陰坪水電站鋼罩氣墊式調(diào)壓室施工

曾　建，　李　俊，　吳 智 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰　611830)

陰坪水電站鋼罩氣墊式調(diào)壓室施工

曾建，李俊，吳 智 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰611830)

摘要：陰坪水電站氣墊式調(diào)壓室為122 m×12 m×17.3 m(長×寬×高)的城門洞型斷面，洞身邊頂拱襯砌70 cm厚混凝土，其中底板1.5 m以上邊頂拱混凝土表面貼20 mm厚的16 MnR鋼板鋼罩。以陰坪水電站調(diào)壓室施工為例，分別對氣墊式調(diào)壓室的開挖和鋼罩兩個(gè)關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的方案規(guī)劃和實(shí)施過程進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：陰坪水電站；氣墊式調(diào)壓室；開挖；鋼罩；施工

1工程概述

陰坪水電站位于四川省平武縣境內(nèi)的涪江支流火溪河上，為低閘引水式電站。陰坪水電站氣墊式調(diào)壓室為長方形布置，城門洞型斷面，開挖尺寸為122 m×12 m×17.3 m(長×寬×高)。洞身圍巖為似斑狀二云母花崗巖，圍巖類別以Ⅲ類為主。洞身邊頂拱襯砌70 cm厚混凝土，其中底板1.5 m以上邊頂拱混凝土表面貼20 mm厚的16MnR鋼板鋼罩，底板采用30 cm厚素混凝土襯砌。鋼罩混凝土沿洞軸線方向每4 m為一段，每段鋼罩混凝土之間設(shè)置寬度為0.8 m的平壓腔，腔內(nèi)設(shè)孔距為1.5 m、深入基巖5 m的平壓孔。

2運(yùn)行原理及施工控制要點(diǎn)

氣墊式調(diào)壓室在巖體內(nèi)由巖壁和水面圍成封閉式氣室，并利用氣室內(nèi)高壓空氣形成“氣墊”來抑制室內(nèi)水位高度和水位波動幅值的變化，氣墊式調(diào)壓室是性能優(yōu)越的水錘和涌波控制設(shè)備。對于氣墊式調(diào)壓室，在其周圍形成比較好的地下水系統(tǒng)環(huán)境，防止漏氣是施工和運(yùn)行要求的關(guān)鍵。氣墊式調(diào)壓室是工程地質(zhì)條件好的水電站中替代傳統(tǒng)開敞式調(diào)壓井較為實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的方案。

由于氣墊式調(diào)壓室的運(yùn)行條件為由巖壁、鋼罩和水面圍成封閉式氣室并利用氣墊來控制水錘和涌波，因此而要求：

(1)鉆爆開挖應(yīng)選擇合理的爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，尤其是嚴(yán)格控制開挖輪廓線的爆破，最大限度地減小開挖爆破對氣室整體圍巖的擾動以及對開挖線巖面完整性的破壞，達(dá)到盡可能減少洞壁巖體漏水、漏氣量的目的。

(2)鋼罩混凝土施工首先應(yīng)嚴(yán)格控制氣室鋼罩拼接與安裝焊接的質(zhì)量，同時(shí)采取相應(yīng)的措施使鋼罩后的回填混凝土與鋼罩結(jié)合緊密，既能確保氣室閉氣性能，又能有效地聯(lián)合承受機(jī)組負(fù)荷變化引起的地下水壓力和氣室氣體壓力之間的壓差。

3施工方案規(guī)劃與調(diào)整

3.1開挖施工

3.1.1初設(shè)方案

氣室開挖高度為17.3 m，分為三層逐層開挖，第一、二層層高各8 m，第三層兼作底板保護(hù)層，高1.3 m。首先由氣室連接洞以連接洞斷面尺寸按13%的坡比爬坡開挖中導(dǎo)洞進(jìn)入氣室第一層，中導(dǎo)洞開挖至調(diào)壓室端頭后再反向全斷面進(jìn)行第一層開挖及支護(hù)并跟進(jìn)平壓孔造孔施工。第二層開挖支護(hù)分兩步進(jìn)行，第一步沿中導(dǎo)洞進(jìn)行中間拉槽；第二步跟進(jìn)兩側(cè)邊墻擴(kuò)挖及支護(hù)。第二層開挖完成后，從連接洞由近端往遠(yuǎn)端方向進(jìn)行第三層開挖。

3.1.2氣室支洞的增設(shè)及方案調(diào)整

在第一層開挖過程中，原規(guī)劃開挖方案逐漸暴露出諸多弊端：因條件局限，氣室開挖路線是從氣室連接洞經(jīng)氣室中導(dǎo)洞爬坡至頂拱，形成頂拱反向擴(kuò)挖工作面，人員與設(shè)備的進(jìn)出均須通過作業(yè)面下部，安全隱患較大；氣室連接洞為氣室唯一出入口，導(dǎo)致氣室形成高大悶罐開挖作業(yè)，施工通風(fēng)條件很差，爆破后散煙時(shí)間長，影響工程進(jìn)度；中導(dǎo)洞坡度太陡，達(dá)13%，設(shè)備上坡困難，大油門加重了空氣的污濁程度，重車下坡時(shí)制動易失靈，安全隱患大。

項(xiàng)目部經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理工程師商議，決定在與氣室連接洞凈距大于35 m的上游側(cè)引水隧洞內(nèi)增設(shè)氣室支洞，以此連通氣室頂部，作為氣室第一層開挖支護(hù)的通道和后期鋼罩安裝的輔助通道。在第一層開挖時(shí)，人員設(shè)備由氣室支洞進(jìn)出，提高了作業(yè)的安全性，同時(shí)也形成了循環(huán)通風(fēng)洞室，從根本上改善了氣室的通風(fēng)條件。氣室支洞貫通后，相應(yīng)地對第一層開挖方案進(jìn)行了調(diào)整，利用反鏟將上部預(yù)留渣面進(jìn)行平整，填實(shí)原中導(dǎo)洞缺口，使作業(yè)面變得更寬敞，改原方案裝載機(jī)裝渣為反鏟裝渣，同時(shí)調(diào)入了兩臂鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)，使開挖效率成倍增加。

3.2鋼罩混凝土施工

3.2.1初設(shè)方案

調(diào)壓室鋼罩混凝土施工共分三步完成。第一步完成調(diào)壓室底板混凝土及邊墻鋼板基礎(chǔ)混凝土澆筑，提交鋼罩安裝工作面；第二步由內(nèi)往外向氣室連接洞方向完成邊墻鋼板安裝及混凝土回填；第三步考慮到氣墊式調(diào)壓室通過布置在調(diào)壓室遠(yuǎn)端頂拱位置的氣室支洞與近端的氣室連接洞進(jìn)行大循環(huán)通風(fēng)，頂拱采用從氣室連接洞由外往內(nèi)完成鋼板的安裝及混凝土回填。

3.2.2優(yōu)化并調(diào)整施工方案

在第二步邊墻鋼罩混凝土施工完成后，開始進(jìn)行頂拱鋼筋的安裝。由于原方案中頂拱鋼筋的安裝采用在頂拱利用自制鋼罩安裝臺車在倉面內(nèi)單根組裝鋼筋，作業(yè)面狹小且為高空作業(yè)，鋼筋安裝進(jìn)度較慢，安全隱患亦較大。經(jīng)研究優(yōu)化調(diào)整了施工方案，將原結(jié)構(gòu)鋼筋在倉面內(nèi)單根組裝調(diào)整為在氣室底板進(jìn)行組裝、然后整體吊裝入倉面的安裝方案，組裝與吊裝平行作業(yè)，從而大大提高了施工進(jìn)度，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

4施工方案的實(shí)施

4.1開挖與支護(hù)

4.1.1鉆爆試驗(yàn)及鉆爆設(shè)計(jì)

根據(jù)氣墊式調(diào)壓室的運(yùn)行要求、結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件和巖性，確定了合理的鉆爆參數(shù)以保證調(diào)壓室開挖面的平整度，減少爆破對圍巖的擾動，使圍巖的松動范圍、爆破應(yīng)力和裂縫達(dá)到最小，將圍巖的透水率控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。在氣室連接洞與氣墊式調(diào)壓室交叉段進(jìn)行開挖鉆爆試驗(yàn)，以選擇合理的鉆爆參數(shù)。

根據(jù)爆破試驗(yàn)確定的氣墊式調(diào)壓室基本鉆爆參數(shù)為：將第一層每循環(huán)鉆孔深度控制在2.5 m以內(nèi)，設(shè)計(jì)輪廓采用光面爆破、周邊孔間距為35～40 cm，光面爆破線裝藥密度控制在100 g/m以內(nèi)；將第二層每循環(huán)鉆孔深度控制在3.5 m以內(nèi)，設(shè)計(jì)輪廓采用預(yù)裂爆破、周邊孔間距50 cm預(yù)裂爆破線裝藥密度控制在150 g/m以內(nèi)；第三層采用底面光面爆破方式進(jìn)行淺孔弱爆破開挖，光爆孔間距為0.4 m，線裝藥密度為120 kg/m。

4.1.2開挖與支護(hù)方案的實(shí)施

氣室中導(dǎo)洞：采用自制鉆爆施工臺架、手風(fēng)鉆鉆孔，出渣采用ZLC50側(cè)卸裝載機(jī)配15 t自卸車運(yùn)輸。由于中導(dǎo)洞位于氣墊式調(diào)壓室洞身內(nèi)部，相應(yīng)的地質(zhì)條件較好，故采取打設(shè)隨機(jī)安全錨桿結(jié)合局部掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土的臨時(shí)支護(hù)形式進(jìn)行支護(hù)。

氣室第一層：初期采用自制鉆爆施工臺架、手風(fēng)鉆鉆爆，由氣室中導(dǎo)洞進(jìn)入氣墊式調(diào)壓室第一層1 019 m高程進(jìn)行反向水平開挖，一層中導(dǎo)洞領(lǐng)進(jìn)，邊頂拱跟進(jìn)，周邊光面爆破，出渣采用ZLC50側(cè)卸裝載機(jī)配15 t自卸汽車經(jīng)氣室支洞運(yùn)出。增設(shè)氣室支洞后，采用兩臂鉆鉆孔，PC220反鏟配15 t自卸汽車經(jīng)氣室支洞出渣。噴錨支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)開挖作業(yè)面，兩臂鉆造錨桿孔，人工掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，混凝土噴射機(jī)實(shí)施濕噴混凝土，對洞壁滲水部位及時(shí)打設(shè)排水孔對滲水進(jìn)行集中引排，巖壁平壓孔采用兩臂鉆造孔。

氣室第二層：首先在第一層底板利用潛孔鉆沿氣室中導(dǎo)洞軸線垂直鉆孔對第二層進(jìn)行拉槽爆破開挖，再采用潛孔鉆由氣室連接洞端向氣室遠(yuǎn)端進(jìn)行兩側(cè)邊墻巖壁的擴(kuò)挖，擴(kuò)挖采用臺階式錯層開挖，上臺階和下臺階各高4 m，上臺階領(lǐng)進(jìn)，邊墻輪廓線采用預(yù)裂爆破。出渣采用ZL50C側(cè)卸裝載機(jī)配15 t自卸汽車經(jīng)氣室中導(dǎo)洞運(yùn)輸。系統(tǒng)支護(hù)滯后開挖作業(yè)面不大于20 m，與開挖施工平行作業(yè)，兩臂鉆造錨桿孔，混凝土噴射機(jī)濕噴混凝土，系統(tǒng)支護(hù)后立即進(jìn)行平壓孔施工。

氣室第三層：采用手風(fēng)鉆造孔(與水平夾角不大于5°)，水平光面爆破開挖，對基底出現(xiàn)的少量欠挖采用人工撬除、風(fēng)鎬開挖等手段進(jìn)行處理，不再進(jìn)行爆破，以保證基底面巖石少受擾動破壞。出渣主要采用PC70反鏟配5 t自卸汽車經(jīng)氣室連接洞運(yùn)輸。氣室開挖情況見圖1。

4.2鋼罩混凝土

4.2.1鋼罩金屬結(jié)構(gòu)

為加快鋼罩金屬結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，在氣室進(jìn)口處的底板位置增加了臨時(shí)組裝施工平臺。臨時(shí)組裝施工平臺沿氣室軸線方向設(shè)置為長18 m，既預(yù)留夠了經(jīng)平臺下部氣室連接洞槽挖段進(jìn)出氣室的施工交通，又最大限度地利用了現(xiàn)場空間。

鋼罩制作：在洞外加工廠，采用25 t汽車吊、桁車等吊裝搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行鋼罩制作單元拼裝的下料、除銹、噴鋅、刷漆、刷水泥漿等防腐工作。邊墻鋼罩鋼板的制作采用15 t平板汽車將完成防腐處理的鋼板運(yùn)至氣室底板臨時(shí)組裝平臺進(jìn)行拼裝。由于氣室底板臨時(shí)組裝平臺場地有限，無法進(jìn)行頂拱弧形鋼板的卷板工作，遂將氣室頂拱的弧形鋼板在洞外加工廠進(jìn)行卷板。為方便運(yùn)輸，將頂拱弧形鋼板化整為零制作為兩塊“瓦片”后再采用平板車運(yùn)入洞內(nèi)，在氣室底板組裝平臺最后拼接成型。

鋼罩安裝時(shí)，首先進(jìn)行兩側(cè)邊墻豎直鋼板的安裝，再進(jìn)行洞頂弧形鋼板的安裝。

兩側(cè)邊墻豎直鋼板的安裝：首先將肋板固定在兩側(cè)墻預(yù)埋鋼筋上，利用鋼罩安裝臺車上的吊點(diǎn)將豎直鋼板起吊至豎直狀態(tài)，將側(cè)墻豎直鋼板緊貼在已安裝好的肋板上，然后將鋼板點(diǎn)焊在肋板上再進(jìn)行焊接。焊接完成后，檢查焊縫，焊縫合格后再復(fù)查安裝尺寸，安裝尺寸復(fù)查無誤后進(jìn)行最終的加固，加固應(yīng)達(dá)到使豎直鋼板在澆筑混凝土?xí)r能承受足夠的壓力而不致變形、移位。側(cè)墻鋼板安裝到一定高度后，即進(jìn)行混凝土的回填澆筑，互相交叉進(jìn)行。

頂拱弧形鋼板的安裝：在側(cè)墻鋼罩混凝土施工完成后，再進(jìn)行頂拱弧形鋼罩的安裝。頂拱弧形鋼罩采用在調(diào)壓室底板整體拼接和手工焊焊接，為方便吊運(yùn)，避免與兩側(cè)已安裝就位的邊墻鋼板擦掛，在弧形鋼板口設(shè)拉點(diǎn)由手動葫蘆將弧形鋼板弧度適當(dāng)內(nèi)收，再由天錨等臨時(shí)起吊設(shè)施吊至自制升降式鋼罩安裝臺車頂部平臺上。臺車運(yùn)行到安裝位置，將臺車頂部整體升起到位，同時(shí)逐漸松開內(nèi)拉葫蘆，使弧形鋼板對準(zhǔn)安裝位置，檢查其尺寸合格后正式就位并焊接加固。鋼罩安裝升降臺車見圖2。

4.2.2混凝土及灌漿

為確保混凝土與鋼罩鋼板之間結(jié)合緊密，鋼罩混凝土采用一級配自密性氧化鎂微膨脹混凝土?；炷敛捎冒韬舷到y(tǒng)集中拌制，混凝土攪拌罐車運(yùn)輸，混凝土高壓泵輸送入倉。邊墻混凝土采用插入式振搗器振搗，頂拱混凝土采用插入式輔以附著式振搗器振搗?；炷翉?qiáng)度在滿足設(shè)計(jì)允許強(qiáng)度要求后進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿分兩序施工并預(yù)埋灌漿管由頂拱引出?；靥罟酀{采用純壓式，采用水灰比為0.6∶1、0.5∶1兩級漿液進(jìn)行

回填，灌漿壓力為0.3 MPa。

5結(jié)語

陰坪水電站氣墊式調(diào)壓室共計(jì)完成69個(gè)單元工程，其中69個(gè)單元工程質(zhì)量合格，65個(gè)被評為優(yōu)良，優(yōu)良率為94.2%，其中主要單元工程、重要隱蔽工程、關(guān)鍵部位單元工程質(zhì)量均為優(yōu)良。該電站自2009年7月1日正式投產(chǎn)發(fā)電以來，檢測氣室漏氣量為0.5～1 Nm3/min，達(dá)到國際先進(jìn)水平。陰坪水電站的成功施工經(jīng)驗(yàn)，對類似將鋼罩置于混凝土表面的氣墊式調(diào)壓室施工具有很好的借鑒價(jià)值。

曾建(1976-)，男，四川都江堰人，工程師，一級建造師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作；

李俊(1979-)，女，四川威遠(yuǎn)人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作;

吳智勇(1981-)，男，四川內(nèi)江人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

大灣水電站投產(chǎn)發(fā)電

云南大灣水電站首臺機(jī)組于日前順利完成72 h試運(yùn)行，正式投產(chǎn)發(fā)電。大灣水電站位于楚雄市雙柏縣鄂嘉鎮(zhèn)(右岸)和楚雄市新村鎮(zhèn)(左岸)交界處的禮社江上，為禮社江干流六個(gè)梯級開發(fā)方案中的最后一級。電站樞紐由混凝土面板堆石壩、左岸岸邊式溢洪道、右岸泄洪沖沙(兼導(dǎo)流)洞、右岸長引水隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管道、右岸地面廠房組成。屬三等中型工程，以發(fā)電為主，電站裝機(jī)容量49.8 MW，年利用小時(shí)數(shù)4 518 h。

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0045-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV554;TV7;TV52;TV732.5

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