解析水電站調(diào)壓井井筒固結(jié)灌漿施工技術(shù)

寧子龍

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 四川成都 610072）

引言

我國(guó)的能源形式多種多樣，其中水力發(fā)電作為可再生能源，其資源豐富，裝機(jī)容量大，相關(guān)技術(shù)發(fā)展成熟，因此已經(jīng)成為電力生產(chǎn)的重要來源。目前，我國(guó)水電工程西移設(shè)計(jì)的水利工程項(xiàng)目由于規(guī)模、中心建筑、地形和水力約束條件等，需要采用引水式開發(fā)模式，所以大型調(diào)壓井的介入是不可避免的，其對(duì)水電項(xiàng)目工程質(zhì)量有很大的影響。在水電站調(diào)壓井建設(shè)施工中，井筒固結(jié)灌漿方面施工技術(shù)至關(guān)重要，本文中，以具體工程實(shí)例展開相關(guān)介紹。

1 工程概況

該水電站位于云南省境內(nèi)，水電站以單一發(fā)電為開發(fā)任務(wù)，無防洪、灌溉、航運(yùn)、供水等其他綜合利用要求。水庫正常蓄水位EL998m，相應(yīng)庫容1.62×108m3；校核洪水位EL1003.97m相應(yīng)的總庫容為1.84×108m3，設(shè)計(jì)洪水位EL1001.77m相應(yīng)的庫容為1.75×108m3；調(diào)節(jié)庫容0.83×108m3（調(diào)節(jié)特性為季調(diào)節(jié)，庫容系數(shù)0.021），裝機(jī)容量240MW，保證出力58.375MW，多年平均發(fā)電量10.855×108kWh，年利用小時(shí)數(shù)4523h。

由于井身圍巖穩(wěn)定性較差，在井筒周圍進(jìn)行了垂直預(yù)固結(jié)灌漿，并將錨筋插入孔內(nèi)。由于調(diào)壓井井圈直徑大（19m）、井深（67m），地表井圈高度為5.4m。為了進(jìn)行井筒固結(jié)灌漿工程的施工，必須設(shè)計(jì)、定做一個(gè)可以承受一定荷載的操作升降式平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行鉆孔和灌漿施工。本工程施工難度大，安全施工要求高，灌漿平臺(tái)從制作安裝到操作運(yùn)行均須嚴(yán)格考慮施工安全。

根據(jù)實(shí)施階段設(shè)計(jì)圖紙，本工程調(diào)壓井井筒灌漿設(shè)計(jì)水平方向固結(jié)灌漿，環(huán)間排距（上下方向）2.0m，同一高程的每環(huán)（圈）共計(jì)布置30個(gè)固結(jié)灌漿孔，孔深要求深入基巖4m。固結(jié)灌漿實(shí)施范圍為EL.1000～EL.949m，總長(zhǎng)51m，按照2m的環(huán)間距，共布置灌漿孔27排（環(huán)）。

2 調(diào)壓井作用

當(dāng)水電站引水道較長(zhǎng)時(shí)，一般在隧洞和壓力管道連接處設(shè)置調(diào)節(jié)室。調(diào)壓室由主要包括以下三種形式：調(diào)壓井（從山體重開挖井型結(jié)構(gòu)）；調(diào)壓塔（地面塔式結(jié)構(gòu)）；以及兩種方式混合結(jié)構(gòu)。

水電站機(jī)組正常工作狀況下，如果突然甩負(fù)荷關(guān)閉導(dǎo)葉，水電站中水流由于慣性作用，會(huì)形成很大的水錘效應(yīng)，對(duì)電力設(shè)備造成損壞。因此需要有調(diào)壓井來調(diào)節(jié)水流，縮短管道長(zhǎng)度，降低水錘沖擊，釋放水錘壓力，以此來避免水錘摧毀導(dǎo)葉以及其他過流組件等電力設(shè)備，營(yíng)造良好的機(jī)組運(yùn)行狀況。

3 灌漿升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)與安裝

3.1 灌漿臺(tái)車

該水電站調(diào)壓井井筒固結(jié)灌漿施工前期如果選擇搭建腳手架的方式的話，考慮到工程狀況，調(diào)壓井井筒直徑19m，井深約70m，搭建腳手架的話，則會(huì)因?yàn)楣こ塘枯^大、施工準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)、使得調(diào)壓井井筒固結(jié)灌漿施工工期延長(zhǎng)，不符合施工計(jì)劃。因此，選用腳手架施工方式不可行。通過綜合分析，工程部在調(diào)壓井井筒混凝土襯砌完成后設(shè)計(jì)了一個(gè)可以承受一定的負(fù)荷操作升降平臺(tái)，井壁水平固結(jié)灌漿造孔以及施工都可以在該平臺(tái)上完成，該灌漿平臺(tái)，其自重20t，可承載10t活荷載在調(diào)壓井井筒上下移動(dòng)施工，灌漿平臺(tái)通過調(diào)壓井頂部卷揚(yáng)機(jī)上下移動(dòng)通過鋼絲繩牽引，靠井壁邊緣平臺(tái)安裝防摩擦輪達(dá)到水平限位作用，為了避免平臺(tái)卡住，工作平臺(tái)可通過安裝絲桿千斤水平定位，豎向定位除了卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩穩(wěn)定平臺(tái)外，還可選擇添加手動(dòng)葫蘆將平臺(tái)和調(diào)壓井壁預(yù)埋灌漿管安裝掛拉架拉緊，使灌漿平臺(tái)更穩(wěn)定。為了保證調(diào)壓井施工的總工期，工程部將提前做好相關(guān)制作材料的準(zhǔn)備，通過配置足夠的人力、設(shè)備材料資源保證施工工期。

3.2 灌漿平臺(tái)安裝

3.2.1 安裝施工準(zhǔn)備

①井筒混凝土襯砌工作、調(diào)壓井頂部安全護(hù)欄安裝、卷揚(yáng)機(jī)基礎(chǔ)和吊裝支架等的預(yù)埋基礎(chǔ)板已經(jīng)完成，卷揚(yáng)機(jī)基礎(chǔ)面與井口面高差不得超過10cm。②卷揚(yáng)機(jī)、空載調(diào)試（包括聯(lián)動(dòng)、單動(dòng)調(diào)試）、吊裝支架和滑子倒向架、滑子、天輪等安裝工作完成，根據(jù)情況卷揚(yáng)機(jī)安裝鋼繩和井口放繩。③灌漿平臺(tái)部件運(yùn)輸?shù)骄?，由井口塔機(jī)調(diào)運(yùn)到井底部安裝，安裝部件為主架、鋪板架、起重滑子等機(jī)具。④組裝灌漿平臺(tái)吊裝機(jī)具、設(shè)備、材料和組裝人員均已經(jīng)到位，為灌漿平臺(tái)安裝工作提供的風(fēng)、水、電系統(tǒng)完成，工作周邊環(huán)境安全。

3.2.2 安裝條件

①安裝設(shè)備為井口25t吊車一臺(tái)，其余安裝機(jī)具設(shè)備和安裝工具。②安裝人員按照安裝崗位到齊。③灌漿平臺(tái)部件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。④安裝人員工作防護(hù)用具齊全。⑤傷病救護(hù)方案中的機(jī)具設(shè)備齊全。

3.2.3 安裝要點(diǎn)

安裝灌漿平臺(tái)提供的臨時(shí)中心平臺(tái)搭設(shè)1組長(zhǎng)寬為1.8m高為4m的排架，另需搭設(shè)5組長(zhǎng)寬為1.8m高為4m的井壁排架，要高于調(diào)壓井底部斜面高度，必須穩(wěn)定牢固。灌漿平臺(tái)由若干塊大小部件組合而成，最重件為1.2t，每一道工序必須檢查合格后再進(jìn)行下一步安裝。灌漿平臺(tái)各大部件組裝好后要焊接加固，須根據(jù)生產(chǎn)廠家的意見進(jìn)行加固點(diǎn)焊接，由于運(yùn)輸途中有變形損壞的部件必須經(jīng)修復(fù)后才能安裝。

從當(dāng)前單向航道通航能力的研究進(jìn)展來看，主要側(cè)重于對(duì)航道交通流量的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合排隊(duì)論方法及仿真方法對(duì)航道內(nèi)船舶通過數(shù)量進(jìn)行估計(jì)，而由于對(duì)船舶速度差異性的影響考慮不足，特別是船舶減速引起的航道通航能力的下降情況。本文構(gòu)建以單向航道船舶減速概率為目標(biāo)，通過構(gòu)建確定的數(shù)學(xué)模型揭示影響單向航道船舶通行效率的機(jī)理，研究結(jié)果可為單向航道通航能力評(píng)價(jià)及船舶組織調(diào)度提供理論基礎(chǔ)。

3.4 吊籃工作意外時(shí)應(yīng)急處理措施

吊籃在工作中突然斷電，應(yīng)立即切斷電源開關(guān)，防止在送電時(shí)發(fā)生意外，確認(rèn)來電后，首先關(guān)閉電源開關(guān)，經(jīng)過檢查確認(rèn)一切正常后，開始工作。在停電后需要回到平臺(tái)時(shí)，需同時(shí)抬起兩端提升電機(jī)手動(dòng)滑降手柄，同時(shí)使吊籃自由滑動(dòng)到平臺(tái)的施工。如需返回地面，則等備用發(fā)電機(jī)發(fā)電正常后，再回到吊籃上升到地面上。

4 施工方法

4.1 施工工序

具體見圖1。

圖1 施工工序

4.2 鉆孔

①鉆孔機(jī)具：選用YT-28手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔，成孔直徑大于φ38mm。②鉆孔施工布置：排距2m，每排30孔，梅花型布置，孔深深入基巖4m。

4.3 鉆孔沖洗及簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)

固結(jié)灌漿孔灌漿前的壓水試驗(yàn)應(yīng)在裂隙沖洗后進(jìn)行，試驗(yàn)孔數(shù)為總孔數(shù)的5%，試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，其余孔段可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水。壓力為灌漿壓力的80%，若大于1MPa時(shí)，采用1MPa；壓水20min，每5min測(cè)讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量，其成果以透水率表示。

4.4 灌漿設(shè)備

4.4.1 灌漿泵

本工程水泥灌漿采用SGB6－10型高壓灌漿泵。SGB6－10型高壓灌漿泵的排量和壓力滿足灌漿要求，且該灌漿泵能灌注水泥砂漿，有利于封堵大裂縫和空腔帶的封堵。

4.4.2 灌漿記錄儀

4.4.3 高速攪拌機(jī)

采用杭州鉆探機(jī)械廠生產(chǎn)的ZJY－400型高速攪拌機(jī)進(jìn)行制漿。

4.4.4 低速攪拌機(jī)

本工程水泥灌漿采用JJ－2B型低速攪拌機(jī)。

4.5 灌漿材料及漿液制備

4.5.1 灌漿材料

①水泥：采用P.O32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，細(xì)度要求為通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。水泥必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格防潮并縮短存放時(shí)間，受潮結(jié)塊者不得使用。②砂：灌漿用砂為質(zhì)地堅(jiān)硬的天然或機(jī)制中細(xì)砂，粒徑不大于2.5mm，細(xì)度模數(shù)不大于2.0，其含泥量不大于3%，SO3含量小于1%，有機(jī)物含量不大于3%。③水：灌漿用水應(yīng)符合JGJ63－89第3.0.4條的規(guī)定，且拌漿用水的溫度不得高于40℃，并不小于5℃。

4.5.2 漿液制備

①漿液制備過程中，所有相關(guān)材料必須經(jīng)過稱量后使用，誤差不可超過5%，其中，如水泥等固相材料采取稱重法稱量，水量控制則利用自動(dòng)計(jì)量器進(jìn)行控制。②采用高速攪拌機(jī)對(duì)水泥漿液進(jìn)行攪拌，其攪拌時(shí)間不少于30s，漿液在使用前應(yīng)過篩，從材料制備開始到完全使用，時(shí)間不應(yīng)大于4h。③采用集中制漿站制備漿液。制漿站采用高速攪拌機(jī)拌制水灰比為2：1級(jí)純水泥漿液，通過輸漿泵、輸漿管路送至灌漿工作面。

4.6 質(zhì)量檢查

對(duì)灌漿質(zhì)量檢查時(shí)，可以選擇采用壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢查，試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，灌漿過程完成后3～7d后進(jìn)行該部位壓水試驗(yàn)檢查。透水率5≤lu灌漿結(jié)束后，將灌漿記錄和有關(guān)資料提交給監(jiān)理人，以便擬定檢查孔的孔位。進(jìn)行孔位檢查時(shí)，檢查孔數(shù)量不能低于灌漿總孔數(shù)的5%，其中，檢查的孔段合理率也應(yīng)在85%以上，不合格孔段的透水率不超過設(shè)計(jì)值的150%，且不集中，則可認(rèn)定灌漿質(zhì)量合格。否則，按監(jiān)理人批準(zhǔn)的措施進(jìn)行處理。

5 結(jié)束語

本文中結(jié)合具體水電站調(diào)壓井施工狀況進(jìn)行分析，對(duì)調(diào)壓井井筒固結(jié)灌漿各方面詳細(xì)敘述了各個(gè)環(huán)節(jié)所需要的設(shè)計(jì)參數(shù)及注意事項(xiàng)，以供類似灌漿施工借鑒與參考。以期可為類似工程調(diào)壓井導(dǎo)井施工提供參考、借鑒。

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