金橋水電站調(diào)壓井及壓力管道豎井優(yōu)化探討

蔡 瞳，王長(zhǎng)生，鄭愛軍

(西藏開投金橋水電開發(fā)有限公司，西藏嘉黎852400)

1 工程概況

金橋水電站是易貢藏布干流上規(guī)劃的第5個(gè)梯級(jí)電站，是西藏自治區(qū)“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，也是西藏自治區(qū)“十三五”的能源接續(xù)項(xiàng)目，位于西藏自治區(qū)那曲地區(qū)嘉黎縣境內(nèi)。電站屬Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。工程的主要任務(wù)是在滿足生態(tài)保護(hù)要求的前提下發(fā)電，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。工程樞紐主要建筑物由左岸堆石混凝土壩、泄洪沖沙閘、排漂閘、右岸岸邊式電站進(jìn)水口，引水發(fā)電隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、地下發(fā)電廠房及開關(guān)站等建筑物成。首部樞紐建筑物最大壩高26 m，電站總裝機(jī)容量66 MW(3×22 MW)，多年平均年發(fā)電量3.57億kW·h，保證出力6 MW，年利用小時(shí)5 407 h。調(diào)壓井和壓力管道豎井位于廠房上游約120 m。

2 調(diào)壓井設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

2.1 調(diào)壓井整體布置優(yōu)化

根據(jù)引水發(fā)電系統(tǒng)的總體布置，按照NB/T35021—2014《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)調(diào)壓室的設(shè)置條件，金橋水電站上游調(diào)壓室可采用的方案主要有氣墊式調(diào)壓室、阻抗式調(diào)壓室兩種。

2.1.1 氣墊式調(diào)壓室方案

氣墊式調(diào)壓室可布置于廠房上游約120 m處，設(shè)計(jì)尺寸為80 m×11 m×15.5 m(長(zhǎng)×寬×高)，阻抗孔直徑D=2.5 m。氣室內(nèi)采用鋼筋混凝土+鋼板的設(shè)計(jì)，鋼筋混凝土厚度為120 cm。氣室邊墻、頂拱及端墻布置平衡混凝土內(nèi)、外壓力的系統(tǒng)平壓孔。氣墊式調(diào)壓室布置詳見圖1。

圖1 氣墊式調(diào)壓室布置

圖2 阻抗式調(diào)壓井布置(單位:m)

2.1.2 阻抗式調(diào)壓井方案

阻抗式調(diào)壓井布置于廠房上游約141 m處，調(diào)壓井軸線與壓力管道豎井軸線為同一軸線。調(diào)壓井自上而下分為3部分：上部穹頂和大井，高47.4 m，大井開挖直徑14 m；小井高68.23 m，開挖直徑4.9 m；阻抗孔高17.6 m，開挖直徑3.65 m。阻抗孔下接壓力管道豎井，壓力管道豎井高66.47 m，開挖直徑5.2 m。阻抗式調(diào)壓井布置詳見圖2。

2.1.3 方案對(duì)比

氣墊式調(diào)壓室方案的優(yōu)點(diǎn)是施工通道較為便利，缺點(diǎn)是后期運(yùn)行及檢修等工作繁瑣，設(shè)備費(fèi)用及運(yùn)行管理維護(hù)成本高；阻抗式調(diào)壓井優(yōu)點(diǎn)是土建投資可節(jié)省約3 900萬元，且后期運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，缺點(diǎn)是上調(diào)壓井道路難度較大。從施工、投資、運(yùn)行等多方面綜合考慮，最終確定采用阻抗式調(diào)壓井方案。

2.2 調(diào)壓井襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化

受多種因素影響，導(dǎo)致調(diào)壓井進(jìn)度滯后；雖然對(duì)調(diào)壓井開挖施工方案進(jìn)行了優(yōu)化，節(jié)省了工期，但與發(fā)電目標(biāo)仍有一定的差距。鑒于此，對(duì)調(diào)壓井襯砌方式進(jìn)行了優(yōu)化。

調(diào)壓井原襯砌結(jié)構(gòu)均為常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工過程中鋼筋制安、模板支立、模板拆除等工序較為繁瑣，備倉(cāng)耗時(shí)較長(zhǎng)。鑒于此，為縮短工序用時(shí)，調(diào)壓井下部的阻抗孔、小井襯砌調(diào)整優(yōu)化為Q235鋼襯(鋼襯厚度16 mm)，混凝土調(diào)整優(yōu)化為C25素混凝土；上部大井襯砌結(jié)構(gòu)不變。

調(diào)整優(yōu)化后，調(diào)壓井小井、阻抗孔襯砌備倉(cāng)節(jié)省了鋼筋制安、模板支立、模板拆除工序，襯砌施工進(jìn)度顯著提升。

3 施工方案優(yōu)化

3.1 開挖施工方案優(yōu)化

阻抗式調(diào)壓井和壓力管道豎井位于同一軸線，原開挖施工方案為：調(diào)壓井施工道路修建→調(diào)壓井通氣洞施工→調(diào)壓井穹頂開挖支護(hù)→在調(diào)壓井穹頂開挖支護(hù)完成后形成的3 438.5 m平臺(tái)布置反井鉆機(jī)→先導(dǎo)孔施工(調(diào)壓井3 428.5 m平臺(tái)至壓力管道下平段)→反井鉆φ1.4 m導(dǎo)井施工(壓力管道下平段至調(diào)壓井3 428.5 m平臺(tái))→從調(diào)壓井上部平臺(tái)3 428.5 m平臺(tái)自上而下擴(kuò)挖至壓力管道下平段(豎井底部)。調(diào)壓井及壓力管道豎井剖面示意詳見圖3。

圖3 調(diào)壓井及壓力管道豎井剖面示意(單位:m)

3.2 總體開挖施工方案優(yōu)化

在調(diào)壓井施工過程中，受圍巖破碎、設(shè)備故障、地方火工材料管制等多種因素影響，在導(dǎo)井施工完成時(shí)，調(diào)壓井整體工期滯后較為嚴(yán)重。為加快調(diào)壓井施工進(jìn)度、保證發(fā)電目標(biāo)工期，需對(duì)施工方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。經(jīng)過參建各方多次討論，確定以壓力管道上平段為分界高程，將調(diào)壓井和壓力管道豎井分為兩個(gè)作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行施工：其上部的調(diào)壓井大井、調(diào)壓井小井、調(diào)壓井阻抗孔擴(kuò)挖，由調(diào)壓井3 428.5 m高程平臺(tái)自上而下進(jìn)行施工；其下部的壓力管道豎井，由壓力管道上平段底板自上而下逐步進(jìn)行擴(kuò)挖施工；上部、下部作業(yè)面均用反導(dǎo)井作為溜渣通道，上部作業(yè)面從壓力管道上平段出渣，下部作業(yè)面從壓力管道下平段出渣?？傮w思路確定后，對(duì)具體的擴(kuò)挖方案進(jìn)行了分析、對(duì)比。

3.2.1調(diào)壓井、壓力管道上、下分作業(yè)面開挖施工方案一

方案一是在壓力管道上平段與調(diào)壓井阻抗孔、壓力管道豎井交接處布置防護(hù)蓋，以防護(hù)蓋為分界，將調(diào)壓井和壓力管道豎井分為上、下兩個(gè)獨(dú)立的作業(yè)面，完全避免了上、下作業(yè)面之間的干擾，可24 h 同時(shí)施工，具體如下：

(1)在壓力管道上平段底板(3 325.0 m高程)與導(dǎo)井相交部位布置防護(hù)蓋，防護(hù)蓋結(jié)構(gòu)：采用20b工字鋼將導(dǎo)井井口覆蓋，然后在工字鋼上方澆筑35 cm厚C20混凝土。考慮到防護(hù)蓋對(duì)下方巖塞的壓力較大，為保證防護(hù)蓋穩(wěn)固，防護(hù)蓋直徑放大為3.45 m。

(2)在壓力管道上平段左側(cè)布置一條弧形施工導(dǎo)洞，導(dǎo)洞大小為1.5 m×1.8 m(寬×高)，導(dǎo)洞長(zhǎng)16.77 m，其平面半徑為14.33 m。為保證防護(hù)蓋巖塞厚度、確保防護(hù)蓋有足夠的支撐力，導(dǎo)洞采取26.57°向下坡度，其末端與導(dǎo)井相交于3 320 m高程，頂部與防護(hù)蓋之間巖塞厚度為5 m。導(dǎo)洞布置見圖4、5。

圖4 導(dǎo)洞平面布置示意(單位:m)

圖5 導(dǎo)洞剖面布置示意(單位:m)

(3)導(dǎo)洞上方調(diào)壓井按照設(shè)計(jì)體形進(jìn)行擴(kuò)挖、支護(hù)，材料主要通過調(diào)壓井頂部的天錨+卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸，開挖至調(diào)壓井阻抗孔底部時(shí)，材料可以從壓力管道上平段運(yùn)輸。導(dǎo)洞下方按照設(shè)計(jì)體型進(jìn)行擴(kuò)挖、支護(hù)。材料主要從導(dǎo)洞運(yùn)輸，開挖至引水豎井底部時(shí)，材料可以從底部運(yùn)輸。

(4)上、下作業(yè)面開挖完成后，最后進(jìn)行剩余的阻抗孔開挖。

3.2.2調(diào)壓井、壓力管道分上、下分作業(yè)面開挖施工方案二

方案二是在調(diào)壓井?dāng)U挖作業(yè)面的導(dǎo)孔上進(jìn)行防護(hù)。制作一個(gè)直徑3 m的防護(hù)蓋，防護(hù)蓋采用20b工字鋼和1 cm厚鋼板焊接而成，布置在調(diào)壓井?dāng)U挖作業(yè)面導(dǎo)孔上方。

在調(diào)壓井作業(yè)面進(jìn)行鉆孔、裝藥、支護(hù)等工序時(shí)，防護(hù)蓋蓋上，上方的調(diào)壓井作業(yè)面和下方的壓力管道豎井作業(yè)面可同時(shí)進(jìn)行施工；只有在調(diào)壓井進(jìn)行爆破、出渣作業(yè)時(shí)，防護(hù)蓋打開，下方的壓力管道豎井作業(yè)面暫停施工。

3.2.3調(diào)壓井、壓力管道分上、下分作業(yè)面開挖施工方案對(duì)比分析

方案一的優(yōu)點(diǎn)在于上、下作業(yè)面完全不會(huì)產(chǎn)生干擾，可24 h同時(shí)作業(yè)，同時(shí)施工安全更有保障；缺點(diǎn)在于需開挖導(dǎo)洞，措施投入相對(duì)稍大。

方案二優(yōu)點(diǎn)在于措施投入相對(duì)較小，缺點(diǎn)在于上、下作業(yè)面仍存在一定的干擾，不利于進(jìn)一步縮短工期。

為確保施工安全，更快的進(jìn)行擴(kuò)挖施工，經(jīng)綜合對(duì)比，采用方案一進(jìn)行施工。

3.3 調(diào)壓井?dāng)U挖方案對(duì)比選擇

調(diào)壓井、壓力管道上、下分作業(yè)面施工方案確定后，針對(duì)上部作業(yè)面的調(diào)壓井?dāng)U挖方案進(jìn)行了分析、選擇。

調(diào)壓井穹頂開挖完成后，上部作業(yè)面調(diào)壓井?dāng)U挖包括：直徑14 m、高39.4 m大井?dāng)U挖，直徑4.9 m、高68.23 m小井?dāng)U挖。調(diào)壓井?dāng)U挖方案有兩種：

(1)調(diào)壓井?dāng)U挖方案A。自上而下逐步施工，大井?dāng)U挖、支護(hù)一次性成形，然后再進(jìn)行小井?dāng)U挖支護(hù)。其優(yōu)點(diǎn)在于自上而下一次性擴(kuò)挖成形，支護(hù)可緊跟開挖作業(yè)面，進(jìn)行爆破鉆孔時(shí)可同時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)的錨桿孔施工，縮短支護(hù)工序時(shí)間，且施工安全更有保障。缺點(diǎn)在于大井面積較大，為避免反導(dǎo)井溜渣發(fā)生堵塞，須加密爆破孔布置，鉆孔量相對(duì)較大。

(2)調(diào)壓井?dāng)U挖方案B。首先自上而下進(jìn)行大井、小井?dāng)U挖，擴(kuò)挖直徑均為4.9 m；然后再返回上部進(jìn)行調(diào)壓井大井二次擴(kuò)挖，二次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)體型；擴(kuò)挖完成后進(jìn)行支護(hù)。其優(yōu)點(diǎn)在于大井分為兩次擴(kuò)挖，二次擴(kuò)挖時(shí)溜渣井?dāng)嗝孑^大，不存在堵塞情況，爆破孔間排距布置可相對(duì)放大。缺點(diǎn)在于一次開挖完成后不可及時(shí)進(jìn)行完整的錨噴支護(hù)體系施工，施工安全存在一定隱患。

在施工過程中，施工安全必須放在首位，通過增加鉆爆人員和設(shè)備投入縮短工序用時(shí)、確保工期，綜合對(duì)比方案A更為可行。

4 結(jié) 語(yǔ)

西藏水電站建設(shè)與我國(guó)其他省份相比處于起步較晚的狀態(tài)，但近年發(fā)展迅速，處于水電建設(shè)上升期。在水電站建設(shè)過程中，往往會(huì)由于各種不可預(yù)測(cè)的因素造成工期滯后，作為水電建設(shè)者，我們需要把以往水電站建設(shè)積累的經(jīng)驗(yàn)與藏區(qū)特殊的地形地質(zhì)條件、特有的人文環(huán)境等相結(jié)合，因地制宜，制定合理的設(shè)計(jì)方案和施工方案，才能保證水電站建設(shè)工期目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。金橋水電站調(diào)壓井設(shè)計(jì)方案和施工方案的調(diào)整優(yōu)化，對(duì)藏區(qū)水電站建設(shè)具有較強(qiáng)的借鑒意義。