万家口子水电站工程施工主要技术探析

　　摘    要：　根据万家口子水电站工程实际情况，针对工程施工中出现的几大主要技术问题：高坝边坡开挖、高拱坝高性能碾压混凝土技术的研究与应用、引水洞混凝土快速优质施工技术、导流洞渗漏水封堵技术等，叙述了广西水电工程局在工程施工中的应对措施及关键技术的应用成功经验。

　　关键词： 万家口子水电站; 工程施工; 关键技术;

　　Abstract：　According to the actual situation of Wanjiakouzi Hydropower Station project,aiming at several major technical problems in the project construction:high dam slope excavation technology,research and application of high-performance roller compacted concrete technology for high arch dam,rapid and high-quality construction technology for diversion tunnel concrete,leakage sealing technology for diversion tunnel,etc.,this paper describes the successful experience of Guangxi Hydroelectric Construction Bureau in the application of key technologies and countermeasures in the construction of the project.

　　Keyword：　Wanjiakouzi Hydropower Station; engineering construction; key technology;

　　1 、工程概述

　　万家口子水电站工程坝址位于北盘江支流革香河上，地理位置位于云南省宣威市及贵州省六盘水市境内，为两省交汇地界，是北盘江上游的龙头电站，水库具有不完全年调节能力。水库正常蓄水位1 450 m，大坝坝顶高程1 452.5 m，电站大坝为薄壁型碾压混凝土双曲拱坝，坝高167.5 m，最小厚度9 m，最大厚度36 m，为当前世界上最高碾压混凝土双曲拱坝，水库总库容2.793×108m3，电站装机容量为180 MW(2台），多年平均发电量7.1亿kW?h[1]。

　　万家口子水电站主体工程为1个标，砂石加工系统生产运行管理为1个标和机电安装为1个标，全部由广西水电工程局承建，主要工程量：土石方开挖243.5万m3、混凝土130万m3、钢筋制安13 694 t、帷幕灌浆15.2万m、固结灌浆13.8万m、金属结构安装3 521 t。2007年11月25日主体工程开工，2018年8月2台机全部并网发电。

　　2 、施工关键技术研究与应用

　　在施工过程中，存在着工程量大，工期紧，施工强度高，碰到较多的困难，如征地问题影响、岩溶地区漏水、施工条件改变与重大设计变更等，整个工程的施工进度受到了较大的影响。在参建各方的共同努力下，采取先进的施工技术、合理的资源配置和加强现场组织管理，最终实现了按期发电的目标。

　　2.1 、高拱坝边坡土石方开挖技术

　　万家口子水电站拦河大坝基础地质地形条件复杂，坝址两岸位置处于典型的V形高山峡谷之中，交通困难，拱坝基础开挖高差大（最大开挖边坡高度约239 m），工程量大（总约96万m3），能否按时完成拱坝基础开挖将直接影响整个工程的顺利实施。为确保完成既定目标，主要采取以下技术措施。
 

 

　　优化施工程序，选用先进的钻爆、挖装、运输设备。鉴于本工程场地小，钻孔设备主要采用液压履带钻、CM351高风压潜孔钻和ROC742HC液压钻；挖掘设备以操作灵活，适应范围广的大型液压反铲为主；运输设备主要采用20 t自卸汽车，15 t自卸汽车为辅。在施工过程中，特别注意开挖各层次的规划和机械设备布置，高效发挥机械化施工效能，合理的分区分层开挖；采取微差起爆技术，优化爆破设计，有效控制单响爆破药量和起爆顺序[2]，减小爆破振动对边坡岩体的破坏程度。边坡开挖采取预裂爆破，确保体形和超欠挖指标控制满足技术要求。

　　通过对开挖施工合理布置，详细规划好开挖区域与层厚，选择先进的钻爆、挖装、运输设备，采用多种先进可靠的石方爆破技术，较好地完成了拱坝基础的开挖施工，施工质量满足设计和规范要求。

　　2.2、 高拱坝高性能碾压混凝土技术的研究与应用

　　万家口子施工配合比优化方案：大坝混凝土使用中热水泥，减少水化热；经论证实现粉煤灰掺量达70%以上，超过规范规定粉煤灰掺量不大于65%的上限；使用高性能聚羧酸减水剂，减水率达30%以上；采用高掺石粉等技术，掺粉量达18%±2%。配制适应大坝需要的高性能碾压混凝土，使碾压混凝土胶凝材料更省（节约10～15 kg/m3），和易性更好（黏聚性、抗分离性、保水性好），低VC值（出机口1～5 s），保塑性能显着改善（VC值2 h保持率大于75%），缓凝时间更长（初凝时间10～20 h），含气量3%～4%，力学性能和耐久性改善，成本降低。经过蓄水考验，大坝安全稳定，碾压混凝土坝体无渗漏水现象，大坝混凝土内实外光，质量良好。

　　2.3、 人工砂石系统的升级改造技术

　　万家口子水电站工程混凝土骨料采用人工砂石料，砂石加工系统布置于右岸坝肩上方，距坝址约300 m，系统占地面积约8万m2，地面高程1 455m至1 545 m。该系统负担主体和临建工程混凝土砂石料的供应。根据施工总进度计划，工程混凝土高峰时段浇筑强度9.24万m3/月。系统成品骨料生产能力654 t/h，其中成品砂生产能力为230 t/h，系统综合处理能力800 t/h。

　　经过试运行及调试，发现系统仍存在以下问题：

　　1）正常生产情况下（不降低棒磨机产量）碾压砂含粉率无法达到合同要求（18%±2%）。

　　2）三筛分楼干式生产情况下，立轴破碎机只能开1台，制砂产量无法达到设计要求，而三筛分楼湿式生产时石粉流失严重，且无法为雷蒙磨粉机提供5～20 mm的制粉原料。

　　3）成品料仓库容在混凝土浇筑高峰期浇筑强度为9.6万m3/月时，砂脱水时间不能满足要求，即砂的含水率不能满足小于6%的要求。

　　针对上述存在的问题，采取的措施如下。

　　1）砂产量不足问题：经方案对比，增加1台MBZ2136型棒磨机，同时可调节砂的细度模数，1台棒磨机可增加制砂产量约40 t。

　　2）含粉不足问题：采用MTM160中速T型磨粉机（在亭子口水利枢纽砂石加工系统中采用过），生产能力13～22 t/h，粒径小于0.16 mm的含量占90%以上，细度可调。采用1台MBZ2136型棒磨机和1台MTM160中速T型磨粉机的方案。为了能使石粉均匀地添加到成品砂中，在磨粉机出料处设1个蓄粉罐，采用螺旋机均匀地送到29号胶带机。增加设备后系统制砂的工况预计如下：二筛产砂约60 t,1台立轴破碎机产砂约50 t,3台棒磨机产砂约120 t，磨粉机产粉约15～20 t，合计约250 t，达到产量及质量的要求，并且产量及石粉均有一定的富余量。

　　3）砂脱水时间不能满足采取的措施：(1)制砂调节料仓13号胶带机头增加1台YK1830脱水筛，便于立轴破碎机进行干式生产，采用立轴破碎机进行干式生产主要是为了分出5～20 mm的干料给中速T型磨粉机及雷蒙磨粉机；(2)采用与MBZ2136型棒磨机配套使用的F-12型螺旋分级机；(3)采用分料进入棒磨机与球磨机的B650胶带机。

　　改造后，碾压混凝土最佳含粉率达到18%±2%，含水率小于6%，生产能力满足要求。

　　2.4 、高山峡谷地区高坝混凝土运输技术

　　目前国内碾压混凝土运输入仓方式主要有汽车运输、深槽高速皮带机+塔带机、负压溜槽、满管等。采用深槽高速皮带机+塔带机方案成本高昂；采用负压溜槽方案，因高差大，混凝土料流速大，溜槽磨损大，骨料易分离，因此该两方案在万家口子项目不宜采用。针对本工程大坝高度大、岸坡陡峭、拌合系统布置高、运输强度大等特点，不同高程部位分别采用自卸汽车直接入仓、自卸汽车+满管运输以及采用门机两岸布置取代缆机吊运设备、材料等进出仓面。由于垂直运送高差超过100 m，高差大、骨料易分离、易堵管等是重大技术难题。满管“串联”、满管中部设控制闸阀，调整满管轴线倾角，以保证在输送高差大的情况下碾压混凝土的质量及保证达到混凝土料不飞溅、不堵塞、不分离的要求[3]。针对现场情况，优化施工布置，成功解决了高山峡谷地区高坝混凝土运输问题，保证工程质量，取得较好的经济效益。

　　2.5、 双向曲率可调连续翻升模板在碾压混凝土双曲拱坝上的研发与应用

　　借鉴国内碾压混凝土拱坝成功采用双向曲率可调连续翻升全悬臂模板的经验，研发适应万家口子水电站双曲拱坝特点的双向曲率可调连续翻升全悬臂模板，其主要特点为：安装两层模板，下层模板是上层模板的全悬臂受力支撑体，上下层模板连续交替翻升，左右、上下双向曲率可调，适应曲率变化拼缝板的标准化制作。此模版的应用为坝体的快速施工创造了条件，使碾压混凝土浇筑满足了“全断面、连续上升、快速施工”等要求。万家口子水电站拱坝最高月浇筑上升高度为12 m，满足了大坝快速优质施工的要求。

　　2.6 、碾压混凝土温控技术

　　从前期万家口子水电站高性能碾压混凝土技术研究和应用成果可知，采用现代测试技术研究超高性能聚羧酸减水剂对胶凝材料水化放热历时特征时发现，采用高性能聚羧酸减水剂比采用萘系高效减水剂配制的碾压混凝土早期水化热释放明显缓慢，早期绝热温升明显较低；传统碾压混凝土温控计算方案需设1座骨料风冷系统，通过采用高性能聚羧酸减水剂配制的高性能碾压混凝土内部温度实测，在高温季节不需要骨料风冷，仅仅需要埋管通水冷却即可满足设计温控要求；鉴于高性能减水剂较高的减水率等特性，我们研制了更高性能的聚羧酸减水剂，碾压混凝土胶凝材料进一步降低，粉煤灰掺量达70%以上，通过室内试验和微观机理分析得出，混凝土各项物理力学和耐久性能及施工性能等指标均能满足设计要求。因水泥水化热第二峰值的推后、水泥早期水化热较低，同时因降低水泥用量和提高粉煤灰掺量，碾压混凝土绝热温升进一步降低，从而从源头上降低混凝土绝热温升，简化温控措施，达到“釜底抽薪”的效果，有效解决传统碾压混凝土温控的技术难题。产生的直接效益：节省骨料风冷系统设备及建设费用约1 000万元，节省风冷系统运行费用约1 500万元，总节约费用约2 500万元。

　　2.7、 引水洞快速优质衬砌施工技术

　　万家口子水电站引水系统布置在右岸山体内，由进水口、引水隧洞及压力管道组成，采用一洞双机的布置方式，由上平段、水平转弯段、上弯段、斜井段、下弯段和下平段等部分组成。隧洞水平投影长度为522.238 m，无钢管段洞径为7 m，压力钢管段洞径为6 m和岔管直径为4 m，上平段、上弯段和上半部分斜井段采用钢筋混凝土衬砌，下半部分斜井段、下弯段和下平段为压力钢管。

　　万家口子水电站引水洞衬砌施工影响大坝的下闸蓄水，工期紧张，只有5个月，对质量和工艺水平要求高，特别是混凝土结合缝面处理要求高。引水隧洞无支洞，洞内空间有限，几个工作面同时进行施工，洞内交通困难；同时洞内无法使用大型起吊设备，混凝土浇筑材料运输需要人工搬运，人员投入较大。

　　为达到快速优质施工，洞衬一般采用钢模台车。由于万家口子水电站引水洞的无钢管段由上平段、水平转弯段、上弯段、斜井段组成，长度仅为308 m且结构复杂，不适合使用钢模台车施工，为此，经过多次方案讨论研究，设计出一套适合于洞衬砌的模板。模板采用钢拱桁架配合钢模板，局部圆弧段采用木模板，四榀桁架组成一个圆，桁架在后方制作，待钢筋安装完毕后，进行安装。

　　现场拼装钢拱架，采用Φ48钢管和管扣连接，桁架拼装完成后再扣装钢模板，配自动振动器，衬砌长度段为12～15 m，由于使用管扣和钢模扣连接，拆装比较灵活，一次作业循环仅用4 d，洞衬月完成混凝土浇筑达100 m，达到钢模台车的施工速度，质量达到设计和规范要求，制作成本仅为钢模台车的30%，仅用3个月就完成了308 m无钢衬段施工，提前完成了大坝的下闸蓄水目标。

　　3 、导流洞大渗漏水封堵抢险技术措施

　　万家口子水电站导流洞位于左岸，断面形状为城门洞形，洞径一般为4.5 m×6.0 m（宽×高），堵头段洞径最大为5.5 m×7.2 m（宽×高），进口底板高程1 300.1 m，出口底板高程1 297.1 m，洞身全长893.1 m。

　　3.1 、下闸蓄水后导流洞涌水问题

　　导流洞进口闸门于2017年2月9日下闸，2月11日导流洞洞身围岩出现渗水，涌水量随着库水位抬高不断增加，最大流量约14.1 m3/s，平均流速约0.895 m/s[1]，洞内水深约3 m，出口处水位高程约1 300 m。导流洞内水深流急，施工面狭窄，堵头封堵存在重大安全施工隐患，同时面临材料运输、临时导排水、混凝土浇筑、堵头结构稳定等诸多施工难题，封堵极为困难。

　　3.2 、导流洞封堵方案设计

　　面对导流洞封堵安全隐患突出、工期短、施工难度大的严峻形势，在深入分析导流洞整体稳定问题、洞内流量流速变化规律后，制定了以“洞内封堵为主，洞外防渗为辅”的原则，决定采用临时堵头+永久堵头的封堵方案。临时堵头是整个封堵工作中最为关键的一环，重点研究临时堵头施工方案。临时堵头布置见图1。

　　为了减少导流洞内渗漏水量，降低流速，创造安全的施工条件，在导流洞进口至大坝段岸坡采取抛投覆盖、水下入渗点封堵、导流洞靠江侧帷幕灌浆等一系列防渗辅助措施。采用排水钢管引排，布置8根Φ800 mm排水钢管，分两层布置，叠梁门挡水标准按挡70 m水头计算，满足枯水期防洪要求。

　　3.3 、导流洞的封堵

　　叠梁门、排水钢管及钢板闸门安装完成后，进行临时堵头第一段的混凝土浇筑。为尽快达到挡水条件，提高混凝土强度等级，接着进行回填和接触灌浆处理，水下部分混凝土进行灌浆补强处理，加固覆盖排水管下部所有区域，确保堵头混凝土与底板摩擦力、排水钢管握裹力满足设计要求。临时堵头第一段混凝土浇筑达到设计强度后，关闭排水管蝶阀。临时堵头第二段混凝土通仓浇筑，混凝土强度满足要求后，进行顶部回填灌浆、接触灌浆处理，对集水空腔回填灌浆处理。临时堵头施工完成后，永久堵头施工具备干地施工条件，按一般常态混凝土浇筑。

　　图1 临时堵头结构示意图

　　3.4、 效果

　　万家口子水电站导流洞临时堵头施工风险极大，结合万家口子水电站导流洞地形地质、水文条件特点，研究了挡水钢闸门配合蝶阀关闭、型钢叠梁门作为安全保障又兼作止水和模板及水下混凝土浇筑的临时堵头施工方案，保证了临时堵头封堵成功，为永久堵头施工创造了干地条件。导流洞封堵于2017年5月11日已经全部完工，封堵效果良好。

　　4 、结语

　　万家口子水电站工程在施工中出现了各类技术难题，施工方开展科研项目和QC活动研究解决，不断改进优化施工方案和提高工艺水平，解决了项目施工的关键技术问题，高效、优质地完成了施工任务，掌握一整套科学独特的碾压混凝土施工工法和岩溶地区漏水的封堵关键技术，获得良好的技术经济效益和社会效益，使广西水电工程局碾压混凝土施工技术达到国内先进水平，为以后类似的工程提供宝贵的施工经验。

　　参考文献

　　[1]宇超，卢山.万家口子水电站施工关键技术应用[J].红水河，2017(6):1-4.
　　[2]张积仓，许佐龙.三峡船闸地面工程开挖支护施工技术综述[J].中国三峡建设，2003(6):18-19.
　　[3]卢山.万家口子水电站碾压混凝土双曲拱坝优质施工技术研究[J].中国高新技术企业，2014(17):111-112.