嚴(yán) 晶，尚 斌

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430010;2.國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430010)

取水建筑物是水庫(kù)樞紐工程的重要組成部分,其運(yùn)行安全直接關(guān)系水庫(kù)效益的發(fā)揮。我國(guó)水庫(kù)取水建筑物進(jìn)口一般采用取水豎井的結(jié)構(gòu)型式,取水豎井內(nèi)部設(shè)有檢修閘門(mén)及工作閘門(mén)控制取水流量。受設(shè)備制造及安裝因素影響,部分水庫(kù)取水豎井閘門(mén)不同程度的存在門(mén)槽變形、止水不嚴(yán)、門(mén)體傾斜等問(wèn)題,導(dǎo)致閘門(mén)漏水,嚴(yán)重影響水庫(kù)效益的發(fā)揮。對(duì)于豎井閘門(mén)漏水,常用的加固施工方法是降低水庫(kù)水位并填筑圍堰,形成干地施工條件后對(duì)閘門(mén)進(jìn)行加固或更換。由于水庫(kù)大多承擔(dān)城鎮(zhèn)供水任務(wù),放空水庫(kù)將影響人民生產(chǎn)生活用水安全,其加固方案往往難以實(shí)施。因此,在不放空水庫(kù)的情況下,研究一種水庫(kù)取水豎井閘門(mén)水下加固方案十分必要。

1 工程概況

三泉水庫(kù)位于湖北省京山市楊集鎮(zhèn)三泉村,水庫(kù)總庫(kù)容295.4萬(wàn)m3,是一座以鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水和灌溉為主,兼有防洪等綜合效益的小(1)型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐建筑物由大壩、溢洪道和輸水管組成。水庫(kù)于1966年動(dòng)工興建,1974年建成蓄水,2009年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。

輸水管位于大壩右岸,2009年除險(xiǎn)加固時(shí)輸水管進(jìn)口新建了圓形豎井,豎井內(nèi)設(shè)檢修閘門(mén)、工作門(mén)各1扇,閘門(mén)采用平板鑄鐵閘門(mén),孔口尺寸1.4 m×1.45 m。由于施工精度原因,工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)安裝后一直無(wú)法下落到位,導(dǎo)致輸水管長(zhǎng)期漏水,水庫(kù)長(zhǎng)期處于低水位運(yùn)行,嚴(yán)重影響效益發(fā)揮。

2 取水豎井閘門(mén)加固施工方案比選

為確保水庫(kù)效益發(fā)揮,擬對(duì)輸水管取水豎井工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)進(jìn)行更換。工作及檢修閘門(mén)位于取水豎井底部,更換時(shí)需要具備干地施工條件。本次選用填筑圍堰方案(方案一)和水下封堵門(mén)方案(方案二)進(jìn)行比選,以確定最優(yōu)方案。

1)方案一:填筑圍堰方案。取水豎井加固施工前,將庫(kù)水位放空至高程237.4 m,輸水管進(jìn)口設(shè)置土袋圍堰,圍堰長(zhǎng)80 m,最大高度4.0 m,頂寬2.0 m,內(nèi)、外坡比1∶1.5,圍堰填筑工程量2 520 m3。圍堰填筑完成后進(jìn)行閘門(mén)更換施工,待閘門(mén)及啟閉機(jī)系統(tǒng)安裝及調(diào)試完畢后,拆除圍堰。方案一施工工期105 d,施工期間影響水庫(kù)下游供水,工程投資約85萬(wàn)元。

2)方案二:水下封堵門(mén)方案。取水豎井加固施工前,首先通過(guò)潛水員進(jìn)行水下檢查并測(cè)量豎井進(jìn)口尺寸,然后按進(jìn)口尺寸設(shè)計(jì)制作封堵門(mén)和水上作業(yè)平臺(tái),通過(guò)水上作業(yè)平臺(tái)吊裝封堵門(mén)并通過(guò)潛水員水下安裝封堵門(mén)。水下封堵門(mén)安裝完成后進(jìn)行閘門(mén)更換施工,待閘門(mén)及啟閉機(jī)系統(tǒng)安裝及調(diào)試完畢后,拆除水下封堵門(mén)。方案二施工工期40 d,施工期間不影響水庫(kù)下游供水,工程投資約65萬(wàn)元。

3)方案比選:方案一采用水庫(kù)放水,輸水管進(jìn)口填筑圍堰的方式施工,其優(yōu)點(diǎn)是方案簡(jiǎn)單、施工方便;缺點(diǎn)是需要放空水庫(kù)庫(kù)容約70萬(wàn)m3,施工后水庫(kù)如得不到及時(shí)補(bǔ)充,將影響集鎮(zhèn)供水,造成不良社會(huì)影響。方案二采用水下封堵門(mén)方案施工,其優(yōu)點(diǎn)是不必放空水庫(kù),節(jié)約水資源,水庫(kù)供水更有保障;缺點(diǎn)是水下封堵門(mén)施工案例較少,施工難度較大,存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。綜合來(lái)看,相對(duì)于填筑圍堰方案(方案一),水下封堵門(mén)方案(方案二)施工期間不影響水庫(kù)下游供水,施工周期較短且工程投資較低,取水豎井加固施工方案推薦采用水下封堵門(mén)方案(方案二)[1]。

3 水下封堵門(mén)方案設(shè)計(jì)

水下封堵門(mén)方案實(shí)施前需根據(jù)潛水員水下檢測(cè)情況進(jìn)行水下封堵門(mén)的布置和設(shè)計(jì),然后根據(jù)水下封堵門(mén)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行水上作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)。

3.1 水下封堵門(mén)布置及設(shè)計(jì)

取水豎井進(jìn)口設(shè)有磚砌攔沙坎,攔沙坎頂部設(shè)有攔污柵,由于豎井磚砌體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定不適于安裝封堵門(mén),水下封堵門(mén)布置于豎井進(jìn)口內(nèi)部,封堵門(mén)面板距取水豎井井壁上游面0.20 m,水下封堵門(mén)布置圖詳見(jiàn)圖1[2]。

豎井進(jìn)口孔口尺寸1.40 m×1.45 m(寬×高),水下封堵門(mén)設(shè)計(jì)尺寸1.39 m×1.44 m(寬×高)。

水下封堵門(mén)由鋼板門(mén)和門(mén)框組成,鋼板門(mén)骨架為10號(hào)工字鋼,門(mén)板采用10 mm厚鋼板,門(mén)板上設(shè)置6個(gè)直徑10 cm的充水平壓閥。門(mén)框骨架為16號(hào)工字鋼,門(mén)框周邊設(shè)置雙道止水膠條。門(mén)框與鋼板門(mén)采用錨栓連接,門(mén)框與進(jìn)水口頂板、底板和側(cè)墻采用三角梁鉆孔錨栓固定。鋼板門(mén)設(shè)計(jì)圖詳見(jiàn)圖2,門(mén)框設(shè)計(jì)圖詳見(jiàn)圖3[3]。

3.2 水上作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

水下封堵門(mén)施工需要搭建潛水員水上作業(yè)平臺(tái),水上作業(yè)平臺(tái)采用φ50 mm鋼管搭設(shè)骨架,中間架設(shè)200 L鐵皮浮桶拼裝并用扣件固定。根據(jù)作業(yè)需求,平臺(tái)尺寸為6 m×4 m,平臺(tái)豎向布置9排,每排布置6個(gè)直徑0.90 m的鐵皮浮筒,搭建平臺(tái)共需要54個(gè)浮筒。平臺(tái)四周采用φ50 mm鋼管布設(shè)圍欄。水上作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)圖詳見(jiàn)圖4[4]。

水上作業(yè)平臺(tái)需要進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算,作業(yè)平臺(tái)承受的荷載為浮筒浮力、作業(yè)人員自重、機(jī)械設(shè)備自重和平臺(tái)自重。平臺(tái)淹沒(méi)2/3時(shí)平臺(tái)穩(wěn)定性最好,此時(shí)平臺(tái)提供浮力61 280 kN,作業(yè)人員、機(jī)械設(shè)備和平臺(tái)自重共計(jì)44 280 kN,平臺(tái)提供浮力大于人員、機(jī)械和平臺(tái)自重,水上作業(yè)平臺(tái)穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。

4 水下封堵門(mén)方案實(shí)施

4.1 潛水作業(yè)方案

水下封堵門(mén)施工作業(yè)水深小于30 m,潛水作業(yè)方式采用供需式空氣潛水作業(yè),單組潛水作業(yè)人員2人,1人作業(yè)1人輔助,潛水作業(yè)人員攜帶應(yīng)急氣瓶,單組人員水下連續(xù)作業(yè)不得超過(guò)3 h。

潛水裝備系統(tǒng)主要包括干式潛水服、濕式潛水服、潛水頭盔、供氣系統(tǒng)、供氣臍帶、空壓機(jī)、高壓儲(chǔ)氣瓶、應(yīng)急備用氣瓶、水下控制系統(tǒng)、水下電視、水電燈源、水下電纜、供電系統(tǒng)、終端集控系統(tǒng)、應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)、潛水作業(yè)裝備車(chē)。

4.2 方案實(shí)施流程

水下封堵門(mén)方案實(shí)施分為以下6個(gè)步驟:

1)水下檢查及測(cè)量(水下)。潛水設(shè)備及潛水員進(jìn)場(chǎng)→潛水作業(yè)平臺(tái)及潛水設(shè)備布置→關(guān)閉取水豎井檢修門(mén)及工作門(mén)→水下檢查→水下清理(攔污柵周?chē)鞍惭b封堵門(mén)豎井周?chē)?→潛水員水下檢查測(cè)量尺寸。

2)水下封堵門(mén)制作(水上)。按水下測(cè)量進(jìn)口尺寸設(shè)計(jì)制作封堵門(mén)→制安作業(yè)平臺(tái)→封堵門(mén)浮桶制作。

3)水下封堵門(mén)安裝及封堵(水下)。封堵門(mén)水上吊裝→封堵門(mén)水下定位錨栓和限位槽制安→浮箱懸吊封堵門(mén)入水逐漸下沉→封堵門(mén)入槽限位后鎖定→封堵門(mén)浮箱解除→封堵門(mén)滲漏堵漏→開(kāi)啟豎井檢修門(mén)及工作門(mén)觀察下游滲漏情況→如有滲漏則關(guān)閉豎井檢修門(mén)及工作門(mén)后進(jìn)行潛水員水下堵漏→堵漏完成后再打開(kāi)豎井檢修門(mén)及工作門(mén)觀察下游滲漏情況直至下游無(wú)滲漏。

4)豎井檢修門(mén)及工作門(mén)檢修和更換。打開(kāi)豎井管檢修門(mén)及工作門(mén)觀察下游滲漏情況穩(wěn)定后→開(kāi)始檢修及更換閘門(mén)作業(yè)→檢修及更換閘門(mén)完成后→閘門(mén)啟閉試驗(yàn)正?！l門(mén)驗(yàn)收。

5)豎井檢修門(mén)及工作門(mén)更換后閉水試驗(yàn)(水下)。檢修及工作門(mén)關(guān)閉→水下打開(kāi)封堵門(mén)充水閥門(mén)→檢修及工作門(mén)關(guān)閉檢查下游滲水情況→閘門(mén)閉水試驗(yàn)驗(yàn)收。

6)封堵門(mén)水下拆除及撤場(chǎng)(水下)。檢修及工作門(mén)關(guān)閉→拆除封堵門(mén)堵漏材料→封堵門(mén)解除鎖定→封堵門(mén)拆吊→封堵門(mén)限位槽拆除→水下清理及檢查→完工撤場(chǎng)。

4.3 作業(yè)時(shí)間

水下封堵門(mén)方案主要水下工作量為水下檢查,定位錨栓,限位槽制安,封堵門(mén)水下安裝,堵漏,閉水試驗(yàn)及封堵門(mén)拆除。時(shí)間周期如下:準(zhǔn)備及進(jìn)場(chǎng)3 d;水下檢查清理4 d;設(shè)計(jì)驗(yàn)算及制作封堵門(mén),水上平臺(tái)、浮箱等(含設(shè)計(jì)及材料采購(gòu)加工制作)、吊裝平臺(tái)制安等10 d;封堵門(mén)水下安裝約15 d;干地檢修期間待命;閘門(mén)閉水試驗(yàn)約3 d;水下拆除5 d,總工期40 d。

4.4 注意事項(xiàng)

1)封堵門(mén)安裝及封堵:封堵門(mén)水下定位采用門(mén)框定位,封堵門(mén)制造后采用水上吊裝平臺(tái)調(diào)運(yùn)至豎井水面上方,然后逐步下放入水,待定位固定后采用錨栓錨定。封堵門(mén)周邊空隙采用柔性填料填充,鋼板與混凝土接觸面應(yīng)清理干凈并采用水下密封膠封蓋。

2)閘門(mén)閉水試驗(yàn):豎井工作閘門(mén)關(guān)閉后,潛水員將封堵門(mén)充水閥門(mén)打開(kāi),上游水庫(kù)通過(guò)充水閥門(mén)進(jìn)入豎井,待封堵門(mén)與豎井工作閘門(mén)之間充水完成后觀察工作閘門(mén)閉水情況;工作閘門(mén)閉水試驗(yàn)完成后關(guān)閉檢修閘門(mén),檢修閘門(mén)關(guān)閉后打開(kāi)工作閘門(mén)觀察檢修閘門(mén)閉水情況。

3)封堵門(mén)水下拆除:工作閘門(mén)與檢修閘門(mén)閉水試驗(yàn)完成后,關(guān)閉工作閘門(mén)與檢修閘門(mén),然后潛水員入水拆除封堵門(mén),封堵門(mén)拆除前應(yīng)確認(rèn)沖水閥暢通平壓,將封堵門(mén)與水上吊裝平臺(tái)吊裝連接后松動(dòng)固定錨栓,然后依次對(duì)封堵門(mén)浮體空腔充氣,封堵門(mén)浮起后開(kāi)始起吊封堵門(mén)并吊裝出水,然后水下割除定位錨栓并回填錨栓孔。

5 結(jié)語(yǔ)

1)我國(guó)水庫(kù)取水豎井?dāng)?shù)量眾多,部分水庫(kù)取水豎井閘門(mén)不同程度的存在漏水現(xiàn)象,受水庫(kù)無(wú)法放空等因素影響,取水豎井閘門(mén)維修或更換工作往往難以實(shí)施,嚴(yán)重影響水庫(kù)效益發(fā)揮,故研究取水豎井閘門(mén)水下加固成套設(shè)計(jì)施工技術(shù)十分必要。

2)采用水下封堵門(mén)技術(shù)進(jìn)行豎井閘門(mén)加固具有適用范圍廣、施工周期短、工程投資低、環(huán)境影響小、不影響水庫(kù)效益發(fā)揮等諸多優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)水庫(kù)豎井閘門(mén)加固中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3)水下作業(yè)屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程,作業(yè)單位需具有相應(yīng)的潛水作業(yè)資質(zhì),特種作業(yè)人員須持證上崗,作業(yè)前應(yīng)編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案并組織專(zhuān)家進(jìn)行論證,作業(yè)過(guò)程中應(yīng)設(shè)置專(zhuān)職安全監(jiān)督員并嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備安全操作規(guī)程,確保水下作業(yè)安全[5]。