淺談沖乎爾水電站大壩倒垂線施工工藝

卯戰(zhàn)革,李小紅,楊松波

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司,河南 三門(mén)峽 472000)

淺談沖乎爾水電站大壩倒垂線施工工藝

卯戰(zhàn)革,李小紅,楊松波

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司,河南 三門(mén)峽 472000)

倒垂線在大壩變形監(jiān)測(cè)中是一個(gè)觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn),其安裝精度的高低直接影響著大壩變形的觀測(cè)精度。該文介紹了新疆布爾津河沖乎爾水電站大壩倒垂線的實(shí)施過(guò)程,包括倒垂線的鉆孔、護(hù)管安裝、倒垂孔有效孔徑的測(cè)量,倒垂線錨塊的安裝、附體組的安裝及實(shí)施控制工程。倒垂線實(shí)施結(jié)果表明,保證倒垂線的質(zhì)量關(guān)鍵在倒垂孔的鉆孔進(jìn)度和有效直徑的控制,文中的方法優(yōu)點(diǎn)在于工期緊的情況下保證鉆孔的有效孔徑完成施工任務(wù)。大壩蓄水運(yùn)行期間的觀測(cè)結(jié)果顯示大壩的變形符合一般的變形規(guī)律,壩體的垂直位移變形值在設(shè)計(jì)要求之內(nèi),說(shuō)明倒垂線系統(tǒng)安裝是成功的。

施工;倒垂線;有效孔徑

1 概 述

新疆布爾津河沖乎爾水電站是布爾津河上規(guī)劃的第五個(gè)梯級(jí)電站,水庫(kù)總庫(kù)容0.8×108m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容0.48×108m3,正常蓄水位 755.0 m,死水位 738.0 m,電站總裝機(jī)容量11×104kW,最大壩高71 m,屬中型Ⅲ等工程。

壩體共設(shè)置兩層廊道,底層為690 m高程基礎(chǔ)灌漿廊道和689 m高程排水廊道,上層廊道在5#～10#壩段為718.5 m高程廊道,在11#～18#壩段為725m高程廊道。壩體的變形觀測(cè)布置分別在690 m廊道、718.5 m廊道、725 m廊道各布置1套靜力水準(zhǔn)進(jìn)行垂直位移觀測(cè),各布置1套引張線進(jìn)行水平位移觀測(cè),在壩頂1#～18#壩段設(shè)置1套真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)進(jìn)行垂直和水平位移觀測(cè)。在每套引張線的端部各設(shè)置一個(gè)倒垂線測(cè)點(diǎn),為引張線提供水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn),在倒垂線旁邊設(shè)置雙金屬標(biāo)為靜力水準(zhǔn)提供垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。

倒垂線在大壩水平位移監(jiān)測(cè)中處于中心位置,埋設(shè)要求質(zhì)量高,不僅能測(cè)讀大壩不同高程的水平位移,又能為其它準(zhǔn)直線提供位移基準(zhǔn)值[1]。沖乎爾電站壩體中共設(shè)置5條倒垂線為引張線提供水平位移基準(zhǔn)值,倒垂測(cè)點(diǎn)布置在廊道的中間位置,觀測(cè)壩體的水平位移,為引張線提供水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)。在下閘蓄水前需要完成的倒垂鉆孔198.5 m,其中有3個(gè)倒垂孔在725 m廊道鉆孔穿過(guò)690 m廊道,具體見(jiàn)表1。

表1 倒垂線概況一覽

沖乎爾電站采用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的倒垂裝置和垂線坐標(biāo)儀,垂線坐標(biāo)儀采用智能電容式坐標(biāo)儀,輔以垂線瞄準(zhǔn)器進(jìn)行人工觀測(cè)。

2 倒垂線的施工

2.1 倒垂線的鉆孔

倒垂線的鉆孔鉛直度要求很高,鉆孔把握不好就會(huì)報(bào)廢,不但造成經(jīng)濟(jì)損失,而且影響施工進(jìn)度[2],因此要選擇專業(yè)的鉆孔隊(duì)伍。

使用ZL-150型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行取芯鉆孔,孔徑Ф 220mm。鉆孔前在鉆孔位置搭設(shè)腳手架并把腳手架固定在廊道錨筋上,用來(lái)固定鉆機(jī)。鉆進(jìn)時(shí)采用低轉(zhuǎn)速、小壓力、小水量的方法,經(jīng)常檢查鉆孔偏斜值,每鉆2 m即應(yīng)檢查一次[3,4]。鉆孔的中心點(diǎn)水平、垂直誤差應(yīng)在±50 mm范圍之內(nèi),如超限應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施加以糾正。鉆孔傾斜測(cè)量與有效孔徑的測(cè)量方法一致,使用浮筒和彈性置中器進(jìn)行。

2.2 倒垂線保護(hù)管的安裝及灌漿

鉆孔完成檢測(cè)合格后安裝保護(hù)管,倒垂線保護(hù)管為Φ 168 mm×6 mm的無(wú)縫鋼管,單節(jié)管長(zhǎng)2.5 m,管端螺紋長(zhǎng)150 mm。保護(hù)管在安裝前應(yīng)清洗、除銹、矯直,特別應(yīng)逐根檢查保護(hù)管頭厚度是否相同,管材是否平直,對(duì)不合格的管材要更換。在安裝保護(hù)管之前,要根據(jù)鉆孔偏心檢查資料,作出鉆孔立面圖和鉆孔水平面中心投影圖,根據(jù)圖中孔口中心和孔底中心的偏移值,在保護(hù)管底部加工制作耳環(huán),加管塞密封。保證護(hù)管底部應(yīng)不滲水,底部0.5 m長(zhǎng)加工成粗糙面,便于和水泥砂漿的結(jié)合。

安裝保護(hù)管時(shí),先在鉆孔底部放入約0.5 m高的水泥漿,將保護(hù)鋼管放入孔底后,再稍微提起,不得提出水泥漿面,用鉆機(jī)或千斤頂進(jìn)行固定。然后準(zhǔn)確測(cè)定保護(hù)管的偏斜值。如果偏斜值過(guò)大,應(yīng)加以調(diào)整直到滿足要求。

保護(hù)管安裝后,每下兩根鋼管檢查一次保護(hù)管的偏斜,允許倒垂孔保護(hù)管的最大偏斜為1mm/10 m。當(dāng)偏斜較大時(shí)在管口利用千斤頂進(jìn)行調(diào)整或者取出保護(hù)管重新安裝。保護(hù)管之間的絲口連接時(shí),在螺紋上涂膠水,纏生料帶,接好后用紅丹漆密封,護(hù)管高出混凝土面50 cm。

保護(hù)管安裝合格后,對(duì)保護(hù)管外壁與孔壁之間的空隙進(jìn)行回填灌漿。灌漿采用無(wú)壓自流方式,分2次灌注,第1次灌滿至孔口,第2次為補(bǔ)灌。護(hù)管在安裝過(guò)程中,保證護(hù)管中不能進(jìn)水。最后對(duì)該管進(jìn)行最終偏斜值檢查和孔口保護(hù)。

2.3 有效孔徑的測(cè)量

鉆孔偏斜、護(hù)管安裝以及有效孔徑的測(cè)量,均采用浮筒與彈簧置中器進(jìn)行測(cè)量控制。在護(hù)管的頂部用鋼鋸在護(hù)管四邊缺口標(biāo)記,用2根螺絲帽細(xì)繩掛在缺口上,構(gòu)成直角坐標(biāo)系,如圖1,一般以平行壩軸線方向?yàn)閄向,左岸為正,以順?biāo)鞣较驗(yàn)閅向,下游為正。

有效孔徑測(cè)量時(shí),護(hù)管上方放置浮筒和浮子,浮筒中灌水淹沒(méi)浮子,用鋼絲懸掛彈簧置中器放入鉆孔中,彈簧置中器的四邊為彈簧具有彈性,放入鉆孔中在彈簧的作用下置中器緊貼管內(nèi)壁,保證鋼絲在彈簧置中器測(cè)點(diǎn)位置位于垂線保護(hù)管的圓心位置,此時(shí)測(cè)量出鋼絲在護(hù)管口處坐標(biāo)系中的坐標(biāo),即可知道測(cè)點(diǎn)處的護(hù)管偏差,見(jiàn)圖2,彈簧置中器如圖3。

用彈簧置中器從孔底開(kāi)始測(cè)量,每隔2 m測(cè)量1次,直至孔口,24 m深的鉆孔測(cè)量了13個(gè)數(shù)據(jù),59 m深的鉆孔測(cè)量了30個(gè)數(shù)據(jù)。在AUTOCAD程序中將測(cè)量的圓心圍在建立的直角坐標(biāo)系畫(huà)出各個(gè)圓,求出各個(gè)圓的內(nèi)切圓和圓心,即求出護(hù)管的有效圓和圓心。

經(jīng)過(guò)測(cè)量,倒垂護(hù)管的有效孔徑在133 mm～142 mm之間,完全滿足要求。

圖1 保護(hù)管口坐標(biāo)的建立

圖2 保護(hù)管有效孔徑的測(cè)量

圖3 彈簧置中器

2.4 澆筑觀測(cè)墩臺(tái)及觀測(cè)架

預(yù)先制作觀測(cè)架,觀測(cè)架用L50×5 mm的角鋼焊接制作,外刷防銹漆,角鋼上開(kāi)孔用來(lái)連接垂線坐標(biāo)儀和垂線瞄準(zhǔn)器。觀測(cè)架下層用來(lái)固定垂線坐標(biāo)儀,中部固定垂線瞄準(zhǔn)器,上部放置倒垂浮筒。觀測(cè)架與倒垂護(hù)管焊接固定,下部35 cm澆筑混凝土墩臺(tái)。

2.5 錨塊的安裝

使用夾具把Φ 1.2 mm不銹鋼絲和錨塊連接在一起,安裝上錨塊上下各4個(gè)的限位螺絲,把鋼絲和錨塊放入倒垂護(hù)管中,在放置過(guò)程中,由于鋼絲的彈性很好,注意不要把鋼絲弄亂。錨塊下到孔底后,按長(zhǎng)度截?cái)嗖讳P鋼絲。確認(rèn)錨塊到達(dá)孔底后把錨塊抬高5 cm,用夾具和鋼板不銹鋼絲固定在觀測(cè)架上。掛上細(xì)繩,根據(jù)有效圓心的位置,調(diào)節(jié)鋼板位置使孔口處鋼絲位于有效圓心的位置,螺絲固定蓋板和不銹鋼絲。

灌漿管伸入孔底,根據(jù)計(jì)算的水泥漿量,人工自流灌入水灰比0.5的水泥漿。檢查鋼絲的位置有無(wú)變化,若有變化及時(shí)調(diào)整。

錨塊灌漿后的48 h需要不間斷的人工看護(hù),以防鋼絲被人碰動(dòng)使位置發(fā)生偏移,造成返工的嚴(yán)重后果。

2.6 安裝浮體組

浮體組的安裝應(yīng)在錨塊灌漿后的5～7 d進(jìn)行,為確保水泥漿的強(qiáng)度,在灌漿后10 d開(kāi)始安裝附體組。先用浮子上的夾具把不銹鋼絲和浮子連接,由于鋼絲受力后會(huì)拉長(zhǎng),對(duì)于鉆孔較深的孔,夾具固定不銹鋼絲時(shí)應(yīng)施加預(yù)拉力后固定,或者倒入部分變壓器油后固定。根據(jù)計(jì)算,鉆孔深度在24 m時(shí)Φ 1.2 mm不銹鋼絲在40 kg的拉力下,伸長(zhǎng)4.7 cm,鉆孔深度59 m時(shí)不銹鋼絲在40 kg的拉力下,伸長(zhǎng)11.6 cm。

根據(jù)倒垂線的長(zhǎng)度,變壓器油可以淹沒(méi)浮子或加之一定的高度,浮筒放置位置應(yīng)是倒垂線與浮子處于自由狀態(tài),并處于油筒的中央。

2.7 垂線坐標(biāo)儀的現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)整

浮體組安裝后即可安裝智能電容式垂線坐標(biāo)儀,按照壩體向下游移動(dòng)為正,向左岸移動(dòng)為正的方向調(diào)整坐標(biāo)儀的安裝方向,將儀器底板安裝在觀測(cè)架上,調(diào)整儀器底盤(pán)水平,儀器導(dǎo)軌平行于觀測(cè)方向。將中間極固定在高強(qiáng)鋼絲上,調(diào)整好中間極和底板之間的位置,焊接電纜接頭,將接頭進(jìn)行絕緣處理。因?yàn)閮x器要求極板之間的介質(zhì)均勻,因此中間極固定在不銹鋼絲上時(shí),中間極的線頭位置向下。

移動(dòng)垂線坐標(biāo)儀底座,調(diào)節(jié)垂線坐標(biāo)儀量程,使垂線坐標(biāo)儀的測(cè)量量程居中,固定垂線坐標(biāo)儀。現(xiàn)場(chǎng)使用固定塊和千分表,移動(dòng)不銹鋼絲,測(cè)取垂線坐標(biāo)儀的數(shù)值,檢驗(yàn)垂線坐標(biāo)儀X方向、Y方向的儀器系數(shù)。

觀測(cè)架的中間層安裝垂線瞄準(zhǔn)器,用螺絲初步把垂線瞄準(zhǔn)器固定在觀測(cè)架上,確定好游標(biāo)卡尺在主尺上的讀數(shù),把左右游標(biāo)卡尺放在設(shè)置好的讀數(shù)上,移動(dòng)垂線瞄準(zhǔn)器,使通過(guò)瞄準(zhǔn)器孔用目視線將瞄準(zhǔn)孔和垂線不銹鋼絲及瞄準(zhǔn)針排列在一條直線上,左右讀數(shù)都達(dá)到預(yù)定數(shù)值,固定瞄準(zhǔn)器。

2.8 觀測(cè)初始值選取

垂線坐標(biāo)儀和垂線瞄準(zhǔn)器安裝完成后即開(kāi)始觀測(cè),觀測(cè)前先檢查垂線是否處在自由狀態(tài),檢查線體是否有異常,浮筒是否正常等。先進(jìn)行垂線坐標(biāo)儀觀測(cè),然后進(jìn)行瞄準(zhǔn)器觀測(cè),每次讀數(shù)時(shí)瞄準(zhǔn)步驟一致,游標(biāo)卡尺的移動(dòng)方向統(tǒng)一,以保證測(cè)量精度,垂線坐標(biāo)儀和垂線瞄準(zhǔn)器的數(shù)據(jù)校核,相差較大時(shí)立即檢查原因進(jìn)行復(fù)測(cè)。連續(xù)觀測(cè)一周的穩(wěn)定數(shù)據(jù)即可作為倒垂線的初始值。

3 倒垂線安裝實(shí)施控制

在碾壓混凝土壩施工中,預(yù)埋鋼管并控制好鋼管的垂直度,可以省去后期在碾壓混凝土中的鉆孔,考慮到預(yù)埋鋼管后周?chē)鷿仓儜B(tài)混凝土對(duì)施工進(jìn)度造成一定的影響,沒(méi)有預(yù)埋鋼管,采取了后期鉆孔的辦法。

2009年5月中旬開(kāi)始進(jìn)行倒垂線和雙金屬標(biāo)管的鉆孔,最初擬用潛孔鉆進(jìn)行鉆孔,經(jīng)過(guò)十余天的鉆孔,發(fā)現(xiàn)潛孔鉆滿足不了倒垂線和雙金屬標(biāo)的鉆孔要求,考慮到倒垂施工一旦出現(xiàn)偏差進(jìn)行返工,將影響工期,甚至影響下閘蓄水,于2009年5月底更換人員和設(shè)備,使用2臺(tái)地質(zhì)鉆機(jī)開(kāi)始鉆孔,1臺(tái)鉆機(jī)布置在718.5 m高程廊道和725 m高程廊道,進(jìn)行3條倒垂線IP3、IP4、IP5的鉆孔,1臺(tái)鉆機(jī)布置在690 m高程廊道,完成兩條倒垂線 IP1、IP2。對(duì)于 IP3、IP4、IP5在上部鉆孔完成后,精確測(cè)量出下部的位置才能進(jìn)行690 m以下的鉆孔,鉆孔時(shí)巖芯提出和加長(zhǎng)鉆桿均在690 m高程廊道進(jìn)行。

經(jīng)過(guò)2臺(tái)鉆機(jī)不分晝夜近2個(gè)月的鉆孔,順利完成了5個(gè)倒垂孔198.5 m的鉆孔,在鉆孔完成后保護(hù)管也相繼安裝完成,對(duì)保護(hù)管進(jìn)行測(cè)量后,其有效圓直徑在133 mm～142 mm范圍內(nèi),滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,具體見(jiàn)表2。

表2 倒垂線完成情況一覽

在每個(gè)倒垂護(hù)管完成檢查合格后,開(kāi)始澆筑倒垂墩臺(tái)和觀測(cè)架,安裝錨頭,之后安裝浮體組,至 2009年8月中旬,全部完成5條倒垂線的錨頭安裝、浮體組安裝及垂線坐標(biāo)儀的安裝和調(diào)試,在水庫(kù)大壩下閘蓄水前全部安裝并調(diào)試完成,進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4 結(jié) 語(yǔ)

沖乎爾水電站倒垂線系統(tǒng)經(jīng)過(guò)3個(gè)月的精心組織施工,鉆孔、保護(hù)管安裝、錨塊的錨固、浮體組的安裝、垂線坐標(biāo)儀的安裝,在大壩下閘蓄水前倒垂線順利完成施工,并取得初始值。鉆孔有效孔徑的控制是鉆孔的關(guān)鍵,該工程中的5條倒垂線的鉆孔有效孔徑全部大于130mm,完全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。在大壩蓄水期間倒垂線系統(tǒng)逐日進(jìn)行了監(jiān)測(cè),結(jié)果顯示大壩的變形符合一般的變形規(guī)律,水平位移變形值在設(shè)計(jì)要求之內(nèi),為壩體的變形提供了基準(zhǔn)值,保證了大壩蓄水的順利進(jìn)行。

[1]DL/T5178-2003.混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003:63-65.

[2]二灘水電開(kāi)發(fā)有限公司.巖土工程安全監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1999:355.

[3]張平.水電工程大壩外部變形監(jiān)測(cè)的施工[J].陜西水力發(fā)電,2000,16(1):51.

[4]祝德生,張輝,陳愛(ài)光.江埡大壩倒垂孔施工技術(shù)[J].探礦技術(shù),1998,6(1):6-7.

Discussion on Construction Technology of Inverted Vertical in Dam of Chonghuer Hydropower Station

MAO Zhan-ge,LI Xiao-hong,YANG Song-bo
(11THEngineering Bureau Co.,Ltd.of China Water Conservancy and Hydropower,Sanmenxia,He'nan472000,China)

The inverted vertical in dam distortion monitoring is an observing reference point,the installation precision of which affects the observation precision.Here,taking Chonghuer Hydropower Station in Xinjiang for example,the application of the inverted vertical is introduced in detail,including its drilling,installation and measures,as well as the implementation and control for it.The results show that the key of the application for it is the control for the drilling prograss and effective aperture.Moreover,it is successful to use the inverted vertical system for the observation of dams,and the installation method as mentioned here is also successful.

construction;inverted vertical;effective aperture

TV698.11

A

1672—1144(2010)02—0142—03

2009-12-24

2010-03-10

卯戰(zhàn)革(1972—),男(漢族),河南靈寶人,工程師,主要從事大壩安全監(jiān)測(cè)工作。