特高拱坝水垫塘反拱型底板开挖施工技术

高拱坝水垫塘反拱底板衬砌结构的非线性静力分析(1)摘要：本文利用Ansys程序对高拱坝水垫塘衬砌结构进行了全过程计算。

在止水结构未破坏以前，衬砌块结构可以看作是作用在弹性地基上的板，利用点线接触单元模拟水垫塘衬砌块结构之间的接缝以及衬砌与基岩的接触，并对衬砌块与拱端支座的连接形式进行了研究；在止水结构破坏后，衬砌块结构下部受到方向向上的脉动压力和时均压力，拱的作用表现出来，并且衬砌块与基岩之间的锚固钢筋开始作用，这时的结构可看作是一种“反吊拱”。

本文利用弹簧单元模拟衬砌块与基岩之间的钢筋进行计算，得到一些用于指导水垫塘设计的结果。

关键词：水垫塘衬砌接触元弹簧元弹性地基梁(板)峡谷地段修建的高拱坝，其泄洪消能布置往往要设置水垫塘，水垫塘衬砌的底板有平底板和反拱底板两种，平底板的稳定问题，现在已研究得比较清楚，反拱底板在近几年得到广泛应用，主要是因为底板拱结构抵抗破坏的能力强，稳定性要优于平底板。

但是由于反拱底板面积比较大，在施工过程中要设置温度缝和施工缝，因此反拱底板被分成一系列相互独立又相互联系的板块，其受力过程表现为一种高度的非线性，特别是在止水破坏后，各板块相互撞击、滑动表现为典型的接触行为，计算相当复杂。

崔广涛等从理论分析和模型实验两方面论证了反拱型底板的受力条件好，其稳定性优于平底板；刘沛清等也对反拱型底板的稳定性进行了研究，并提出了相应的稳定计算模式。

但是他们只是把衬砌块作为刚体，把块间连接看作“铰”(其实是一种机构)，或者把整个水垫塘结构看作一个三铰拱或无铰拱，和实际的块间结构有很大的区别，本文利用接触单元来模拟相邻板块间的接触，接触单元可以模拟块间的接触、咬合、摩擦、分离、撞击等不同状况，特别是在止水结构破坏后，衬砌块结构下部受到方向向上的脉动压力和时均压力，拱的作用表现出来，并且衬砌块与基岩之间的锚固钢筋开始作用，这时的反拱底板整体可以看作是一个“反吊拱”。

利用弹簧单元来模拟锚固到基岩中的钢筋，进行有限元计算，得到比较理想的结果。

技术文件1. 概述1.1 工程概况黄登水电站坝后水垫塘通过扩挖河床形成，采用“护坡不护底”的结构形式，转弯前中心线长约220m，下游直接与原河床相接。

水垫塘采用梯形开挖、开挖后底板高程EL.1435m。

EL.1465m高程以下岸坡衬砌混凝土厚度2m，EL.1465m～EL1500m高程衬砌厚度1.0m，EL.1500m高程以上衬砌厚度0.5m。

1.2 工程范围黄登水电站水垫塘边坡混凝土施工。

1.3 协作队伍主要工作内容主要工作内容：模板安拆、混凝土浇筑、钢筋安装、铜止水及BW-Ⅱ型膨胀止水条安装、φ110PVC排水管安装等。

2. 模板工程施工2.1 模板规划根据本工程水垫塘结构特点并结合现场考察，拟采用组合小钢模板现立，局部采用木模板拼缝。

2.2 模板制作模板的加工制作在专设的模板加工厂进行。

用于现场施工模板的加工制作以及组装必须满足以下各项要求：1）模板的面板及支撑系统保证有足够的强度和刚度，以满足承受荷载、保持稳定、不变形走样等要求，并有足够的密封性，以保证不漏浆。

钢模板面板厚度不小于3mm，钢模板面应尽量光滑，无凹坑、皱褶或其他表面缺陷。

当采用木材时，材质不低于Ⅲ等材，腐朽、严重扭曲或脆性的木材不用作木模材料;2）钢桁架式背架的焊接制作在专用模具上进行，其用于连接组装的插口及调节螺杆需保证其加工精度；3）模板与混凝土的接触面涂隔离剂。

对油质类等影响结构或妨碍装饰工程施工的隔离剂不宜采用。

2.3 模板安装（1）模板安装时按混凝土结构物的施工详图测量放样，必要时加密设置控制点，以利于模板的检查和校正。

模板在安装过程中要有临时固定设施，以防倾覆。

（2）局部大模板不能安装的部位，采用普通钢模板，用拉条固定。

模板的钢拉条不弯曲，直径16mm，拉条与锚环的连接牢固可靠。

预埋在下层混凝土中的锚固件（螺栓、钢筋环等），在承受荷载时，要有足够的锚固强度。

（3）模板之间的接缝平整严密，分层施工时，逐层校正下层偏差，使模板下端不产生错台。

水电站大坝及水垫塘混凝土及接缝灌浆施工总体方案1.1 工程特性1.1.1 结构特性某水电站大坝采用混凝土双曲拱坝，河谷基本呈“V”型，两岸山体雄厚，岸坡陡峻。

坝顶高程1245m，河床建基面高程953m，最大坝高292m。

拱冠梁顶宽12.0m，底宽72.912m，坝顶长901.771m，宽高比0.250。

左岸大坝标共分22个坝段，中间23~26#坝段为河床溢流坝段，其他坝段为非溢流坝段。

本标段坝身泄水设施由2个泄洪表孔、3个泄洪中孔、1个放空底孔及2个导流中孔和1个导流底孔组成。

表孔堰顶高程1225.00m，孔口尺寸11m×15m（宽×高），4#、5#表孔采用跌流消能，3#表孔采用挑流消能；4#、5#、6#泄洪中孔孔底板高程分别为1140.00m、1152.50m和1165.00m，出口尺寸6m×1.5m（宽×高），出口采用挑流消能；放空底孔孔底高程1080.00m，出口尺寸5m×7m；导流中孔、底孔孔底高程分别为1060.00m和1020.00m，出口尺寸均为6m×7m。

本标段水垫塘为水0+088.60m桩号以前23#坝段及其以左（不含溢流中心线所在底板块）部分，底板高程为965.00m，底板厚3m。

1.1.2 主要工程量本合同段混凝土主要包括左岸大坝和水垫塘混凝土。

大坝混凝土427.46万m3，水垫塘混凝土2.33万m3，合计429.79万m3。

其详细工程量见表6-1。

表6-1 左岸大坝及水垫塘混凝土工程量表1.1.3 施工特点某水电站大坝为混凝土双曲拱坝，坝高292m，是目前世界上最高的拱坝。

工程规模大、投资多、工期长而紧、技术含量高，地形、地质条件复杂，施工场地狭窄，混凝土浇筑规模大、强度高，对质量、温控和外观要求很高。

因此，大坝必须采用合理的方法、高效的施工设备、严密的施工计划、有效的使用劳动力、材料、设备和资金，才能保证大坝施工进度和施工质量，提高大坝工程建设的经济效益和社会效益。

技术应用技术与市场2021年第24卷第3期高海拔地区特大断面地下洞室顶拱层对称半洞开挖技术辛璐（中国能建葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都610061）摘要：在水利水电行业,特大断面地下洞室顶拱层开挖一般采用中导洞先行两侧扩挖或先开挖两侧导洞后拆除中间的施工方法，很少采用对称半洞的开挖方法。

玛尔挡水电站主变室跨度10.3m,顶拱层采用对称半洞的开挖方法，通过科学的安全技术措施保证其安全实施，降低了施工成本，缩短了工期，效益显著。

关键词：地下洞室；特大断面；对称半洞；开挖del：/.3969/j.issn./06-8554.2021.03.0461概述在水利水电行业，乃至整个建筑施工行业,特大断面地下洞室顶拱层开挖施工方法有2种，即中导洞先行，两侧扩挖跟进和两侧导洞先行,中部拆除隔墙2种施工方法，采用对称半洞开挖施工方法的工程几乎很少见到。

特大断面对称半洞施工方法在保证安全的前提下实施，可以显著提高施工效率，降低施工成本，缩短工期，其成果在玛尔挡水电站主变洞室的顶拱层开挖施工中得到进一步验证。

玛尔挡水电站地处高寒、高海拔地区，其引水发电系统布置在右岸山体内，主变室宽度5.3m,高度20.4m,拱顶高程3100./m,底部高程3081.5m,长度53.95m。

施工规划分3层开挖，其中顶拱层为357.9~3096.2m高程，高&7m,根据《水工建筑物地下工程开挖施工技术规范》规定，属于特大断面。

施工初期现场采用中导先行、两侧扩挖的施工方法，由于各工作面间开挖与支护工序相互干扰，施工效率较低,且在施工过程中供风、供水、供电及通风系统反复安拆，重复、低效、工作量大，导致工程进展缓慢。

在中导洞开挖39m后，及时调整为对称半洞开挖法。

对称半洞开挖法,采用左右对称分块，以中线为界，开挖断面跨度6.05m,半洞之间前后错开45~66m,支护滞后掌子面最大距离20m。

施工主要依托特制的钻爆台车，人工钻孔、装药、爆破;采用多臂钻进行支护造孔、插杆、注浆，移动升降台车配合;施工风、水、电主管路随落后开挖面前进,领先工作面采用移动风包供风,橡胶软管供水，移动式照明以及射流风机辅助。

特高拱坝导流底孔施工工法特高拱坝导流底孔施工工法一、前言特高拱坝是一种高度、规模和技术要求都较高的水利工程，其导流底孔施工工法的选择和实施对工程的安全和成功起着至关重要的作用。

本文将对特高拱坝导流底孔施工工法进行详细介绍，包括工法特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例等内容。

二、工法特点特高拱坝导流底孔施工工法的特点主要包括施工简便、效率高、经济性好、施工质量可控等。

采用该工法可以缩短施工周期，降低施工成本，确保施工质量达到设计要求。

三、适应范围该工法适用于特高拱坝导流底孔的施工，可以解决导流底孔施工中的难题，提高施工效率和质量。

在特高拱坝工程中，该工法具有广泛的应用前景。

四、工艺原理特高拱坝导流底孔施工工法的实际应用与施工工法的理论依据和技术措施有直接联系。

施工工艺的选择和实施是基于特高拱坝的地质条件、水文条件和工程要求。

工艺原理的详细分析和解释可以帮助读者了解该工法的实际应用价值。

五、施工工艺特高拱坝导流底孔施工工艺分为开挖、加固、固结和封闭等多个阶段。

在每个阶段中，施工人员需要采取相应的措施，如选择合适的施工设备、进行施工测量和监测等。

本文将详细描述每个施工阶段中的细节，以便读者了解施工过程中的每一个环节。

六、劳动组织特高拱坝导流底孔施工需要合理的劳动组织，包括施工人员的编组、分工和配合等。

在施工过程中，劳动组织的合理安排可以提高施工效率和质量。

七、机具设备特高拱坝导流底孔施工所需的机具设备种类繁多，包括挖掘机、钻机、喷射机等。

本文将对这些机具设备的特点、性能和使用方法进行详细介绍，以便读者了解其在施工过程中的作用和操作要点。

八、质量控制特高拱坝导流底孔施工质量的控制是确保工程安全和成功的重要环节。

本文将对施工质量控制的方法和措施进行详细介绍，包括施工监测、施工检验和施工记录等。

九、安全措施特高拱坝导流底孔施工中存在一定的安全隐患，施工人员需要严格遵守相关的安全要求，采取适当的安全措施。