蕪湖發(fā)電廠五期取水構(gòu)筑物水下工程施工技術(shù)

謝玉立，汪傳松

(安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

蕪湖發(fā)電廠五期取水構(gòu)筑物水下工程施工技術(shù)

謝玉立，汪傳松

(安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

本文重點(diǎn)介紹蕪湖發(fā)電廠五期取水構(gòu)筑物水下爆破開挖、水下錨桿施工、水下基床整平、水下混凝土澆筑、取水頭及引水管水上浮運(yùn)與沉管安裝等水下工程施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，供同行在同類工程施工中參考。

蕪湖發(fā)電廠;水下工程;施工技術(shù)

1 工程概況

蕪湖發(fā)電廠位于蕪湖市北四磯小山丘東面的長(zhǎng)江右岸邊，以長(zhǎng)江為供水水源，距市區(qū)約16km。本期建設(shè)取水頭2個(gè)，采用一機(jī)一管。根據(jù)水下地形圖，取水頭基本布置于廠址前沿－12.0m左右等深線深水岸線處，兩取水頭間距30m，取水頭采用水下淹沒式鋼制蘑菇形結(jié)構(gòu)，直徑10m、高10.5m，側(cè)面四周進(jìn)水窗高3.5m。引水管共2根，中心距30～3.8m。引水管由三部分組成：其與取水頭連接的一段引水管為2根φ3200mm鋼沉管，單根長(zhǎng)約25m;與鋼沉管連接的中間段斷面尺寸為每孔3.0m×3.0m、壁厚0.8m的矩形鋼筋混凝土雙孔溝浮運(yùn)段，長(zhǎng)度約為61m，每段20m左右;浮運(yùn)段至循環(huán)水泵房前的一段為斷面尺寸每孔3.0m×3.0m、壁厚0.8m的矩形現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙孔溝(大開挖段)組成。總長(zhǎng)約140m左右。如圖1、圖2所示。

圖1 取水建筑物平面布置

2 取水構(gòu)筑物水下工程總體施工流程

取水構(gòu)筑物水下工程分別包括取水頭、引水鋼管段、預(yù)制鋼筋混凝土雙孔溝浮運(yùn)段，其中取水頭單個(gè)重量150t，引水管預(yù)制浮運(yùn)段單節(jié)重量達(dá)360t。主要施工內(nèi)容包括：水下基槽爆破開挖、取水頭安裝、水下鋪設(shè)基床墊層、引水管(包括鋼管及預(yù)制鋼筋混凝土雙孔孔溝)制作、浮運(yùn)及就位安裝、水下回填保護(hù)等。總體施工流程如圖3所示：

圖2 取水建筑物剖面

圖3 總體施工流程

3 水下爆破開挖

爆破開挖范圍共分三部分：2個(gè)取水頭基槽、2道引水鋼管基槽及1道預(yù)制鋼筋混凝土雙孔溝基槽，爆破方量約4萬m3?；鶐r水下爆破利用水上平臺(tái)進(jìn)行水上鉆孔填藥爆破，基巖爆破前用挖泥船或水沖法將表層浮泥及軟土挖除。

3.1 施工測(cè)量

a.施工區(qū)域標(biāo)識(shí)：在基槽成型開挖區(qū)域內(nèi)，利用岸標(biāo)(插旗)和水中浮標(biāo)相結(jié)合來標(biāo)示基槽開挖范圍。

b.開挖標(biāo)高的測(cè)量：采用水壓力測(cè)深儀結(jié)合測(cè)深標(biāo)桿對(duì)基槽開挖標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量。

3.2 表層土挖除

將抓揚(yáng)式挖泥船拖運(yùn)到開挖區(qū)內(nèi)拋錨定位，按照標(biāo)識(shí)逐次開挖基槽表層土，將開挖的浮泥、軟土及卵石方用開底駁運(yùn)往指定地點(diǎn)堆放。當(dāng)潛水員水下摸測(cè)后，確定已挖到基巖，并且開挖范圍已滿足要求時(shí)，再由潛水員在水下用高壓水槍配合，采用氣舉法清淤設(shè)備將基巖面反復(fù)清理沖洗干凈。

3.3 水下爆破

a.爆破方法：鉆機(jī)鉆孔，深孔裝藥，加強(qiáng)松動(dòng)爆破。炸藥選用防水型乳化炸藥，雷管采用毫秒延期電雷管。

b.爆破次數(shù)和區(qū)段劃分：水下爆破分14次爆破區(qū)進(jìn)行爆破，取水頭頭部為4次爆區(qū)，引水鋼管段為6次爆破區(qū)，箱涵為4次爆破;水下不宜分層爆破，因此，一次爆破到設(shè)計(jì)標(biāo)高。為提高開挖效率，爆破后塊石粒徑控制在50cm以下。

c.爆破設(shè)計(jì)：根據(jù)《工程爆破實(shí)用手冊(cè)》，查表計(jì)算確定各項(xiàng)爆破參數(shù)。在實(shí)際作業(yè)過程中由爆破員根據(jù)每次施爆點(diǎn)的實(shí)際情況，對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，報(bào)經(jīng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)實(shí)施。

d.鉆孔與裝藥：利用鋼浮箱與型鋼拼裝成鉆孔平臺(tái)，用2臺(tái)XJ－100型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔;成孔后用塞子將孔口封堵，以防止雜物進(jìn)入孔內(nèi)，在陸上將炸藥和起爆體裝入塑料管，兩端封起后由潛水員根據(jù)編號(hào)裝入相應(yīng)炮孔，然后連接起爆網(wǎng)絡(luò)引爆。

e.水下爆破施工工藝流程

施爆區(qū)調(diào)查→爆破設(shè)計(jì)→配備專業(yè)施爆人員→爆區(qū)放樣→布孔→鉆孔→爆破器材檢查→炮孔檢查→裝藥連接網(wǎng)絡(luò)→布置安全警戒→起爆→清除盲爆→解除警戒→測(cè)定爆破效果。

4 取水頭水下安裝

取水頭部位細(xì)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4.1 水下錨桿施工

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取水頭下部需鉆25個(gè)φ150，深度為3m的錨桿孔，錨桿孔內(nèi)插入φ40單根長(zhǎng)度為4.30m的錨桿，再在孔內(nèi)灌入C35不離析細(xì)石混凝土作為錨固。

圖4 取水頭細(xì)部

4.1.1 水下鉆孔

鉆孔擬采用一臺(tái)G－3型工程勘察鉆機(jī)固定到工程船上，工程船在現(xiàn)場(chǎng)拋錨定位，用陸域測(cè)量?jī)x器測(cè)量鉆孔的位置，在確認(rèn)無誤后進(jìn)行開鉆。在啟動(dòng)鉆機(jī)之初，測(cè)量河床的實(shí)際深度，以確保鉆孔深。在鉆孔前，先派潛水員在需鉆孔的位置對(duì)基床上的碎石進(jìn)行清理，以防鉆頭打滑。當(dāng)一個(gè)孔鉆好后，潛水員潛入水下，用麻布將孔堵牢，以防泥砂及碎石進(jìn)入孔中。按上述方法鉆完取水頭的全部孔洞。

4.1.2 安裝錨桿

潛水員潛入水下，將洞口上的麻布取出，將錨桿插入孔洞中。錨固混凝土采用不離析細(xì)石混凝土，因數(shù)量較小，故在工程船上隨拌隨灌。灌孔時(shí)，將細(xì)石混凝土裝入一只容積為0.6m3左右的鐵桶中，鐵桶底部焊接一段設(shè)有閥門的鐵管，將鐵桶沉入水下，鐵管管口對(duì)準(zhǔn)錨桿孔后開啟閥門，使混凝土流入錨桿孔中。當(dāng)混凝土灌至孔口時(shí)，潛水員用手將混凝土壓實(shí)。

4.2 水下混凝土基礎(chǔ)澆筑

取水頭混凝土設(shè)備基礎(chǔ)厚5m，混凝土澆筑分兩次進(jìn)行，如圖4所示。第一次澆筑取水頭設(shè)備底面以下3m厚的部分，并在設(shè)備周邊的兩次澆筑界面上預(yù)埋插筋，待首次混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后安裝取水頭，取水頭安裝就位后再第二次澆筑基礎(chǔ)上部2m厚部分。澆筑方法如下：

4.2.1 鋼模框水下安裝

a.在陸上制作混凝土基礎(chǔ)澆筑鋼?？?，制作時(shí)需在鋼模框頂面縱軸線位置上焊接短鋼管，以便在水面上定位測(cè)量控制。

b.鋼模框座底位置細(xì)石找平：由于爆破形成的基坑底部坑洼不平，在鋼模框座底位置采用拋灑細(xì)石，潛水員水下刮尺找平。

c.起重船在陸域測(cè)量?jī)x器的控制下移至取水頭部位置，將鋼模框調(diào)整至設(shè)計(jì)要求的位置時(shí)，松放主鉤，使鋼?？虺寥氲交采稀ｊ懹驕y(cè)量鋼?？虻膬筛鶞y(cè)桿，確認(rèn)鋼?？蛭恢谜_后潛水員水下拆扣，如有誤差時(shí)，重新安裝，直至符合設(shè)計(jì)要求。

d.鋼模板安裝時(shí)，盡量注意水流的影響，潛水員在水下調(diào)整伸縮支腿使模板調(diào)平加固。用重球檢查鋼模板的垂直度;澆筑面插筋事先焊接成整體并吊掛在鋼?？蛏涎亍?/p>

4.2.2 水下混凝土澆筑

a.將2艘工程船用型鋼連接固定，托運(yùn)至取水頭位置拋錨定位，形成混凝土澆筑平臺(tái)。

b.在澆筑平臺(tái)上事先布置好多個(gè)澆筑導(dǎo)管，導(dǎo)管間距3.0m，平面上呈梅花形布置，外緣導(dǎo)管距模板表面最大距離不宜大于2.0m，導(dǎo)管下口距基底0.3m左右。

c.采用預(yù)拌混凝土，江邊設(shè)一臺(tái)HB60混凝土輸送泵，將混凝土輸送到水上澆筑平臺(tái)的集料斗上，澆筑時(shí)集料斗內(nèi)的混凝土依次從中部導(dǎo)管逐步向外緣導(dǎo)管輪流均勻布料，連續(xù)澆筑，保證基礎(chǔ)混凝土澆筑面均勻抬升，并一次澆筑完畢。

d.達(dá)到第一次澆筑的總方量后，由潛水員用刮尺對(duì)混凝土面進(jìn)行水下整平，并檢查預(yù)埋插筋有無上浮或偏位，有問題及時(shí)處置。

e.第二次混凝土澆筑在取水頭安裝就位后進(jìn)行，澆筑方法同第一次。

4.3 取水頭就位

取水頭在陸上江邊進(jìn)行制作，制作位置必須滿足起重船直接吊裝，必要時(shí)用挖泥船疏浚以滿足起重船起吊時(shí)的吃水深度。在取水頭安裝前，事先做好測(cè)量桿的安裝工作，測(cè)量桿安裝位置見圖5。

圖5 取水頭測(cè)量桿安裝示意圖

取水頭安裝采用吊重為240t的固定扒桿起重船進(jìn)行施工。起重船在現(xiàn)場(chǎng)拋錨定位，移船至取水頭所在位置，起重船主鉤上掛四根吊索(φ60的鋼絲繩，每根鋼絲繩長(zhǎng)度為20m)，吊索末端用4只50t卡環(huán)與取水頭的吊點(diǎn)連接。檢查測(cè)桿架、吊具索具無誤后，起吊取水頭，移船至取水頭安裝位置，在陸域測(cè)量人員指揮下，調(diào)整好取水頭軸線位置，將取水頭松放至水中。

當(dāng)取水頭底部松放到接近鋼?？蛏峡谶厱r(shí)，停止松放，潛水員潛入水下探摸取水頭底部與鋼模框位置情況。在確認(rèn)無誤時(shí)松放取水頭，使取水頭沉入鋼?？蛑小Ｔ谌∷^進(jìn)入鋼?？蛑泻?，潛水員在水下不停檢查取水頭與鋼?？騼?nèi)預(yù)埋插筋是否碰擦，確保取水頭沉放到設(shè)計(jì)位置。

5 引水管道安裝

5.1 水下基床拋石及整平

基床碎石墊層施工采取水上方駁運(yùn)輸、人力拋填的方法。拋石開始前事先做好導(dǎo)標(biāo)設(shè)置及拋石船駐位工作?？v向設(shè)置中心導(dǎo)標(biāo)，橫向設(shè)分段標(biāo)，根據(jù)分段施工順序，拋石船依導(dǎo)標(biāo)定位。

基床拋石完成后，需對(duì)基床進(jìn)行整平，本工程需對(duì)基床進(jìn)行細(xì)平，由于精度要求很高，故采用導(dǎo)軌刮道法進(jìn)行，即采用水下整平船結(jié)合基床導(dǎo)軌控制整平精度。整平船用方駁改裝，其主要裝置是刮道，方法是在方駁的船邊伸出兩根工字鋼(或鋼軌)作為刮道支架，支架外端安裝滑輪，用重軌做成的刮道通過滑輪吊掛在水中;基床導(dǎo)軌即是在基床兩側(cè)各埋入一根導(dǎo)軌(鋼軌)，擱置在事先已安置好的混凝土小型方塊上，小型方塊間距5m左右，方塊與導(dǎo)軌之間墊厚薄不一的鋼板，將導(dǎo)軌頂標(biāo)高調(diào)整到基床的設(shè)計(jì)整平標(biāo)高。其實(shí)施步驟如下：

a.由岸上測(cè)量人員與潛水員水下配合安裝調(diào)平基床導(dǎo)軌，控制鋼軌撓度在1cm以內(nèi)。

b.整平船下放刮道，橫置在兩側(cè)的導(dǎo)軌面上，刮道底面即為基床整平面標(biāo)高。刮道的撓度控制在1cm以內(nèi)，刮道兩端應(yīng)伸出導(dǎo)軌外每端不少于1m。

c.整平船在基床上橫向駐位，所用碎石裝在船上，在潛水員的引導(dǎo)下，將船上石料通過浮鼓式漏斗向水下運(yùn)送。然后潛水員在水下利用刮道沿導(dǎo)軌面前移，將高出的碎石搬走，并填平刮道下的空隙。多余碎石用吊籃吊上船，不足的碎石由船上補(bǔ)充，如此達(dá)到整平要求。

5.2 預(yù)制管段水下沉管安裝

預(yù)制混凝土引水管總長(zhǎng)度為57.76m，總重量為2500t左右，分成7節(jié)制作，每節(jié)重量在360t左右?；炷烈茴A(yù)制時(shí)，需在每節(jié)引水管四角預(yù)埋吊點(diǎn)，并在中軸線的兩端埋設(shè)預(yù)埋鐵件，以便安裝測(cè)量桿。如圖6所示。

預(yù)制混凝土引水管安裝，采用600T起重船，運(yùn)用吊沉法進(jìn)行安裝作業(yè)，步驟為：施工準(zhǔn)備→水上交通管制→浮運(yùn)→管段就位→管段初次下沉→靠攏下沉→著地下沉。

圖6 預(yù)制矩形雙孔溝埋件位置

a.浮運(yùn)：起重船在現(xiàn)場(chǎng)拋錨定位，通過起重船上的錨機(jī)收絞錨纜，使起重船移至預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)，松下起重船的兩副主鉤，使主鉤頭對(duì)準(zhǔn)需吊裝的涵管上方起吊。當(dāng)提升到一定高度后，停止起吊，啟動(dòng)移船錨機(jī)，將船移至靠岸側(cè)第一根涵管安裝位置。

b.管段就位：調(diào)整船位，利用預(yù)制雙孔溝上部的測(cè)桿對(duì)其進(jìn)行粗定位，如圖7所示。

圖7 管段沉放測(cè)量裝置

c.管段下沉：當(dāng)涵管軸向位置達(dá)到設(shè)計(jì)要求，涵管靠岸側(cè)端部距現(xiàn)澆涵管約50mm時(shí)，松放起重船主鉤，使涵管沉放至水中。當(dāng)涵管沉放至離基床約10～30cm時(shí)，停止松放，陸域儀器測(cè)量涵管的位置，當(dāng)軸線方向還在設(shè)計(jì)軸線時(shí)，將起重船向岸側(cè)已現(xiàn)澆施工完成的引水涵管移動(dòng)，使兩管口貼緊，此時(shí)潛水員下水探摸涵管在水下的情況，主要包括：涵管對(duì)接間隙、涵管左右偏差。當(dāng)上述兩項(xiàng)均正常時(shí)，通知起重船松放涵管，直至著床。潛水員再次探摸涵管的情況，如位置均達(dá)到設(shè)計(jì)要求并陸域測(cè)量也為合格時(shí)，拆除起重船主鉤，再拆除測(cè)量桿。如達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，將涵管吊離基床，重新調(diào)整涵管位置，如基床高不符合要求時(shí)，重新進(jìn)行基床整平。直至合格為止。

重復(fù)上述工序，安裝完全部混凝土涵管。

5.3 預(yù)制管段接頭模袋混凝土施工

土工模袋是由雙層化纖織物(織造型)制成的連續(xù)不同間距(厚度)的平面袋裝結(jié)構(gòu)材料，本工程預(yù)制管段接頭采用矩形無濾點(diǎn)模袋，模袋寬50cm，充實(shí)厚度為250mm，最薄厚度為220mm。灌口直徑φ200mm，每2m布置一個(gè)，模袋沿管段接縫鋪設(shè)，然后固定底部，混凝土澆筑從兩邊對(duì)稱澆筑，每次澆筑2m，兩側(cè)澆筑完成后，最后一次澆筑上側(cè)。

5.4 引水鋼管沉管安裝

引水鋼管安裝采用240t起重船進(jìn)行施工。

a.施工準(zhǔn)備：由潛水員潛入水下測(cè)量取水頭引水鋼管口端及混凝土涵管鋼管接口的直線距離，并以此對(duì)陸上已制作好的引水鋼管進(jìn)行截短或接長(zhǎng)。

b.浮運(yùn)：將引水鋼管兩端用橡膠圈套密封，起重船在現(xiàn)場(chǎng)拋錨定位后，移船至鋼管制作現(xiàn)場(chǎng)，起重船掛好鉤后，啟動(dòng)主卷?yè)P(yáng)機(jī)，將引水鋼管拔正后再吊離地面。移船至鋼管安裝位置。

c.就位下沉：松放引水鋼管至水下。當(dāng)引水鋼管底部接近涵管接口及取水頭接口時(shí)，停止松放，潛水員潛入水下探摸管口接頭的情況，同時(shí)指揮起重船調(diào)整船位，將鋼管沉入兩接口之中。當(dāng)兩接口處的對(duì)接情況達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，潛水員檢查引水鋼管與支撐墩的擱置情況，如有懸空時(shí)，用鋼板墊實(shí)。在確認(rèn)鋼管各處擱置良好時(shí)，松下起重船的主鉤。潛水員再次檢查管口對(duì)接情況，如不符合要求，可重新吊起，調(diào)整支撐墩的高程及引水鋼管的位置，使對(duì)接達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

d.哈夫接頭安裝：哈夫接頭由起重船配合安裝，先將哈夫接頭的上蓋蓋在鋼管接頭上，再將下蓋用起重船吊起托在管底。在兩法蘭中間墊上橡膠墊塊，用螺絲將兩法蘭聯(lián)接好。

6 水下拋石回填

取水頭及引水管安裝就位后，為保證其安全穩(wěn)定，首先回填袋裝碎石墊層，然后在其周圍采用拋石填筑保護(hù)。基槽水下拋石回填仍然采取水上方駁運(yùn)輸、人力拋填的方法。拋石開始前事先做好導(dǎo)標(biāo)設(shè)置及拋石船駐位工作?？v向設(shè)置中心導(dǎo)標(biāo)及邊際導(dǎo)標(biāo)，橫向設(shè)分段標(biāo)，根據(jù)分段施工順序，拋石船依導(dǎo)標(biāo)定位，人工拋填。靠近引水管周邊采用碎石拋填，以免造成管身?yè)p傷。回填至設(shè)計(jì)高程后，采用水下整平船粗平即可。

7 結(jié)語

蕪湖發(fā)電廠五期取水構(gòu)筑物水下施工項(xiàng)目繁多，施工難度大，由于采取了合理的施工方法，工程按期完工，交付使用后幾年來，工程運(yùn)行情況良好。

劉殿中，楊仕春．工程爆破實(shí)用手冊(cè)［M］．第二版．北京：冶金工業(yè)出版社，2003．

Construction Technology of Stage V Water Intake Structure Underwater Project of Wuhu Power Plant

XIE Yu-li，WANG Chuan-song
(Anhui Water Resources Development Co．，Ltd．，Bengbu233000，China)

This paper focuses on introducing actual application condition of underwater project construction technology such as water intake structure underwater blasting excavation，underwater anchor bar construction，underwater base bed leveling，underwater concrete pouring，water intake head and diversion pipe floating transportation on water，immersed pipe installation，etc．in stage V project of Wuhu Power Plant，thereby providing reference for similar companies in the same project construction．

Wuhu Power Plant;underwater project;construction technology

TV671

B

1005-4774(2013)09-0007-06