刘喆

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

0 引言

随着我国水电工程的开发逐渐转移到高山峡谷地区，高坝大库成为水资源利用和开发的首选，但其泄水建筑物的水头越来越高，导致泄水流速高、泄洪功率大，防空蚀破坏的技术难度凸显。

白鹤滩水电站布置了世界上最大的无压直泄洪洞室群，无压泄洪洞的常见体型主要有：“一坡到底”“龙抬头”和“龙落尾”等型式。由于“龙抬头”型式相当长的一段隧洞要承受高速水流作用，流速高且压力不连续，最容易产生空蚀破坏；虽然“一坡到底”型式流速相对较低，但底坡缓、水流Fr数低，很难形成稳定空腔和良好的通气效果，掺气效果难以保证，掺气坎将成为空化空蚀破坏的潜在源；“龙落尾”型式是将总水头的85%集中在15%的洞长范围消落，存在流速高、流程短、坡度陡容易发生空化水流，但其掺气设施效果明显，采用掺气减蚀和高强抗蚀耐磨混凝土可以避免高速水流的空蚀破坏，洞身运行安全度相对较高[1]。为此，白鹤滩泄洪洞选择“龙落尾”型式。

1 白鹤滩龙落尾段概况

金沙江白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，是世界上在建的第一大水电站。电站共布置3条泄洪洞均在左岸，是世界上最大的无压直泄洪洞，由进水口、洞身平洞段、洞身龙落尾段和挑流鼻坎组成。其中洞身龙落尾段包括渥奇曲线段、斜坡段、反弧段及下平段。渥奇曲线根据抛物线运动方程设计，曲线为z=x2/500+0.0150x；斜坡段为渥奇曲线与反弧之间的连接过渡段，1号和2号泄洪洞坡比为1∶4，3号泄洪洞坡比为1∶3.72，反弧段位于斜坡段下游。3号泄洪洞受地形条件限制在反弧末端与挑流鼻坎之间增加了一段下平段，坡度为8%，具有“高流速、大泄量、变断面、陡倾角”的特点，具体参数见表1。

表1 龙落尾段设计结构参数

每条泄洪洞龙落尾段均布置3道掺气坎，由底掺气和侧掺气组成，衬砌断面为城门洞形，断面尺寸为(15～16.5)m×18m(宽×高)城门洞形。全断面钢筋混凝土衬砌，底板为C9060抗冲耐磨混凝土，出口段30m范围衬砌厚度为1.5m，其余洞段衬砌厚度均为1.2m。

2 抗冲耐磨混凝土配合比

国内外传统大断面泄洪隧洞衬砌混凝土普遍采用坍落度为140mm～160mm的泵送混凝土。为了提高抗冲耐磨能力，在混凝土中掺硅粉、钢纤维、HF粉等掺合料，导致混凝土和易性降低，施工难度变大，施工质量难以控制；又因掺入硅粉混凝土干缩量大，容易在表面出现大量龟裂纹。为解决上述问题，白鹤滩水电站进行了掺硅粉和不掺硅粉平行试验，试验表明不掺硅粉抗冲磨混凝土能更好地解决混凝土裂缝问题[2]。泄洪洞龙落尾抗冲磨混凝土使用低热水泥、高性能减水剂，提高混凝土的和易性和早期抗裂能力，降低坍落度损失，同时浇筑低坍落度混凝土可大量减少混凝土胶凝材料，降低混凝土内部绝热温升，降低混凝土裂缝风险。混凝土施工配合比见表2。

表2 C9060W10F150抗冲磨混凝土施工配合比

3 低坍落度混凝土入仓系统

龙落尾段低坍落度混凝土入仓系统由长距离下行胶带机、滑框布料机组成。

3.1 长距离下行胶带机设计

3.1.1 胶带机选型

研究发现，快代谢组的氯吡格雷使用率显著高于替格瑞洛。虽然快代谢型患者可常规服用氯吡格雷，但仍有2例患者改用了替格瑞洛。经随访了解到，这些患者在医生处知晓了氯吡格雷与替格瑞洛的疗效对比后，在经济允许的情况下，主动改用替格瑞洛。而慢代谢组则显著低于替格瑞洛，中代谢组与替格瑞洛使用率相当。

胶带机选用21kW、1.2m/s小功率，低转速电机，供料强度20m3/h。胶带机架体采用“U”形断面，下部采用两根10号槽钢支撑纵梁，皮带采用650mm宽“V”形皮带，皮带下部采用35°“V”形承载托辊，间隔3m布置一道回程皮带托辊。为了防止皮带运行偏移，纵向每隔3m布置一道压辊。胶带机整体断面宽度0.95m、高度0.45m，单层皮带按50m长设计，为了便于胶带架体的安装，胶带机标准节长度设计为6m，节与节之间在现场拼装完成后采用销轴连接。

3.1.2 支撑体系设计

综合考虑最远150m受料运输距离、胶带机灵活伸缩、拆装转移方便，将胶带机分三层相互搭接布置，层间预留间隙便于胶带机伸缩，扣件式脚手架搭设支撑架，胶带机下部纵梁与架体之间布置14号槽钢作为滑行轨道，通过卷扬机牵引上行，每次移动距离0.8m，与混凝土浇筑推进速度相匹配，长距离下行送料系统见图1、图2。

图1 长距离下行送料系统

3.2 滑框布料系统设计

滑框布料系统解决仓内水平布料问题，需要布料装置随混凝土浇筑同步移动，且能与长距离下行胶带机实现联动。滑框布料系统主要由外部套框、内部布料胶带机、行走轨道、行走机构、防滑装置、防碰撞装置组成。

3.2.1 外部套框

外面套框为“门”式断面，长度为11m，宽度1.8m，高度1.8m，采用14号槽钢焊接成型，在长度方向上每2m布置加固外框，提高整个门架的整体刚度。

3.2.2 内部胶带机

内部胶带机采用“U”形断面，轻型钢结构，断面宽度0.9m，高度0.6m，长度8.5m，通过齿条与外部套框连接，7.5kW电机驱动实现左右伸缩，650mm宽度皮带进行混凝土运输。为了防止布料时混凝土骨料分离，两端设置满铺橡胶片的集料斗，混凝土经过胶带机后与集料斗内壁产生软碰撞，经减速和集料后实现定点下料。在胶带机两端电机下部与回程皮带向切部位布置一道合金钢刮刀，防止皮带粘浆过多造成混凝土砂浆流失。

3.2.3 行走系统

布料系统的行走主要通过手动倒链进行牵引，共布置有两组，跨距6m，每组行程系统由前后两个支撑腿和行走轮组成，在钢筋网上利用槽钢铺设行走轮轨道。龙落尾底板属于边坡面，为了保证在不同坡度情况下布料系统均呈水平状态，在前后行走支腿与外套框之间设置铰接点，并在后支腿上布置调平旋转丝杠实现滑框调平功能，每次布料系统移动行程为80cm。

3.2.4 安全装置

龙落尾底板浇筑过程中，存在的主要安全风险点为：下行布料系统倾翻下滑风险和水平布料系统左右伸缩布料碰撞挤伤施工人员。采取的技术措施：①采用倒链牵引缓慢行走且始终与钢筋网片处于锁定状态；②在行走轨道上每0.8m开方孔安装防滑挂钩；③在内部伸缩胶带机两端安装碰撞限位开关，实施触碰自动停机。

3.3 联动运行措施

该系统入仓运输环节多，任何一环节出现问题可能导致混凝土堆积造成混凝土浇筑中断。因此，对受料点、下行胶带机、滑框布料装置采用了联动控制，实现任何一个节点出现问题均能让整个系统紧急制动，直至排除故障。

4 底板隐轨循环翻模系统

该系统由定制铝合金模板、支撑系统、定位系统等组成。

4.1 模板系统设计

模板采用强度高、重量轻的铝合金模板，标准模板长2.7m、宽0.4m，模板面板不平整度2m靠尺检测小于1mm，边肋垂直、光滑，确保在模板拼接完成后结合紧密、不漏浆。模板纵向预留4个定位锥孔，通过细丝定位螺栓与隐轨连接固定。在模板边肋每隔20cm预留一个锥形销孔，用于模板安装完成后模板之间连接加固，使模板之间形成整体，利于体型精准控制。另外考虑衬砌断面变化，定制部分小模板用于底板断面扩大部位模板安装。循环模板结构见图3。

图3 循环翻模模板结构

4.2 隐轨系统设计

隐轨系统由高5cm的槽钢样架、φ3cm螺杆和φ8cm定位锥组成，利用锚筋焊接样架和三角撑固定槽钢，布置结构见图4、图5。

标准样架长度为6m，由于渥奇曲线段和反弧段为曲面体型，而模板为平面结构，需要以直代圆的方式进行拟合。龙落尾渥奇曲线段以R=257.5m圆弧代替抛物线方程；反弧段的圆弧半径R=300m，单块模板的宽度为40cm，采用折线代圆的长度必须为40cm的倍数，折线长度不同时，弦长误差不同，具体详见表3。另外，龙落尾不平度为3mm/2m靠尺，便于施工、加工方便选择弦长按照2m进行折线代圆控制。

表3 龙落尾底板模板轨道控制精度计算

图4 隐轨加固方式示意

图5 隐轨安装效果

4.3 模板安装累计误差消零

模板安装过程中不可避免存在安装技术误差，为了防止模板安装时受累计误差影响无法安装，每6块模板为一组，组和组之间预留2cm间隙，消除累计误差。

5 底板循环翻模施工技术

5.1 循环翻模工艺基本原理

备仓时先将隐轨、定位锥和首排模板全部安装完成，启动混凝土浇筑，同步浇筑逐排安装模板。随着混凝土浇筑，位于已浇面的混凝土具备拆模抹面条件时，拆除模板和定位锥，进行抹面。同时将拆除的模板经清洗后立即用于上游侧的模板安装，以此类推实现下游侧拆模抹面、上游侧安装浇筑的施工循环，满足混凝土循环翻模流水作业，解除了常规滑模施工中混凝土的可塑性对混凝土浇筑速度的限制。

5.2 混凝土浇筑

龙落尾底板混凝土逆水流形成台阶，垂直水流布料，坯层厚度40cm，下部两个坯层φ100振捣棒振捣，振捣间距40cm，振捣60s。最后一坯层为防止模板抬动变形，用φ70振捣棒振捣，振捣间距35cm，振捣时间40s。

5.3 四位一体收面工艺

对混凝土收面通过工序、时间、混凝土可塑状态、目标“四位一体”对各步进行精细控制，控制最大不平整度<2mm/2m靠尺。

第一步：模板拆除。通过试验确定拆模时间为覆盖后6h，拆除首块后检查混凝土可塑状态，复核混凝土收面时机，用手指按压下沉约3mm时拆模为最佳。模板拆除后立即进行清洗，为循环使用做准备。

第二步：浮浆清除。在模板拆除后混凝土表面有约2mm～3mm的浮浆，需刮除以提高混凝土表面抗冲磨性能。

第三步：定位锥拆除及回填。拆除定位锥，利用事先预留的备料进行分层回填、捣实，确保回填混凝土密实性。

第四步：人工搓毛。采用砂抹搓毛，通过搓抹将表层具备可塑性的混凝土搓平，对局部有气泡或坑洼部位，搓毛深度按最低点控制，单块搓毛时间约15min并用2m靠尺检查不平整度≤3mm。

第五步：人工收光。在面层搓毛后待1h利用铁抹收光，通过人工收光实现过流面混凝土压实、抹光的效果，收光过程利用6m靠尺进行检查，使不平整度≤2mm。

第六步：抹面机收光。在人工收光后6h进行抹面机收光，混凝土表面手指按压有指纹但无明显下沉时为宜，抹面机收光采用带刀片的抹面机，通过抹面机收光进一步提高表面混凝土的密实度与光滑度。

5.4 保湿养护

抹面机收光后的混凝土表面，立即对表面进行喷雾养护，然后覆盖塑料保鲜膜保湿养护。24h后在覆膜上部覆盖土工布，对土工布进行喷水湿润[3]。

目前，白鹤滩泄洪洞工程已累计运行248h，运行后进洞检查无任何损伤、破坏，整体效果完美如初，镜面犹在。

图6 龙落尾段底板施工期效果

图7 龙落尾段底板过流面效果

6 结语

通过技术创新，白鹤滩水电站泄洪洞龙落尾段底板混凝土研发了新设备、革新了新工艺。革新了低坍落度混凝土配合比，取消了硅粉，改善了性能，解决了温度裂缝问题。长距离下行输料系统攻克了大坡度工况下远距离低坍落度混凝土运输难题，入仓效率达到15m3/h，实现连续浇筑。循环翻模技术避免了模板上浮的问题，规避了滑动拉裂的风险，实现了平均体型偏差5mm，不平整2m靠尺检测1.5mm。使用该套系统和工艺，使整体施工效率提高了30%，实现了“体型精准、平整光滑、无裂无缺、镜面效果”的建设目标。