解码白鹤滩水电站泄洪洞镜面混凝土背后的关键技术

 
混凝土施工中素来有“无衬不裂”的说法，大断面衬砌混凝土出现温度性裂缝的现象屡见不鲜。对泄洪洞来说，因为需承受高速水流的冲刷，电站运行期间泄洪洞是最容易出现混凝土破坏的部位。
 
“泄洪洞流道较长，在高速水流作用下，对其抗冲磨、防空蚀性能要求极高。”白鹤滩水电站泄洪洞项目负责人王孝海告诉记者，“确保混凝土无缺陷是保证运行期安全的基础。”
 
全面精品工程是白鹤滩水电站的建设目标，泄洪洞施工团队在项目初期就提出“体型精准、平整光滑、耐磨防裂、零缺陷”的目标，但是所有人都明白，这不是轻而易举就能实现的。
 
为此，泄洪洞施工团队启动对薄壁衬砌混凝土致裂机理的研究，通过分析得出结论，衬砌混凝土产生干缩和温度裂缝受混凝土内部温度场、外部温度场、基岩温度场的“温度三场”影响较大。
 
找到了症结，就能对症下药，泄洪洞施工团队很快便锁定了温控的这一剂“良药”——智能温控。
 
 

薄壁结构衬砌混凝土梯度控温理论示意图
 
 

薄壁结构衬砌混凝土智能温控技术示意图
 
在泄洪洞混凝土施工过程中，施工团队科学定量地布置光纤测温仪器，精密的仪器就好比混凝土的神经末梢，能准确感知温度，为优化调整温控提供依据。
 
有了神经末梢，当然还要赋予混凝土一颗聪明的“大脑”——反馈及处理系统。“大脑”收集到温度信息后，结合混凝土温控模型进行分析，自动采取通水等温控措施，避免人工通水温控不力的问题。
 
在智能温控的帮助下，白鹤滩水电站泄洪洞实现了施工期零温度裂缝，智能方案的成功运用也让大断面衬砌混凝土“无衬不裂”这一世界性难题从此成为过去时。

 
在水电站泄洪洞施工中最常使用的混凝土是泵送混凝土，考虑到封闭狭窄的施工环境和施工装备的限制，泵送混凝土浇筑比较方便，但常态混凝土温控防裂、体型控制更容易掌控，抗冲磨性能也更好，高流速泄洪洞全过流面浇筑常态混凝土一直是国内水电行业从业人员的梦想。
 
“就是因为常态混凝土有这么多的优点，国内有很多类似的工程在这方面进行了探索，但受限于洞室空间相对封闭、结构体型复杂、常规设备难以利用等问题，相关探索一直止步不前，没能真正实现。”回想行业探索常态混凝土的历史，王孝海感慨万千。
 
谈到白鹤滩水电站泄洪洞的常态混凝土运用，就不得不提龙落尾段边墙的施工。龙落尾段体型复杂，最大坡度23°，加上施工通道极其有限，想要实现常态混凝土可谓难上加难。
 
为了达到精品工程的高标准，常态混凝土无疑是最好的选择。一边是困扰水电人多年的行业难题，一边是丝毫不能打折扣的精品标准，泄洪洞施工团队中的党员率先站了出来，对大坡度环境下常态混凝土运输展开专题研究，自主设计研发了大坡度重载自动化运料系统。
 
“有了这套系统，我们只需要按下一个按钮就能将装有常态混凝土的运料小车从下料平台运往钢模台车。”作业人员对记者说，“这套系统实现了一键启动、全程自动控制，并配备四套安全控制装置，保证了常态混凝土运输效率和质量，也确保了运输过程的安全。”
 
2018年11月底，龙落尾边墙浇筑正式启动，距离全过流面浇筑常态混凝土只剩最后一块硬骨头——龙落尾底板浇筑。
 
起初，王孝海创新工作室团队与一些专业厂家根据现场施工需求，合作研制了龙落尾滑框翻模设备，但设备在现场的试验结果并不理想。工作室与厂家在该设备上进行改进，但试验结果依旧不尽人意。
 
一次次的失败消磨了厂家的耐心。“由于要求极高，施工环境极其复杂，施工难度极大，专业厂家都望而却步了，花钱也请不来人。”王孝海回忆说。
 
在这样的情况下，参建各方没有退缩，索性依靠自身力量继续研究。“我们调整了思路，将原滑框翻模调整为‘皮带供料+滑框布料+翻模循环施工’。”王孝海说，“试验结果来看，我们方向走对了。”
 
新设备试验情况让业主、施工、监理等各方参建者看到了曙光。经过不断优化，大坡度曲面底板常态混凝土施工装备终于诞生，龙落尾底板浇筑得以顺利启动。
 
龙落尾底板的开浇，标志着水电行业一直以来未能在高流速泄洪洞全过流面浇筑常态混凝土的遗憾不复存在，填补了世界水电建设的技术空白。应用情况表明，白鹤滩水电站泄洪洞项目自行研制的成套常态混凝土施工装备安全、高效，较常规施工效率提高约20%。

 
白鹤滩水电站泄洪洞内常有这样的景象，前来调研的专家驻足在边墙旁边，不停地拿着手机或相机拍照。即使是经验丰富的行业专家，也丝毫不吝惜对镜面混凝土的赞美。
 
由张楚汉等多名院士组成的评价委员会曾评价白鹤滩水电站泄洪洞“成果总体达到了国际领先水平”。国家能源局可再生能源发电工程质量监督站更是评价为“实现了水工隧洞混凝土无缺陷建造”。
 
常和混凝土打交道的人知道，要让混凝土平整光滑，看不到一点瑕疵，离不开精细、规范的人工操作。现场工人在接受采访时都说，白鹤滩水电站泄洪洞施工中的每一道工序，都有严格的控制标准。
 
以保护混凝土底板施工缝棱角工序为例。现场管理人员告诉记者，施工缝经处理后形成90°直角，不加保护，人员走动时极易出现掉块现象，留下质量缺陷。针对这一点，泄洪洞施工团队在梳理方案时把相应的保护措施考虑在内，还做了专用的保护工具，形成施工规范。
 
这样细致的规范在泄洪洞工程中还有很多，无不体现着建设者们对精品工程质量的不懈追求。
 
“我们对混凝土施工中的每一个细节都下足了功夫。”王孝海说，“每一道工艺要如何保证质量、有哪些环节可能影响质量，都被我们梳理得清清楚楚。”
 
从泄洪洞第一仓混凝土浇筑起，施工团队就坚持精准析源、精明施策、精心组织、精确控制、精益施工的“五精”管理方法，如今已总结出既能满足作业环境，又能达到质量要求的泄洪洞常态混凝土浇筑工艺工法，发明了“施工缝零缺陷施工工艺”、“底板五步法收面工艺”等一系列创新型施工工艺。
 

 
“五精”管理法
 
“我们形成的精细化的标准工艺工法，已经深入到包括民技工在内的每个参建者头脑中，这是白鹤滩水电人的集体智慧，混凝土体型较设计控制标准提高50%，平均不平整度小于2毫米，全部都能呈现镜面效果。”王孝海说。