抽水蓄能電站深豎井施工與質(zhì)量控制

廖國玲

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，廣州 510635)

1 工程概況

陽江抽水蓄能電站位于廣東省陽春市與電白縣交界處的八甲鎮(zhèn)，電站樞紐工程主要由上水庫、下水庫、進出水口及閘門井、引水隧洞、地下廠房、主變室、尾水閘門室、尾水隧洞、開關(guān)站等組成(見圖1)，最大毛水頭為698.7 m，額定凈水頭為653 m，額定轉(zhuǎn)速為500 r/min，安裝3臺單機容量40萬kW的機組。

引水隧洞包括上平洞、引水上豎井、中平洞、引水下豎井、下平洞、引水鋼岔管，引水豎井由上彎段、直線段和下彎段構(gòu)成。引水上豎井上、下彎段長均為45.9 m、半徑為30 m，直線段長為290.1 m，開挖直徑為8.7 m，初期支護厚度為10 cm，襯砌厚度為50 cm，襯砌后直徑為7.5 m(見圖2)；引水下豎井上彎段長為45.925 m、下彎段長為45.625 m，半徑均為30 m，直線段長為287.2 m，開挖直徑為8.9 m，初期支護厚度為10 cm，襯砌厚度為60 cm，襯砌后直徑為7.5 m(見圖3)。

圖2 引水上豎井剖面示意

圖3 引水下豎井剖面示意

2 豎井施工難點及特點

近年來抽水蓄能電站向大容量、高水頭發(fā)展，隧洞、斜豎井往往承受較高的內(nèi)水壓力[1]。陽江抽水蓄能電站是目前國內(nèi)凈水頭最高、埋深最大、單機容量最大的一等[大(1)型]抽水蓄能電站，引水隧洞下平洞和岔管段靜水壓力高達800 m水頭，遠高于國內(nèi)已建和在建的抽水蓄能電站，在國際上也處于前列。由于引水豎井超高水頭，將其分成上下兩級超深豎井建設(shè)，豎井施工工藝流程主要包括：先導(dǎo)孔磚孔(200 mm)-導(dǎo)井開挖(1.4 m反井磚反拉)-一次擴挖(3.5 m)-二次擴挖(全斷面)-滑模混凝土澆筑-高壓灌漿施工(見圖4)。豎井開挖常用的方法是先開挖中導(dǎo)井、后擴挖至設(shè)計斷面的方法[2-3]，導(dǎo)井開挖主要是控制反井鉆機不出現(xiàn)卡鉆，超深豎井Φ1.4 m導(dǎo)井的精準(zhǔn)開挖[4]、豎井?dāng)U挖是工程第一大難點；豎井滑模爬桿穩(wěn)定性、同步性、滑升速度、混凝土配合比是管控要點，高壓豎井混凝土施工質(zhì)量控制是工程第二大難點；本工程引水隧洞水頭高、壓力大、豎井深，后續(xù)灌漿壓力大，10 MPa高壓灌漿是工程第三大難點；超深豎井各階段安全施工控制是工程第四大難點。

本文重點探討超深豎井混凝土施工質(zhì)量控制、施工平臺及設(shè)備的安全管控。鋼筋混凝土襯砌采用豎井布置方式較多，因為鋼筋混凝土襯砌對圍巖覆蓋厚度及質(zhì)量要求較高，豎井布置較易滿足要求[5]。豎井高度高，在開挖過程中安全隱患大[6]，豎井施工存在上下垂直交叉作業(yè)，豎井人員上下通道、材料及設(shè)備上下運輸方式、混凝土輸送方式等是豎井襯砌施工安全的重要環(huán)節(jié)；混凝土配合比設(shè)計、豎井防滲排水、混凝土入倉方式、滑模設(shè)備是豎井施工質(zhì)量的重要保障；上下平洞與豎井彎段的擴挖部位形成大體積混凝土，是上下彎段混凝土澆筑質(zhì)量控制的重點。

3 施工方法

3.1 施工布置

抽水蓄能電站在應(yīng)用引水豎井施工方法時，要點在于應(yīng)開展有效的布置工作，確保在后續(xù)的施工中存在堅實的基礎(chǔ)，以此來提高施工質(zhì)量[7]。陽蓄電站豎井上彎段井口平臺采用巖錨梁+桁架固定，上平臺設(shè)置固定絞車提升系統(tǒng)，下平臺設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)施工通道用于材料、人員上下；施工人員乘坐10 t(2JTP-2.5×1.2P)絞車牽引防墜罐籠上下豎井，施工材料由15 t卷揚機牽引載物吊籠上下提升(見圖5所示)。

圖5 上彎段井口平臺布置示意

3.2 絞車提升系統(tǒng)

在上平洞距豎井中心約55 m布置1臺10 t雙卷筒載人絞車，絞車前方布置1臺10 t雙卷筒卷揚機，用于牽引罐籠防墜鋼絲繩，在平洞左側(cè)距豎井中心約38 m布置1臺15 t卷揚機，用于提升材料上下豎井、滑模固定及溜管安裝等，豎井提升絞車及卷揚機基礎(chǔ)各設(shè)置8根地錨，確保施工機械設(shè)備基礎(chǔ)牢固(見圖6)。

圖6 豎井提升系統(tǒng)布置示意

3.3 混凝土溜管安裝

溜管采用DN200鋼管，壁厚8 mm，單節(jié)長度為2.0 m，上豎井溜管最長為310 m，下豎井最長為307 m；每節(jié)溜管之間采用法蘭盤連接，用8根S8.8級螺栓連接，配彈簧墊片。溜管上的吊環(huán)采用 Ф28 圓鋼與鋼管壁滿焊，吊環(huán)位置在距離法蘭上口 35 cm 處。為了確保溜管在澆筑過程中的安全，防止爆管或法蘭松動，溜管采用四重保護：

1)豎井內(nèi)部間隔6 m設(shè)置2根Ф22 mm外露50 cm錨桿，外露錨桿焊接支架并利用鋼管夾間隔6～12 m將溜管固定在豎井壁上。

2)溜管整體采用2根Ф28 mm鋼絲繩懸吊，且每節(jié)溜管均采用U型扣將鋼絲繩與溜管圓鋼牢固連接，U型扣螺母扭緊后采用22#鉛絲捆緊防止螺母松脫。該鋼絲繩主要作為溜管安裝過程的保護措施，吊裝過程可滿足整趟溜管的荷載，澆筑過程作為溜管固定保護措施。

3)溜管固定在井口橫擔(dān)300H型鋼與I18工字鋼焊接的桁架上，溜管承載混凝土澆筑荷載及自身重力。

4)混凝土從受料斗集料后流入溜管，溜管每18 m安裝一個h型緩沖器(緩沖器結(jié)構(gòu)見圖7)，混凝土從左側(cè)溜管流入緩沖器，混凝土高度超過隔板后翻入緩沖器右側(cè)，再流至下一節(jié)溜管，依次循環(huán)，流入豎井混凝土倉號。緩沖器極大保證混凝土不出現(xiàn)骨料分離，大幅提高澆筑質(zhì)量[8]。

圖7 緩沖器結(jié)構(gòu)示意

3.4 豎井滑模安裝

引水上下豎井直線段采用液壓內(nèi)爬式模板襯砌，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。各結(jié)構(gòu)件安裝順序：測量放樣標(biāo)出結(jié)構(gòu)物設(shè)計軸線→組裝輻射梁和筒心→安裝提升架→安裝平臺梁→安裝千斤頂及油泵→安裝模板→安裝液壓系統(tǒng)并調(diào)試→安裝分料平臺→安裝抹面平臺，安裝示意見圖8?；２捎?6個QYD-60型液壓千斤頂，孔徑50 mm，額定起重量6 t/臺，一臺液壓泵站控制，同步爬升，千斤頂滑模桿采用Ф48×3.5 mm鋼管，爬桿采用定制螺紋連接方式，設(shè)置于襯砌混凝土中部，后期灌漿處理。

圖8 豎井滑模結(jié)構(gòu)示意

1)滑模模體在下平洞利用15 t卷揚機進行拼裝。

2)拼裝完成后利用上井口15 t卷揚機將模體吊至豎井直線段與下彎段相交部位固定。

3)利用卷揚機受力、錨筋、拉桿等將滑模固定，防止擺動。

4)下彎段澆筑前將滑模爬桿預(yù)埋入混凝土，滑模與下彎段采用小鋼模板可靠順接，澆筑前調(diào)整固定好滑模。

5)下彎段澆筑完成后，待混凝土強度達到75%即可進行豎井直線段滑?；?/p>

4 施工質(zhì)量控制

4.1 施工工藝流程

引水豎井混凝土主要分為3部分：下彎段襯砌、直線段襯砌、上彎段襯砌，具體工藝流程見圖9。

圖9 豎井混凝土施工工藝流程示意

4.2 下彎段襯砌

豎井下彎段長度約45.0 m，采用木模板+腳手架支撐進行混凝土襯砌，泵送入倉，先澆筑超挖部分再澆筑混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。下彎段分倉示意見圖10。

圖10 下彎段分倉示意

超挖區(qū)回填：分3層即3倉(①～③)，層高6 m，每層迎水面又分6個臺階，臺階高度1.0 m，并確保臺階澆筑后最小厚度不低于1.0 m；在臺階澆筑時，按照1/2排架立桿間距預(yù)埋Φ32插筋(即一半排架立桿底部后期采用插筋固定)，便于彎段立桿加固。

永久襯砌分為2倉(④、⑤)，仰拱部位模板主要靠焊接鋼筋支架，頂部模板主要靠焊接Φ12拉桿提拉，模板內(nèi)側(cè)采用鋼管彎制弧形便于拼裝固定模板，并在襯砌內(nèi)采用Φ28～Φ32鋼筋內(nèi)撐。底部排架立桿部位間隔支撐，一根設(shè)置在臺階澆筑時預(yù)留的插筋上，插筋與結(jié)構(gòu)鋼筋的分布筋焊接成為一個整體，并設(shè)置三角支撐，澆筑完成后割除外露鋼筋打磨平整并涂刷環(huán)氧，另一根支撐在模板上，整體呈梅花型布置。

4.3 直線段滑模襯砌

當(dāng)豎井深度較大時如何將混凝土入倉是混凝土澆筑的難點[9]。陽蓄電站豎井直線段深290 m，直線段采用內(nèi)爬式滑模，混凝土入倉采用溜管從井口垂直送到井底，從豎井底部依次向上澆筑。滑模的滑升是由空心式千斤頂帶動模板沿爬桿往上滑升來完成的[10]。引水豎井下彎段澆筑最后一倉彎段前，調(diào)整好滑模，對滑模位置及爬桿進行加固，待下彎段混凝土澆筑至下彎段與豎井相交部位時，啟動滑模施工。

1)初始滑升

首批入模的混凝土分層連續(xù)澆筑至40～60 cm后，當(dāng)混凝土強度達0.2～0.3 MPa時，用手按新澆混凝土面，能留有1 mm左右的痕跡，便開始試滑升。試滑升是為了觀察混凝土的實際凝結(jié)情況以及底部混凝土是否達到出模強度。因全部荷載由爬桿承受，應(yīng)特別注意爬桿、提升架、千斤頂?shù)姆€(wěn)定性、油管接頭有無漏油、模板傾斜度是否正常等。

滑模初次滑升要緩慢進行，滑升過程中對液壓裝置、模板結(jié)構(gòu)、負載條件下的設(shè)施等進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，并嚴(yán)格按以下步驟進行：第1次澆筑3～5 cm厚的水泥砂漿(新老混凝土面能較好的結(jié)合)；接著按分層厚度30 cm澆筑2層，厚度達到60 cm時，開始滑升5 cm，檢查脫模的混凝土凝固是否合適；第4層澆筑后滑升20 cm，繼續(xù)澆筑第5層又滑升15～20 cm；第6層澆筑后滑升15～20 cm。滑模試滑升3～5個行程，對提升系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)及模板等變形進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，確保施工安全順利進行[11]。

2)正?；?/p>

滑模經(jīng)初始滑升并檢查調(diào)整后，即可正?；本€段滑膜襯砌示意見圖11?；Ｕ；鶕?jù)現(xiàn)場施工情況確定合理的滑升速度，正?；龝r宜控制速度為15～30 cm/h，每次滑升5～10 cm，控制日滑升高度為3.0～8.0 m?；龝r若脫模混凝土有流淌、坍塌或表面呈波紋狀，說明混凝土脫模強度低，應(yīng)放慢滑升速度；若脫模混凝土表面不濕潤，手按有硬感或伴有混凝土表面被拉裂現(xiàn)象，則說明脫模強度高，宜加快滑升速度[12]?；仓两咏Q井頂時，應(yīng)放慢滑升速度，準(zhǔn)確找平混凝土，澆筑結(jié)束后，模板繼續(xù)上滑，直至混凝土與模板完全脫開為止。

圖11 直線段滑模襯砌示意

滑?；^程應(yīng)遵循“多動少滑”，保持滑模平衡?；龝r采用PE管裝水，利用連通器原理，進行滑模水平度觀測，滑升過程每日需利用頂部安裝激光投點儀進行定位測量。

3)抹面施工

在豎井滑?；螅炷翉姸容^低，混凝土表面存在一定的缺陷，表面不光滑，或出現(xiàn)裂紋，需對混凝土進行抹面，確保施工質(zhì)量。抹面前應(yīng)做充分的防水措施，嚴(yán)禁有滲水、滴水浸蝕混凝土面，并用直尺和弧形靠尺檢查表面平整度和曲率。在抹面時還應(yīng)特別注意接口位置，消除錯臺，使其平整，曲面達到曲率要求。抹面時如發(fā)現(xiàn)混凝土表面已初凝，而缺陷未消除，應(yīng)停止抹面，并及時通知有關(guān)部門，待混凝土終凝后，按缺陷處理規(guī)定進行修補。

4)脫模養(yǎng)護

模板安裝前應(yīng)涂刷脫模劑；澆筑混凝土強度達到設(shè)計要求后開始脫模，脫模后噴水養(yǎng)護，以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤，避免裂縫的產(chǎn)生；為保證混凝土施工質(zhì)量，脫模后，強度達到后設(shè)專人定時灑水，對混凝土進行養(yǎng)護[13]。

4.4 上彎段襯砌

上彎段襯砌采用木模板+自制桁架+腳手架支撐作為施工平臺進行混凝土襯砌，超挖混凝土澆筑靠邊墻拉桿或桁架加固模板。

結(jié)構(gòu)段分5倉襯砌，超挖段分3倉襯砌，共分8倉(見圖12)。

圖12 上彎段分倉示意

第①、②倉襯砌部分與超挖部分一起澆筑；第③倉為超挖部分澆筑約9.8 m高，第④倉為襯砌段，第⑤倉超挖部分澆筑約7.5 m高，第⑥倉襯砌段，第⑦倉超挖部分澆筑約3.8 m高，第⑧倉襯砌段；襯砌采用泵送混凝土澆筑，回填區(qū)采用自密實混凝土澆筑；澆筑順序先結(jié)構(gòu)襯砌再回填：①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧。

5 結(jié)語

本文重點探討了抽水蓄能電站超深豎井施工及質(zhì)量控制，結(jié)合豎井井口平臺、絞車提升系統(tǒng)、混凝土溜管的布置及安全，分析了豎井下彎段、直線段滑模、上彎段混凝土襯砌的方法、工藝流程、施工質(zhì)量控制措施，可供同類超深引水豎井施工參考應(yīng)用。

1)豎井上彎段、下彎段襯砌采用分層分倉澆筑，泵送入倉，宜先澆筑超挖部分再澆筑結(jié)構(gòu)襯砌。

2)豎井直線段采用內(nèi)爬式滑模，初次滑升需緩慢進行，滑升過程中全面檢查液壓裝置、模板結(jié)構(gòu)的同步性，如有偏差及時調(diào)整。

3)滑模混凝土入倉采用溜管從井口垂直送到井底，從豎井底部依次向上澆筑，因豎井較深，溜管每18 m安裝1個h型緩沖器，用以減小混凝土下落速度、緩解溜管壁磨損量、防止混凝土骨料分離。

4)滑模正常滑升速度建議控制在15～30 cm/h，每次滑升5～10 cm，日滑升高度控制在3.0～8.0 m；滑升時若脫?；炷劣辛魈?、坍塌或表面呈波紋狀，應(yīng)放慢滑升速度；若脫模混凝土表面不濕潤、手按有硬感或表面被拉裂，應(yīng)加快滑升速度。