中国水利水电第四工程局有限公司 青海西宁 810007
摘要：刘家峡排沙洞工程主要为解决洮河泥沙对刘家峡大坝淤积造成的运行安全和发电机组磨损问题。是国内较大和水下深度最深的岩塞爆破工程，洞身混凝土要求具有较高的抗冲耐磨性能，选用“双掺”方案达到很好的技术效果。
关键词：排沙洞工程；大坝淤积；岩塞爆破
1 工程概况
刘家峡水电站位于甘肃省永靖县的黄河干流上，下距兰州市区约100km。水电站主坝为混凝土重力坝，最大坝高147m，总库容57.01亿m3，总装机容量1390MW，年平均发电量为57.6亿kW?h，为一等大⑴型工程。
刘家峡洮河口排沙洞工程位于刘家峡水电站左岸。属二等大⑵型工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。排沙洞全长1486.438m，主要建筑物由进口岩塞段、进口闸室段、压力洞段、出口工作闸门室段、无压洞段、泄槽段及挑流鼻坎段等部分组成。
2 开挖支护施工
2.1 洞身段开挖支护施工
排沙洞洞身段开挖断面主要（D=11.2、11.6、14.0m）为圆型及（8.1m×12.4m、8.1m×11.9m）城门洞型断面，鉴于开挖断面大的特点，考虑到施工设备的性能发挥情况，以及施工强度等因素，排沙洞掘进开挖全线采取上下两层分层开挖方式，上层高度8.2～9.0m，爆破采用中间掏槽、周边光爆的方式，光爆孔间距0.6m，循环进尺为3.0～3.5m。
支护方法为：Ⅱ围岩支护采用随机锚杆、素喷混凝土方式，Ⅲ、Ⅳ围岩支护采用网喷混凝土、锚杆、钢支撑、格栅拱架支撑方式进行，做到保证围岩稳定，确保施工安全。
2.2 闸门井开挖支护施工
排沙洞工程进出口各设有一闸门井，分别为进口事故检修闸门井及出口工作闸门井。进口事故检修闸门井，井深82m、井口尺寸13.7m×8.6m（长×宽），出口工作闸门井，井深70m、井口尺寸18.5m×9.7m（长×宽）。考虑到闸门井开挖断面较大、深度较深，开挖方式采用先挖导井，再扩挖成型的方式进行。
导井断面尺寸φ2m，采用手风钻钻孔开挖。导井开挖采用自上而下的开挖方式，人工装渣，10t卷扬机吊至竖井平台后堆放，集中装运、弃置渣场。爆破造孔采用手风钻造孔，孔径φ42mm，孔深1.5m，采用楔形掏槽方式，爆破孔间距0.7m，周边光爆方式，光爆孔间距0.6m。
扩挖施工用手风钻自上而下分层钻孔爆破开挖，周边光爆，光爆孔间距0.6m。闸门井扩挖采取台阶法施工。周边用光面爆破，人工扒碴，从导井溜入井底，再从井底用2.0m3侧卸式装载机配20t自卸汽车出碴。
闸门井支护采用Φ=25mm，L=4.5m随机锚杆、系统锚杆结合钢筋网喷射混凝土的形势进行。
3 混凝土浇筑施工
3.1 洞身段混凝土浇筑施工
排沙洞全长1486.438m，主要的衬砌成型断面为直径10m的圆形断面，衬砌混凝土为C40、C50抗冲耐磨混凝土，混凝土浇筑量为39638m3。排沙洞有压段衬砌由钢模台车进行，钢模台车长度为12.20m。混凝土水平运输采用混凝土搅拌车进行，垂直运输由HBT-60混凝土泵完成。排沙洞洞身段混凝土浇筑分两层进行，底拱1层，顶拱1层，分段长度每段12m，先浇底层后浇顶层，共分105段。
由于底拱混凝土浇筑时会产生较大浮力，因此在底拱浇筑时中线2m范围延体型设置刮轨，采用人工收面，不设置面板，以减少模板与混凝土的接触面，从而减少浮力，同时增加模板配重阻止模板上浮。
3.2 闸门井混凝土浇筑施工
排沙洞工程进出口闸门井，分别为进口事故检修闸门井井深82m，井口高程1745m，C25混凝土6550m3。出口工作闸门井井深70m，井口高程1705m，C25混凝土9568m3。闸门井混凝土采用组合式钢模板分层浇筑，分层高度为3~4m，进口事故检修闸门井分22层、出口工作闸门井分24层。混凝土的水平运输采用混凝土搅拌车进行，进口事故检修闸门井1677高程以下、出口工作闸门井1648高程以下混凝土入仓采用HBT-60混凝土泵在洞身段进行，井身上部各层混凝土采用Box平衡管从井口入仓。Box平衡管沿井壁布置，平衡管直径40cm，每节长度6m，平管与垂直管夹角为45度。Box平衡管距仓号4m时设置溜桶以便混凝土入仓。
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4 岩塞爆破段工程施工
刘家峡排沙洞进口岩塞段爆破工程采用的是水下岩塞爆破方式，在正常蓄水位以下的70m水深，岩塞上顶部为厚27m左右的淤泥沙覆盖层，岩塞下开口10m，上开口约28m，厚度约12.3m，塞体爆破方量2474m3，岩塞进口轴线与水平面夹角45°，岩塞进口底板高程164.48m。岩塞爆破段主要由岩塞爆破工程、进水口结构工程、集渣坑工程及1：2模型试验洞工程组成。
4.1 岩塞爆破工程
4.1.1 岩塞爆破工程主要由排沙洞进口段、集渣坑、岩塞段、竖井及导洞、1:2模型试验洞五部分组成。
4.1.2 爆破采用单层7个药室进行塞体爆破，7个药室呈王字形布置，上部2个药室为#1、#2药室，中部3个药室为#3、#4、#5药室，下部2个药室为#6、#7药室，施工时，开挖导洞与之相通，单层药包均位于岩塞体中部偏上游侧，后部与前部最小抵抗线之比为1.2～1.25之间，每个药包由于进口边坡起伏，抵抗线略有不同。
为保证岩塞体成型良好，保护塞口围岩不受大的破坏，在岩塞周边布置一圈预裂孔共计98个。
4.1.3 为保证岩塞爆通后，淤泥顺利下泄，淤泥爆破采取岩塞上部淤泥钻孔，钻孔直径165mm，共四孔，间排距为2.0m，药包布置岩塞岩面中心淤泥层中部偏下，采用套管法施工。
4.1.4 岩塞段工程开挖工序安排。岩塞爆破段工程地下洞室开挖总体施工程序如下，进场后立即进行“三通一平”工作，首先开始修筑到出渣竖井的施工道路，施工道路修筑完成后，即进行原勘探竖井开挖施工和岩塞试验1:2模型洞的开挖，勘探竖井扩挖完成后，即进行集渣坑出渣竖井及出渣平洞段洞挖施工，出渣平洞开挖完成后同时进行排沙洞与进口闸门井连接段和集渣坑开挖，岩塞药室的开挖在回填灌浆完成后进行。
4.1.5 岩塞爆破段的开挖出渣和混凝土浇筑施工。岩塞爆破段的地下洞室开挖工程，距地面最大高度达90m，最大水深达70m，且紧接刘家峡库区岸坡，开挖施工难度较大，开挖料石渣的垂直运输采用3吨卷扬机，同时兼为上下交通平台和材料运输平台，地下渣料的水平运输由翻斗车完成。
4.1.6 岩塞段的混凝土衬砌施工，混凝土的垂直运输仍由垂直卷扬机完成，洞内水平段的混凝土运输由HBT60泵完成，模板全部由散模拼装完成。
5 混凝土配合比及温控防裂措施
黄河刘家峡洮河口排沙洞工程设计排沙流量600m3/s，最大泄量860m3/s，洞内流速34.5m/s～37.6m/s，属高速水流过流。对衬砌混凝土的抗冲耐磨有较高的要求，混凝土设计标号为C40W10F150 / C50W6F200，为高强混凝土施工浇筑。
5.1 混凝土配合比设计
5.1.1 刘家峡排沙洞工程为高流速过流条件，泥沙对洞身有较强的冲刷能力，根据施工方案，混凝土浇筑采用定型钢模台车立模板，分为上下部两层施工，先进行底拱混凝土浇筑，然后进行边顶拱施工，水平运输采用9m3搅拌运输车，垂直混凝土采用HBT-60混凝土泵直接入仓，即泵送混凝土方案。
5.1.2 泵送混凝土方案：混凝土坍落度必须满足泵送混凝土要求，无形中加大了水泥用量，对混凝土裂缝不利，考虑混凝土可泵性和防裂性能，决定采用一级粉煤灰代替部分水泥。
5.1.3 考虑到洞身混凝土高标号强度要求，结合抗冲耐磨的性能指标，混凝土配合比设计方案选择两组：水泥+粉煤灰+硅粉方案和水泥+粉煤灰+硅粉+钢纤维方案。经室内试验对比：确定的是“双掺”粉煤灰和硅粉方案，能够满足设计要求，取得较好技术效果和经济成果。外加剂选用是高性能高效减水剂和引气剂。
5.2 混凝土温控防裂措施
5.2.1 混凝土温控措施
洞身浇筑混凝土为C40、C50混凝土，再加上属泵送施工条件，水泥掺量相对较高，在配合比试验过程中，优先考虑的用优质粉煤灰取代部分水泥，同时掺加一定量的硅粉，尽最大可能减少水泥用量，又能满足高标号和抗冲耐磨的要求。
5.2.2 洞身混凝土在浇筑过程中，尤其是夏季，采取的是冷水拌合措施，严控出机温度，严格混凝土的计量管理，在气温平均温度低于5℃以下时，采用热水拌合和混凝土保温措施。
5.3 混凝土防裂措施
5.3.1 混凝土在室内试验阶段，对外加剂进行比选和优选，最终选择高减水率和高保塌性的减水剂，尽最大可能降低水灰比，降低水泥用量，减少水化热产生。同时，严格控制出机温度和泵送混凝土限度。
5.3.2 加强混凝土的振捣，保证混凝土振捣密实度，不得漏振和过振。混凝土拆模后立即进行喷淋养护，确保养护时间不低于7天。
论文作者:唐成良
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/27
标签：混凝土论文; 闸门论文; 工程论文; 竖井论文; 断面论文; 刘家论文; 方式论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;