可拆卸式壓力鋼管封堵引水隧洞施工支洞的施工技術(shù)

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程背景

目前，水電站工程中，為滿足水電站流道進(jìn)人檢修的要求，需在流道平洞段布置檢修進(jìn)人通道。在現(xiàn)有技術(shù)中，流道取水口的檢修進(jìn)人通道可借助進(jìn)水口閘門后的通氣孔或人行棧橋，流道下平洞的檢修進(jìn)人通道可借助機(jī)組球閥的進(jìn)人孔，而流道中平洞的檢修進(jìn)人通道只能利用施工支洞來進(jìn)行改造。在國內(nèi)外工程中，一般采用在施工支洞封堵混凝土中預(yù)留鋼管，并在外側(cè)設(shè)置進(jìn)人門的方式作為后續(xù)檢修通道，工序繁多，工期較長。

厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站項(xiàng)目流道引水隧洞長達(dá)4.8km，襯砌后典型斷面為直徑6.7m的圓，施工支洞斷面為6.5m×7.15m，根據(jù)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，在施工支洞與引水隧洞交叉口的位置需進(jìn)行封堵。經(jīng)深入研究及分析，為滿足引水隧洞進(jìn)人檢修的要求，同時(shí)達(dá)到縮短工期的目的，并且方便人員進(jìn)出快捷，可采用裝有滑軌、可拆卸式的壓力鋼管進(jìn)行支洞封堵。可拆卸式壓力鋼管封堵設(shè)計(jì)及施工在國內(nèi)外水電站工程中尚屬首例，幾乎沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，因此，對此項(xiàng)目的研究與實(shí)施被列為索普項(xiàng)目一項(xiàng)重大的技術(shù)攻堅(jiān)難題。

2 主要技術(shù)方案

2.1 可拆卸式壓力鋼管設(shè)計(jì)

為滿足高水頭水電站壓力鋼管放空進(jìn)人檢修的要求，需在支洞封堵位置布置檢修進(jìn)人通道。由于此段施工位于工程關(guān)鍵線路上，若按常規(guī)混凝土預(yù)埋鋼管的方式進(jìn)行施工，工序復(fù)雜且工期長，因此，項(xiàng)目部考慮采用裝有滑軌、可拆卸式的壓力鋼管進(jìn)行封堵?？刹鹦妒綁毫︿摴芊舛掠?5節(jié)壓力鋼管組成，其中中間3節(jié)為滑動(dòng)門，滑動(dòng)門由一組內(nèi)徑為5m可拆卸結(jié)構(gòu)式的壓力鋼管伸縮節(jié)組成，設(shè)計(jì)長度為6m，主要依靠儲(chǔ)備區(qū)的卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引移動(dòng)。

2.2 可拆卸式壓力鋼管制造

國內(nèi)項(xiàng)目壓力鋼管在廠內(nèi)一般是以瓦片的形式運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行組圓焊接，考慮到工期的緊迫性，減少現(xiàn)場工序時(shí)間，項(xiàng)目部采取廠內(nèi)組圓、打磨及內(nèi)支撐施工，形成每個(gè)單元長度為2m、直徑5m的管節(jié)整體運(yùn)輸至現(xiàn)場。

2.3 可拆卸式壓力鋼管安裝

安裝流程：φ500mm排水管安裝→底板墊層澆筑→臺(tái)車軌道安裝→地錨、天錨、滑輪組和卷揚(yáng)機(jī)、運(yùn)輸臺(tái)車安裝調(diào)試→首裝節(jié)運(yùn)輸→首裝節(jié)安裝定位、加固→剩余管節(jié)運(yùn)輸→剩余管節(jié)安裝定位、壓縫、加固→管節(jié)安裝→焊接、探傷、驗(yàn)收→可拆卸段軌道及其相應(yīng)埋件安裝→鋼管內(nèi)支撐拆除→管節(jié)缺陷消除→管節(jié)焊縫位置防腐。

2.3.1 φ500mm排水管安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場情況，進(jìn)行預(yù)拼裝、開制坡口，預(yù)拼裝完成后，裝車發(fā)運(yùn)至安裝現(xiàn)場，卸車后采用滾杠配合倒鏈將排水管拉運(yùn)至安裝部位，使用千斤頂、倒鏈、托架等工裝進(jìn)行排水管安裝，安裝完成后進(jìn)行焊接、打磨、驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)行底板墊層澆筑。

2.3.2 地錨、天錨、滑輪組、卷揚(yáng)機(jī)、軌道及臺(tái)車安裝

(1)地錨、天錨安裝

根據(jù)地錨、天錨布置示意圖，土建單位鉆孔預(yù)埋錨桿，錨桿注漿后，進(jìn)行錨桿質(zhì)量檢測和拉拔試驗(yàn)并提交檢測報(bào)告，方可安裝天錨、卷揚(yáng)機(jī)、導(dǎo)向滑輪等。

(2)滑輪組和卷揚(yáng)機(jī)安裝

選用1臺(tái)5t卷揚(yáng)機(jī)，采用20t滑輪組，一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)、一套滑輪組的載荷為20t。卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組安裝合格后，天錨系統(tǒng)需做載荷試驗(yàn)(可以采用管節(jié)進(jìn)行載荷試驗(yàn))。

(3)軌道和臺(tái)車安裝

根據(jù)支洞鋼管安裝中心線，用測量儀器放出兩根臺(tái)車軌道中心線，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行軌道安裝。軌道安裝要求如下：

①軌道安裝后，軌距偏差不應(yīng)超過±10mm，軌道實(shí)際中心線與基準(zhǔn)偏差不大于10mm，軌頂高程偏差不超過±20mm；

②軌道安裝應(yīng)嚴(yán)格控制其跨距和接頭錯(cuò)牙。軌道安裝完成后，臺(tái)車在軌道上全程空載運(yùn)行1～2次，運(yùn)行時(shí)用一個(gè)模擬工裝，對隧洞斷面尺寸進(jìn)行檢查，將影響臺(tái)車行走和鋼管通過的障礙物(如突出的巖體等)清理干凈。

2.3.3 管節(jié)運(yùn)輸

所有壓力鋼管管節(jié)均從鋼管堆放場地運(yùn)至開關(guān)站倒車進(jìn)入支洞，然后進(jìn)入壓力鋼管安裝部位。

壓力鋼管分為15個(gè)運(yùn)輸單元(上、下游側(cè)各有6個(gè)運(yùn)輸單元，可拆卸段為3個(gè)運(yùn)輸單元)，壓力鋼管管節(jié)起吊、公路運(yùn)輸最大單元節(jié)外形尺寸為φ5.448m×2.42m(外徑×管長)，最大吊裝運(yùn)輸重量大約9.059t。所有壓力鋼管管節(jié)均使用板車運(yùn)輸，鋼管管口平行于平板車，以水平方式運(yùn)輸。運(yùn)輸前，鋼管單元節(jié)制造合格，管節(jié)編號(hào)、周長和中心標(biāo)記應(yīng)清晰準(zhǔn)確，且裝車、卸車、安裝用吊耳焊接完成。鋼管裝車時(shí)，管節(jié)出水口在上(箭頭向上)，進(jìn)水口在下，管節(jié)的上中在車板的左側(cè)。鋼管重心應(yīng)與平板車中心重合，平板車倒車進(jìn)入2#支洞交通洞。

(1)裝車手段：在堆放場，采用門機(jī)或汽車吊裝車，現(xiàn)場采用天錨卸車、翻身，臺(tái)車運(yùn)輸?shù)桨惭b部位。

(2)運(yùn)輸路線：鋼管堆放場地→開關(guān)站→施工支洞→支洞卸車、翻身運(yùn)至安裝部位。

(3)運(yùn)輸順序：上、下游側(cè)第一節(jié)壓力鋼管→上、下游側(cè)其余壓力鋼管→中間可拆卸段壓力鋼管。

2.3.4 鋼管單元節(jié)起吊、翻身、運(yùn)輸?shù)桨惭b部位

采用鋼筋制作爬梯或鋁合金爬梯作為施工人員上下管節(jié)工具。吊裝時(shí)起重指揮人員指揮明確，與卷揚(yáng)機(jī)操作人員保持通訊。

用一臺(tái)5t卷揚(yáng)機(jī)、滑車組吊鉤吊掛壓力鋼管管節(jié)上吊耳，將管節(jié)吊起、卸車、翻身，最后吊放至運(yùn)輸臺(tái)車上。管節(jié)吊放到運(yùn)輸臺(tái)車上后，必須用鋼絲繩、導(dǎo)鏈等將壓力鋼管牢固捆綁。第一次將壓力鋼管在洞內(nèi)拖運(yùn)時(shí)，不要摘除卷揚(yáng)機(jī)、滑車組吊鉤，在吊鉤保護(hù)的情況下將壓力鋼管與拖車一起短距離往返拖運(yùn)幾次，檢驗(yàn)壓力鋼管與拖車的拖運(yùn)穩(wěn)定性，確認(rèn)鋼管穩(wěn)定后再摘除吊鉤。

用3t卷揚(yáng)機(jī)通過導(dǎo)向輪水平拖移鋼管與臺(tái)車。拖移過程中應(yīng)保持緩慢、勻速、平穩(wěn)；運(yùn)行時(shí)設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控人員應(yīng)隨時(shí)觀察鋼管的穩(wěn)定狀況，并與指揮人員保持聯(lián)絡(luò)，確保鋼管運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

壓力鋼管管節(jié)到達(dá)安裝部位后，采用4臺(tái)32t千斤頂、配合管節(jié)頂部錨桿、倒鏈將壓力鋼管頂起約20mm，將鋼管節(jié)適當(dāng)加固后，退出運(yùn)輸臺(tái)車。

依次進(jìn)行管節(jié)的調(diào)整、加固、焊接、探傷、防腐和驗(yàn)收工作，其中始裝節(jié)安裝精度應(yīng)滿足《壓力鋼管安裝檢測標(biāo)準(zhǔn)》對始裝節(jié)的要求。

2.3.5 管節(jié)壓縫、加固、焊接、探傷

(1)管節(jié)調(diào)整壓縫

鋼管管節(jié)就位后，根據(jù)測放的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，先將鋼管左、右中高程調(diào)整到位，然后調(diào)整管口上、下中左右及鉛錘重心的位置，重點(diǎn)控制鋼管中心的高程和左右偏差及環(huán)縫間隙；用經(jīng)緯儀或線錘和鋼尺檢測鋼管的安裝中心及里程，用水準(zhǔn)儀或鋼絲線和鋼尺檢測鋼管的高程，用千斤頂、導(dǎo)鏈、墻面錨桿調(diào)整鋼管安裝位置，符合要求后，從上中向左、右兩側(cè)至下中壓縫(采用壓碼進(jìn)行壓縫)，壓縫時(shí)應(yīng)根據(jù)兩管口的制造周長差進(jìn)行合理的錯(cuò)牙過渡，同時(shí)應(yīng)注意監(jiān)測管口的安裝偏差，環(huán)縫定位焊完后，管口安裝偏差檢測合格，即可進(jìn)行鋼管加固。

(2)管節(jié)加固

管節(jié)底部采用兩根16#工字鋼配合鋼板、膨脹螺栓與地面加固，管節(jié)側(cè)面、頂部在洞壁和管壁之間用[16槽鋼分3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行支撐加固(盡可能與巖石錨桿的根部焊接)。環(huán)縫定位焊縫應(yīng)有一定的強(qiáng)度，但其厚度一般不應(yīng)超過正式焊縫的二分之一，通常為8mm，焊縫長度40mm～60mm，間距約400mm。

2.3.6 可拆卸段管節(jié)安裝

待上下游側(cè)管節(jié)拼裝完成后，方可進(jìn)行可拆卸段管節(jié)安裝。

可拆卸段管節(jié)安裝前需要先做以下工作：以上下左右中心為基準(zhǔn)均分管節(jié)管口，測量第6、第10節(jié)管節(jié)之間間距(設(shè)計(jì)圖紙尺寸為5960mm)，間距尺寸滿足圖紙尺寸要求時(shí)安裝可拆卸段管節(jié)，間距尺寸不能滿足圖紙尺寸要求時(shí)則對第6、第10節(jié)管節(jié)進(jìn)行修割(需以可拆卸段中心線為基準(zhǔn)進(jìn)行修割)，管口采用半自動(dòng)切割機(jī)(帶磁力)進(jìn)行修割，修割后第6、第10節(jié)管節(jié)之間間距為5970mm(其中10mm為便于安裝可拆卸段中間節(jié)余量)。

在修割第6、第10節(jié)管節(jié)的同時(shí)，需要將吊裝上下游側(cè)管節(jié)的天錨系統(tǒng)移至吊裝可拆卸段管節(jié)位置，布置可拆卸段管節(jié)運(yùn)輸軌道。待第6、第10節(jié)管節(jié)管口修割、打磨完成及天錨系統(tǒng)、軌道布置完成后，進(jìn)行可拆卸段管節(jié)安裝?？刹鹦抖喂芄?jié)為3個(gè)運(yùn)輸安裝單元，裝車手段、運(yùn)輸方式、進(jìn)洞方式及吊裝方案同上述管節(jié)和鋼管單元。

運(yùn)輸安裝順序：可拆卸段上游側(cè)管節(jié)(M-10)→可拆卸段下游側(cè)管節(jié)(M-8)→可拆卸段中間管節(jié)(M-9)。

可拆卸段上游側(cè)管節(jié)(M-10)、下游側(cè)管節(jié)(M-8)與相應(yīng)管節(jié)拼裝時(shí)需要預(yù)留10mm間隙，管節(jié)拼裝好后，局部點(diǎn)焊加固，管節(jié)底部增加支撐。

待管節(jié)M-10、M-8拼裝完成后，測量兩管節(jié)之間距離和測量可拆卸段中間管節(jié)(M-9)尺寸，然后安裝、焊接可拆卸段中間管節(jié)(M-9)，焊接完成后采用活動(dòng)腳手架平臺(tái)進(jìn)行可拆卸段管節(jié)相應(yīng)附件安裝，最后檢查可拆卸段管節(jié)止水情況。

2.4 可拆卸滑動(dòng)式壓力鋼管兩端混凝土銜接澆筑

可拆卸式壓力鋼管與2#支洞上下游引水隧洞銜接處的混凝土澆筑是施工質(zhì)量控制重點(diǎn)之一，同時(shí)，為避免壓力鋼管上浮錯(cuò)位，左右移動(dòng)，壓力鋼管外包混凝土回填技術(shù)措施也尤為重要。

2.4.1 引水隧洞結(jié)構(gòu)混凝土與壓力鋼管連接處混凝土施工

引水隧洞襯砌后典型斷面為直徑6.7m的圓，而可拆卸式結(jié)構(gòu)是由內(nèi)徑為5m的壓力鋼管組成，為使引水隧洞流道襯砌混凝土與壓力鋼管封堵緊密銜接，采取由直徑6.7m圓漸變至壓力鋼管相接處的澆筑方案，并通過增加掛鉤、優(yōu)化混凝土分縫的方式達(dá)到壓力鋼管與混凝土緊密銜接的效果，以滿足過流期間密封不漏水的要求。

2.4.2 壓力鋼管外包混凝土回填技術(shù)措施

可拆卸段上下游兩側(cè)的壓力鋼管外包混凝土回填采用自下而上分3層澆筑，分層厚度分別為1.55m、2.4m、4.15m?；炷翝仓r(shí)采用兩臺(tái)泵機(jī)沿側(cè)壁對稱下料，分層攤鋪和振搗，緩慢澆筑，防止下料過快導(dǎo)致浮力增大，進(jìn)而造成壓力鋼管變形。

在混凝土澆筑過程中，現(xiàn)場控制混凝土入倉速度，以防止因混凝土澆筑上升的速度過快而導(dǎo)致壓力鋼管出現(xiàn)抬動(dòng)、擠壓或位移等情況出現(xiàn)。同時(shí)組織專人對壓力鋼管位移或變形進(jìn)行觀測。

3 總結(jié)

厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站采用可拆卸滑動(dòng)式壓力鋼管封堵施工支洞，利用滑軌進(jìn)行移動(dòng)，方便快捷，便于后期流道放空后人員進(jìn)出檢修管理；采取廠內(nèi)組圓、打磨及防腐，減少了現(xiàn)場施工工序，縮短了工期；采用天錨、卷揚(yáng)機(jī)及滑輪組系統(tǒng)進(jìn)行整節(jié)吊運(yùn)和拼裝，施工中未出現(xiàn)安裝事故；采用外包混凝土快速回填，質(zhì)量滿足要求，工期僅2d，縮短了關(guān)鍵線路工期；成功縮短工期近1個(gè)月，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

本技術(shù)在厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站施工過程中的成功應(yīng)用，為電站按期發(fā)電、確保工程質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)創(chuàng)造了條件，效益極為顯著。