曾　建，　李　俊，　吳 智 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰　611830)

陰坪水電站鋼罩氣墊式調(diào)壓室施工

曾建，李俊，吳 智 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰611830)

摘要：陰坪水電站氣墊式調(diào)壓室為122 m×12 m×17.3 m(長×寬×高)的城門洞型斷面，洞身邊頂拱襯砌70 cm厚混凝土，其中底板1.5 m以上邊頂拱混凝土表面貼20 mm厚的16 MnR鋼板鋼罩。以陰坪水電站調(diào)壓室施工為例，分別對(duì)氣墊式調(diào)壓室的開挖和鋼罩兩個(gè)關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的方案規(guī)劃和實(shí)施過程進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：陰坪水電站；氣墊式調(diào)壓室；開挖；鋼罩；施工

1工程概述

陰坪水電站位于四川省平武縣境內(nèi)的涪江支流火溪河上，為低閘引水式電站。陰坪水電站氣墊式調(diào)壓室為長方形布置，城門洞型斷面，開挖尺寸為122 m×12 m×17.3 m(長×寬×高)。洞身圍巖為似斑狀二云母花崗巖，圍巖類別以Ⅲ類為主。洞身邊頂拱襯砌70 cm厚混凝土，其中底板1.5 m以上邊頂拱混凝土表面貼20 mm厚的16MnR鋼板鋼罩，底板采用30 cm厚素混凝土襯砌。鋼罩混凝土沿洞軸線方向每4 m為一段，每段鋼罩混凝土之間設(shè)置寬度為0.8 m的平壓腔，腔內(nèi)設(shè)孔距為1.5 m、深入基巖5 m的平壓孔。

2運(yùn)行原理及施工控制要點(diǎn)

氣墊式調(diào)壓室在巖體內(nèi)由巖壁和水面圍成封閉式氣室，并利用氣室內(nèi)高壓空氣形成“氣墊”來抑制室內(nèi)水位高度和水位波動(dòng)幅值的變化，氣墊式調(diào)壓室是性能優(yōu)越的水錘和涌波控制設(shè)備。對(duì)于氣墊式調(diào)壓室，在其周圍形成比較好的地下水系統(tǒng)環(huán)境，防止漏氣是施工和運(yùn)行要求的關(guān)鍵。氣墊式調(diào)壓室是工程地質(zhì)條件好的水電站中替代傳統(tǒng)開敞式調(diào)壓井較為實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的方案。

由于氣墊式調(diào)壓室的運(yùn)行條件為由巖壁、鋼罩和水面圍成封閉式氣室并利用氣墊來控制水錘和涌波，因此而要求：

(1)鉆爆開挖應(yīng)選擇合理的爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，尤其是嚴(yán)格控制開挖輪廓線的爆破，最大限度地減小開挖爆破對(duì)氣室整體圍巖的擾動(dòng)以及對(duì)開挖線巖面完整性的破壞，達(dá)到盡可能減少洞壁巖體漏水、漏氣量的目的。

(2)鋼罩混凝土施工首先應(yīng)嚴(yán)格控制氣室鋼罩拼接與安裝焊接的質(zhì)量，同時(shí)采取相應(yīng)的措施使鋼罩后的回填混凝土與鋼罩結(jié)合緊密，既能確保氣室閉氣性能，又能有效地聯(lián)合承受機(jī)組負(fù)荷變化引起的地下水壓力和氣室氣體壓力之間的壓差。

3施工方案規(guī)劃與調(diào)整

3.1開挖施工

3.1.1初設(shè)方案

氣室開挖高度為17.3 m，分為三層逐層開挖，第一、二層層高各8 m，第三層兼作底板保護(hù)層，高1.3 m。首先由氣室連接洞以連接洞斷面尺寸按13%的坡比爬坡開挖中導(dǎo)洞進(jìn)入氣室第一層，中導(dǎo)洞開挖至調(diào)壓室端頭后再反向全斷面進(jìn)行第一層開挖及支護(hù)并跟進(jìn)平壓孔造孔施工。第二層開挖支護(hù)分兩步進(jìn)行，第一步沿中導(dǎo)洞進(jìn)行中間拉槽；第二步跟進(jìn)兩側(cè)邊墻擴(kuò)挖及支護(hù)。第二層開挖完成后，從連接洞由近端往遠(yuǎn)端方向進(jìn)行第三層開挖。

3.1.2氣室支洞的增設(shè)及方案調(diào)整

在第一層開挖過程中，原規(guī)劃開挖方案逐漸暴露出諸多弊端：因條件局限，氣室開挖路線是從氣室連接洞經(jīng)氣室中導(dǎo)洞爬坡至頂拱，形成頂拱反向擴(kuò)挖工作面，人員與設(shè)備的進(jìn)出均須通過作業(yè)面下部，安全隱患較大；氣室連接洞為氣室唯一出入口，導(dǎo)致氣室形成高大悶罐開挖作業(yè)，施工通風(fēng)條件很差，爆破后散煙時(shí)間長，影響工程進(jìn)度；中導(dǎo)洞坡度太陡，達(dá)13%，設(shè)備上坡困難，大油門加重了空氣的污濁程度，重車下坡時(shí)制動(dòng)易失靈，安全隱患大。

項(xiàng)目部經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理工程師商議，決定在與氣室連接洞凈距大于35 m的上游側(cè)引水隧洞內(nèi)增設(shè)氣室支洞，以此連通氣室頂部，作為氣室第一層開挖支護(hù)的通道和后期鋼罩安裝的輔助通道。在第一層開挖時(shí)，人員設(shè)備由氣室支洞進(jìn)出，提高了作業(yè)的安全性，同時(shí)也形成了循環(huán)通風(fēng)洞室，從根本上改善了氣室的通風(fēng)條件。氣室支洞貫通后，相應(yīng)地對(duì)第一層開挖方案進(jìn)行了調(diào)整，利用反鏟將上部預(yù)留渣面進(jìn)行平整，填實(shí)原中導(dǎo)洞缺口，使作業(yè)面變得更寬敞，改原方案裝載機(jī)裝渣為反鏟裝渣，同時(shí)調(diào)入了兩臂鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)，使開挖效率成倍增加。

3.2鋼罩混凝土施工

3.2.1初設(shè)方案

調(diào)壓室鋼罩混凝土施工共分三步完成。第一步完成調(diào)壓室底板混凝土及邊墻鋼板基礎(chǔ)混凝土澆筑，提交鋼罩安裝工作面；第二步由內(nèi)往外向氣室連接洞方向完成邊墻鋼板安裝及混凝土回填；第三步考慮到氣墊式調(diào)壓室通過布置在調(diào)壓室遠(yuǎn)端頂拱位置的氣室支洞與近端的氣室連接洞進(jìn)行大循環(huán)通風(fēng)，頂拱采用從氣室連接洞由外往內(nèi)完成鋼板的安裝及混凝土回填。

3.2.2優(yōu)化并調(diào)整施工方案

在第二步邊墻鋼罩混凝土施工完成后，開始進(jìn)行頂拱鋼筋的安裝。由于原方案中頂拱鋼筋的安裝采用在頂拱利用自制鋼罩安裝臺(tái)車在倉面內(nèi)單根組裝鋼筋，作業(yè)面狹小且為高空作業(yè)，鋼筋安裝進(jìn)度較慢，安全隱患亦較大。經(jīng)研究優(yōu)化調(diào)整了施工方案，將原結(jié)構(gòu)鋼筋在倉面內(nèi)單根組裝調(diào)整為在氣室底板進(jìn)行組裝、然后整體吊裝入倉面的安裝方案，組裝與吊裝平行作業(yè)，從而大大提高了施工進(jìn)度，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

4施工方案的實(shí)施

4.1開挖與支護(hù)

4.1.1鉆爆試驗(yàn)及鉆爆設(shè)計(jì)

根據(jù)氣墊式調(diào)壓室的運(yùn)行要求、結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件和巖性，確定了合理的鉆爆參數(shù)以保證調(diào)壓室開挖面的平整度，減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)，使圍巖的松動(dòng)范圍、爆破應(yīng)力和裂縫達(dá)到最小，將圍巖的透水率控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。在氣室連接洞與氣墊式調(diào)壓室交叉段進(jìn)行開挖鉆爆試驗(yàn)，以選擇合理的鉆爆參數(shù)。

根據(jù)爆破試驗(yàn)確定的氣墊式調(diào)壓室基本鉆爆參數(shù)為：將第一層每循環(huán)鉆孔深度控制在2.5 m以內(nèi)，設(shè)計(jì)輪廓采用光面爆破、周邊孔間距為35～40 cm，光面爆破線裝藥密度控制在100 g/m以內(nèi)；將第二層每循環(huán)鉆孔深度控制在3.5 m以內(nèi)，設(shè)計(jì)輪廓采用預(yù)裂爆破、周邊孔間距50 cm預(yù)裂爆破線裝藥密度控制在150 g/m以內(nèi)；第三層采用底面光面爆破方式進(jìn)行淺孔弱爆破開挖，光爆孔間距為0.4 m，線裝藥密度為120 kg/m。

4.1.2開挖與支護(hù)方案的實(shí)施

氣室中導(dǎo)洞：采用自制鉆爆施工臺(tái)架、手風(fēng)鉆鉆孔，出渣采用ZLC50側(cè)卸裝載機(jī)配15 t自卸車運(yùn)輸。由于中導(dǎo)洞位于氣墊式調(diào)壓室洞身內(nèi)部，相應(yīng)的地質(zhì)條件較好，故采取打設(shè)隨機(jī)安全錨桿結(jié)合局部掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土的臨時(shí)支護(hù)形式進(jìn)行支護(hù)。

氣室第一層：初期采用自制鉆爆施工臺(tái)架、手風(fēng)鉆鉆爆，由氣室中導(dǎo)洞進(jìn)入氣墊式調(diào)壓室第一層1 019 m高程進(jìn)行反向水平開挖，一層中導(dǎo)洞領(lǐng)進(jìn)，邊頂拱跟進(jìn)，周邊光面爆破，出渣采用ZLC50側(cè)卸裝載機(jī)配15 t自卸汽車經(jīng)氣室支洞運(yùn)出。增設(shè)氣室支洞后，采用兩臂鉆鉆孔，PC220反鏟配15 t自卸汽車經(jīng)氣室支洞出渣。噴錨支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)開挖作業(yè)面，兩臂鉆造錨桿孔，人工掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，混凝土噴射機(jī)實(shí)施濕噴混凝土，對(duì)洞壁滲水部位及時(shí)打設(shè)排水孔對(duì)滲水進(jìn)行集中引排，巖壁平壓孔采用兩臂鉆造孔。

氣室第二層：首先在第一層底板利用潛孔鉆沿氣室中導(dǎo)洞軸線垂直鉆孔對(duì)第二層進(jìn)行拉槽爆破開挖，再采用潛孔鉆由氣室連接洞端向氣室遠(yuǎn)端進(jìn)行兩側(cè)邊墻巖壁的擴(kuò)挖，擴(kuò)挖采用臺(tái)階式錯(cuò)層開挖，上臺(tái)階和下臺(tái)階各高4 m，上臺(tái)階領(lǐng)進(jìn)，邊墻輪廓線采用預(yù)裂爆破。出渣采用ZL50C側(cè)卸裝載機(jī)配15 t自卸汽車經(jīng)氣室中導(dǎo)洞運(yùn)輸。系統(tǒng)支護(hù)滯后開挖作業(yè)面不大于20 m，與開挖施工平行作業(yè)，兩臂鉆造錨桿孔，混凝土噴射機(jī)濕噴混凝土，系統(tǒng)支護(hù)后立即進(jìn)行平壓孔施工。

氣室第三層：采用手風(fēng)鉆造孔(與水平夾角不大于5°)，水平光面爆破開挖，對(duì)基底出現(xiàn)的少量欠挖采用人工撬除、風(fēng)鎬開挖等手段進(jìn)行處理，不再進(jìn)行爆破，以保證基底面巖石少受擾動(dòng)破壞。出渣主要采用PC70反鏟配5 t自卸汽車經(jīng)氣室連接洞運(yùn)輸。氣室開挖情況見圖1。

4.2鋼罩混凝土

4.2.1鋼罩金屬結(jié)構(gòu)

為加快鋼罩金屬結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，在氣室進(jìn)口處的底板位置增加了臨時(shí)組裝施工平臺(tái)。臨時(shí)組裝施工平臺(tái)沿氣室軸線方向設(shè)置為長18 m，既預(yù)留夠了經(jīng)平臺(tái)下部氣室連接洞槽挖段進(jìn)出氣室的施工交通，又最大限度地利用了現(xiàn)場(chǎng)空間。

鋼罩制作：在洞外加工廠，采用25 t汽車吊、桁車等吊裝搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行鋼罩制作單元拼裝的下料、除銹、噴鋅、刷漆、刷水泥漿等防腐工作。邊墻鋼罩鋼板的制作采用15 t平板汽車將完成防腐處理的鋼板運(yùn)至氣室底板臨時(shí)組裝平臺(tái)進(jìn)行拼裝。由于氣室底板臨時(shí)組裝平臺(tái)場(chǎng)地有限，無法進(jìn)行頂拱弧形鋼板的卷板工作，遂將氣室頂拱的弧形鋼板在洞外加工廠進(jìn)行卷板。為方便運(yùn)輸，將頂拱弧形鋼板化整為零制作為兩塊“瓦片”后再采用平板車運(yùn)入洞內(nèi)，在氣室底板組裝平臺(tái)最后拼接成型。

鋼罩安裝時(shí)，首先進(jìn)行兩側(cè)邊墻豎直鋼板的安裝，再進(jìn)行洞頂弧形鋼板的安裝。

兩側(cè)邊墻豎直鋼板的安裝：首先將肋板固定在兩側(cè)墻預(yù)埋鋼筋上，利用鋼罩安裝臺(tái)車上的吊點(diǎn)將豎直鋼板起吊至豎直狀態(tài)，將側(cè)墻豎直鋼板緊貼在已安裝好的肋板上，然后將鋼板點(diǎn)焊在肋板上再進(jìn)行焊接。焊接完成后，檢查焊縫，焊縫合格后再復(fù)查安裝尺寸，安裝尺寸復(fù)查無誤后進(jìn)行最終的加固，加固應(yīng)達(dá)到使豎直鋼板在澆筑混凝土?xí)r能承受足夠的壓力而不致變形、移位。側(cè)墻鋼板安裝到一定高度后，即進(jìn)行混凝土的回填澆筑，互相交叉進(jìn)行。

頂拱弧形鋼板的安裝：在側(cè)墻鋼罩混凝土施工完成后，再進(jìn)行頂拱弧形鋼罩的安裝。頂拱弧形鋼罩采用在調(diào)壓室底板整體拼接和手工焊焊接，為方便吊運(yùn)，避免與兩側(cè)已安裝就位的邊墻鋼板擦掛，在弧形鋼板口設(shè)拉點(diǎn)由手動(dòng)葫蘆將弧形鋼板弧度適當(dāng)內(nèi)收，再由天錨等臨時(shí)起吊設(shè)施吊至自制升降式鋼罩安裝臺(tái)車頂部平臺(tái)上。臺(tái)車運(yùn)行到安裝位置，將臺(tái)車頂部整體升起到位，同時(shí)逐漸松開內(nèi)拉葫蘆，使弧形鋼板對(duì)準(zhǔn)安裝位置，檢查其尺寸合格后正式就位并焊接加固。鋼罩安裝升降臺(tái)車見圖2。

4.2.2混凝土及灌漿

為確?；炷僚c鋼罩鋼板之間結(jié)合緊密，鋼罩混凝土采用一級(jí)配自密性氧化鎂微膨脹混凝土?；炷敛捎冒韬舷到y(tǒng)集中拌制，混凝土攪拌罐車運(yùn)輸，混凝土高壓泵輸送入倉。邊墻混凝土采用插入式振搗器振搗，頂拱混凝土采用插入式輔以附著式振搗器振搗。混凝土強(qiáng)度在滿足設(shè)計(jì)允許強(qiáng)度要求后進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿分兩序施工并預(yù)埋灌漿管由頂拱引出?；靥罟酀{采用純壓式，采用水灰比為0.6∶1、0.5∶1兩級(jí)漿液進(jìn)行

回填，灌漿壓力為0.3 MPa。

5結(jié)語

陰坪水電站氣墊式調(diào)壓室共計(jì)完成69個(gè)單元工程，其中69個(gè)單元工程質(zhì)量合格，65個(gè)被評(píng)為優(yōu)良，優(yōu)良率為94.2%，其中主要單元工程、重要隱蔽工程、關(guān)鍵部位單元工程質(zhì)量均為優(yōu)良。該電站自2009年7月1日正式投產(chǎn)發(fā)電以來，檢測(cè)氣室漏氣量為0.5～1 Nm3/min，達(dá)到國際先進(jìn)水平。陰坪水電站的成功施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類似將鋼罩置于混凝土表面的氣墊式調(diào)壓室施工具有很好的借鑒價(jià)值。

曾建(1976-)，男，四川都江堰人，工程師，一級(jí)建造師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作；

李俊(1979-)，女，四川威遠(yuǎn)人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作;

吳智勇(1981-)，男，四川內(nèi)江人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

大灣水電站投產(chǎn)發(fā)電

云南大灣水電站首臺(tái)機(jī)組于日前順利完成72 h試運(yùn)行，正式投產(chǎn)發(fā)電。大灣水電站位于楚雄市雙柏縣鄂嘉鎮(zhèn)(右岸)和楚雄市新村鎮(zhèn)(左岸)交界處的禮社江上，為禮社江干流六個(gè)梯級(jí)開發(fā)方案中的最后一級(jí)。電站樞紐由混凝土面板堆石壩、左岸岸邊式溢洪道、右岸泄洪沖沙(兼導(dǎo)流)洞、右岸長引水隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管道、右岸地面廠房組成。屬三等中型工程，以發(fā)電為主，電站裝機(jī)容量49.8 MW，年利用小時(shí)數(shù)4 518 h。

收稿日期:2015-02-15

文章編號(hào):1001-2184(2015)02-0045-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV554;TV7;TV52;TV732.5

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