缝及交错缝。为达到连续快速施工，采用免拆金属网将井筒体四个仓位并仓浇筑，门槽区域三个仓位并仓浇筑。由此单层可减少15天，由此可节约6.5个月时间，大大提高了单层混凝土上升速度。

3 结语

超大直径半圆形深井筒衬砌混凝土施工技术已在乌东德左岸地下电站尾水调压室中成功应用。尾调室衬砌混凝土自2017年06月开始施工，2019年08月施工完成，历时26个月。衬砌完成后整个断面平滑、曲线圆润、美观，单元合格率100%，优良率98.0%。在保证施工质量、安全的前提下，加快了调压室衬砌施工速度，缩短直线工期10个月以上，为电站下闸蓄水发电奠定了坚实基础。该施工技术对其他类似工程施工有一定的借鉴作用，具有较大的推广价值。

作者简介：任秋生（1976-08-07），男，助理工程师，主要从事水利水电工程施工管理工作。

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