中東某抽水蓄能電站500 m深豎井施工滲水處理研究

張 華，周 元，陳 凌

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州，311122）

1 概況

以色列某抽水蓄能電站裝機(jī)容量344 MW，安裝2臺(tái)172 MW可逆式水輪發(fā)電機(jī)組。電站由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)、下水庫(kù)、地面開關(guān)站和進(jìn)場(chǎng)道路組成。

輸水系統(tǒng)由引水隧洞、閘門井、引水調(diào)壓井、高壓豎井、引水岔管和引水支管組成，其中引水調(diào)壓井和高壓豎井上下結(jié)合布置。引水調(diào)壓井和高壓豎井總井深507.6 m，其中引水調(diào)壓井深62.5 m，高壓豎井深445.1 m。調(diào)壓井上部13.8 m段的最大開挖直徑為18.0 m，襯砌后直徑為16.1 m；下部48.7 m段的最大開挖直徑為16.2 m，襯砌后直徑為14.0 m。高壓豎井最大開挖直徑為6.0 m，鋼襯后直徑為4.0 m。文章研究?jī)?nèi)容為該豎井工程（深度達(dá)507.6 m）的施工期滲水處理措施。

豎井采用正井法[1-3]開挖，開挖完成一個(gè)循環(huán)后立即跟進(jìn)支護(hù)。其中，引水調(diào)壓井段采用挖掘機(jī)直接開挖與鉆爆法爆破開挖相結(jié)合的方式，采用3 m3吊筒出渣；高壓豎井段采用SFJ4.5型傘鉆鉆孔，采用人工裝藥方式進(jìn)行光面爆破，在HZ-6中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)上安裝3 m3吊筒，采用JK-3.0×2.5提升機(jī)提升吊桶出渣。引水調(diào)壓井的襯砌施工完成后，再進(jìn)行高壓豎井的開挖支護(hù)和鋼襯施工，高壓豎井初期襯砌支護(hù)采用35 cm厚的鋼筋混凝土。

2 豎井開挖支護(hù)期間的滲水情況及處理措施

2.1 豎井開挖支護(hù)期間的滲水情況

引水調(diào)壓井和高壓豎井為上下結(jié)合布置，縱剖面如圖1所示。

圖1 豎井縱剖面Fig.1 Longitudinalsection of the shaft

豎井開挖過(guò)程中，-2.5 m高程以上均為干燥至潮濕狀態(tài)；-2.5 m高程以下井壁潮濕。高壓豎井開挖至-5.0 m高程時(shí)，井壁有明顯滲水且底板積水；高壓豎井開挖至-7.5 m高程時(shí)，井壁滲水嚴(yán)重，將底板積水抽排后，可滿足施工需要。

豎井-7.5～-10.0 m高程范圍初期襯砌施工完成，實(shí)施-12.5 m高程底板中部爆破時(shí)，爆破孔內(nèi)開始涌水，涌水量達(dá)到11 m3/h。

2.2 豎井開挖支護(hù)期間的滲水處理措施

2.2.1 施工流程

在豎井開挖支護(hù)階段，采取截水與排水相結(jié)合的滲水處理措施[4-5]。首先，在井周實(shí)施帷幕灌漿，形成擋水屏障，在擋水屏障的保護(hù)下進(jìn)行開挖施工；其次，對(duì)于繞過(guò)或穿過(guò)帷幕的滲水，集中抽排至井外[6]。經(jīng)與施工人員策劃討論，確定了高壓豎井-12.5 m高程以下井段的開挖支護(hù)施工流程（見圖2）。

圖2 高壓豎井-12.5 m高程以下井段開挖支護(hù)流程Fig.2 Flowchart of excavation and support of penstock shaft section below-12.5 m

當(dāng)滲水總量不大于20 m3/h時(shí)，通過(guò)抽排工作面滲水，能夠降低滲水對(duì)施工的干擾，從而繼續(xù)開挖、支護(hù)；當(dāng)滲水總量大于20 m3/h時(shí)，滲水對(duì)施工的干擾加大，并且影響施工人員安全，需在井周實(shí)施帷幕灌漿和抽排水相結(jié)合的處理措施。

2.2.2 帷幕灌漿布置

當(dāng)工作面總滲水量大于20 m3/h時(shí)，對(duì)井周進(jìn)行帷幕灌漿，以減少井內(nèi)滲水量，帷幕灌漿布置如圖3所示。帷幕灌漿孔深度為17 m，從開挖掌子面井周外傾28°鉆孔，灌漿孔環(huán)向間距2 m，每環(huán)布置9個(gè)孔，縱向間距10 m，兩個(gè)循環(huán)的帷幕搭接段長(zhǎng)度約5 m。

圖3 帷幕灌漿布置剖面圖及孔位布置平面圖Fig.3 Curtain grouting layout profile and drill holes layout plane

2.2.3 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

豎井內(nèi)的排水線路如圖4所示。采用潛水泵將工作面滲水抽排至吊盤上的水箱A中，水箱A容量為3 m3；再由布置在吊盤上的多級(jí)離心泵，將水箱A中的水抽排至井口附近的水箱B中，水箱B容量為15 m3。

圖4 豎井內(nèi)排水線路Fig.4 Drainage path in the shaft

排水管采用1條φ108×6 mm的無(wú)縫鋼管，排水管固定在井壁上，通過(guò)2根直徑50 mm、長(zhǎng)度20 m、耐壓等級(jí)8 MPa的高壓軟管與排水泵連接?？紤]到排水管向下延伸時(shí)需要拆卸放水，故設(shè)置放水管，放水管一端固定在排水管上，另一端固定在吊盤水箱上。為了減少水管接長(zhǎng)時(shí)的放水量及水壓力，排水管上每隔100 m設(shè)置一個(gè)止回閥。

3 鋼襯施工前滲水處理專項(xiàng)措施

3.1 鋼襯施工前滲水情況

豎井開挖支護(hù)完成后，需進(jìn)行鋼襯安裝和混凝土回填澆筑。由于鋼襯安裝需要帶電焊接等操作，不允許井內(nèi)有雨滴狀滲水，甚至對(duì)井內(nèi)濕度都有一定要求，因此，在鋼襯安裝前對(duì)豎井進(jìn)行了系統(tǒng)的巡視檢查。檢查發(fā)現(xiàn)，在0～30 m、-110～-160 m、-224 m和-240 m高程處有水從初期混凝土襯砌的縫隙間滲出，總滲水量約3 m3/h。

3.2 鋼襯施工前滲水處理措施

滲水主要集中在初期襯砌的施工縫處，采取刻槽埋入排水花管（排水花管與豎井內(nèi)設(shè)置的排水管相接）的方式，排出施工縫處的滲水，并封閉施工縫。

具體施工流程（見圖5）為：先鑿除初期襯砌施工縫處混凝土，形成5 cm深的凹槽。在凹槽內(nèi)安裝直徑16 mm的排水花管，花管外包土工布（規(guī)格200 g/m2）。用土工膜遮蓋花管后，采用膨脹螺栓固定土工膜，并在膨脹螺栓的掛鉤上掛裝鋼筋網(wǎng)片，最后用速凝砂漿回填凹槽?；ü芘c豎井內(nèi)從0 m高程起設(shè)置的排水管（直徑25 mm）相連接，排水管從0 m高程往下沿井壁一直延伸至高壓平洞中布置的排水箱中。排水管固定在井壁上，每6 m設(shè)置1個(gè)固定點(diǎn)。排水管工作壓力為8.8 MPa。待高壓豎井鋼襯施工至0 m高程以上后，從高壓平洞的排水管壓入水泥漿液回填排水管及排水花管。排水管不拆除，澆筑于回填混凝土中。

圖5 高壓豎井初期襯砌滲水處理措施施工流程Fig.5 Construction process of seepage treatment measures for initial linings of penstock shaft

高壓豎井初期襯砌施工縫處的滲水處理措施典型剖面見圖6。

圖6 高壓豎井初期襯砌滲水處理措施典型剖面Fig.6 Typical section of seepage treatment measures for initial linings of penstock shaft

4 有關(guān)滲水處理措施的思考

在上述開挖支護(hù)過(guò)程中，襯砌縫隙處滲水會(huì)沿著井壁下流，甚至?xí)木趪姵?，使施工環(huán)境惡化，施工人員常常需要穿雨衣工作，施工速度和施工質(zhì)量也相應(yīng)下降。另外，在完成開挖支護(hù)后，初期襯砌施工縫滲水仍制約著后續(xù)施工，需要采取專門的滲水處理措施。

盡管采取分階段的滲水處理措施也能達(dá)到滲水處理目的，但如果能在開挖支護(hù)階段一次性解決滲水問(wèn)題，則施工環(huán)境、施工質(zhì)量和施工進(jìn)度都會(huì)得到進(jìn)一步的提升。可采用與豎井初期襯砌結(jié)合布置的截排水措施，用土工布包裹排水花管，在初期襯砌結(jié)構(gòu)縫下方貼巖石表面安裝，并采用土工膜覆蓋，防止混凝土襯砌澆筑期間堵塞土工布和排水花管，再通過(guò)貼巖面安裝的主排水管連接各個(gè)排水花管，形成排水系統(tǒng)。同時(shí)，在兩個(gè)相鄰的襯砌之間安裝止水帶，用于攔截初期襯砌結(jié)構(gòu)縫滲水，從而使所有滲水均由排水系統(tǒng)匯集，并集中抽排。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本工程在開挖支護(hù)階段采取的截排結(jié)合的滲水處理措施和鋼襯施工前的滲水專項(xiàng)處理措施是有效的，措施實(shí)施后，滲水得到了有效控制，滿足施工要求。

（2）其他類似工程可考慮采用與豎井初期襯砌結(jié)合布置的截排水措施，在初期襯砌設(shè)計(jì)時(shí)，統(tǒng)籌考慮施工期臨時(shí)排水措施設(shè)計(jì)，為施工人員創(chuàng)造更好的施工環(huán)境，既能提高豎井工程施工質(zhì)量，又能加快施工進(jìn)度。