陰坪水電站鋼罩氣墊式調壓室施工

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)

陰坪水電站鋼罩氣墊式調壓室施工

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。以陰坪水電站調壓室施工為例，分別對氣墊式調壓室的開挖和鋼罩兩個關鍵施工環節的方案規劃和實施過程進行了介紹。

關鍵詞：陰坪水電站；氣墊式調壓室；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置寬度為0.8 m的平壓腔，腔內設孔距為1.5 m、深入基巖5 m的平壓孔。

2運行原理及施工控制要點

氣墊式調壓室在巖體內由巖壁和水面圍成封閉式氣室，并利用氣室內高壓空氣形成“氣墊”來抑制室內水位高度和水位波動幅值的變化，氣墊式調壓室是性能優越的水錘和涌波控制設備。對于氣墊式調壓室，在其周圍形成比較好的地下水系統環境，防止漏氣是施工和運行要求的關鍵。氣墊式調壓室是工程地質條件好的水電站中替代傳統開敞式調壓井較為實用、經濟和環保的方案。

由于氣墊式調壓室的運行條件為由巖壁、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)鉆爆開挖應選擇合理的爆破參數和裝藥結構，尤其是嚴格控制開挖輪廓線的爆破，最大限度地減小開挖爆破對氣室整體圍巖的擾動以及對開挖線巖面完整性的破壞，達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嚴格控制氣室鋼罩拼接與安裝焊接的質量，同時采取相應的措施使鋼罩后的回填混凝土與鋼罩結合緊密，既能確保氣室閉氣性能，又能有效地聯合承受機組負荷變化引起的地下水壓力和氣室氣體壓力之間的壓差。

3施工方案規劃與調整

3.1開挖施工

3.1.1初設方案

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洞進入氣室第一層，中導洞開挖至調壓室端頭后再反向全斷面進行第一層開挖及支護并跟進平壓孔造孔施工。第二層開挖支護分兩步進行，第一步沿中導洞進行中間拉槽；第二步跟進兩側邊墻擴挖及支護。第二層開挖完成后，從連接洞由近端往遠端方向進行第三層開挖。

3.1.2氣室支洞的增設及方案調整

在第一層開挖過程中，原規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氣室中導洞爬坡至頂拱，形成頂拱反向擴挖工作面，人員與設備的進出均須通過作業面下部，安全隱患較大；氣室連接洞為氣室唯一出入口，導致氣室形成高大悶罐開挖作業，施工通風條件很差，爆破后散煙時間長，影響工程進度；中導洞坡度太陡，達13%，設備上坡困難，大油門加重了空氣的污濁程度，重車下坡時制動易失靈，安全隱患大。

項目部經與業主、設計及監理工程師商議，決定在與氣室連接洞凈距大于35 m的上游側引水隧洞內增設氣室支洞，以此連通氣室頂部，作為氣室第一層開挖支護的通道和后期鋼罩安裝的輔助通道。在第一層開挖時，人員設備由氣室支洞進出，提高了作業的安全性，同時也形成了循環通風洞室，從根本上改善了氣室的通風條件。氣室支洞貫通后，相應地對第一層開挖方案進行了調整，利用反鏟將上部預留渣面進行平整，填實原中導洞缺口，使作業面變得更寬敞，改原方案裝載機裝渣為反鏟裝渣，同時調入了兩臂鉆進行鉆孔作業，使開挖效率成倍增加。

3.2鋼罩混凝土施工

3.2.1初設方案

調壓室鋼罩混凝土施工共分三步完成。第一步完成調壓室底板混凝土及邊墻鋼板基礎混凝土澆筑，提交鋼罩安裝工作面；第二步由內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壓室通過布置在調壓室遠端頂拱位置的氣室支洞與近端的氣室連接洞進行大循環通風，頂拱采用從氣室連接洞由外往內完成鋼板的安裝及混凝土回填。

3.2.2優化并調整施工方案

在第二步邊墻鋼罩混凝土施工完成后，開始進行頂拱鋼筋的安裝。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車在倉面內單根組裝鋼筋，作業面狹小且為高空作業，鋼筋安裝進度較慢，安全隱患亦較大。經研究優化調整了施工方案，將原結構鋼筋在倉面內單根組裝調整為在氣室底板進行組裝、然后整體吊裝入倉面的安裝方案，組裝與吊裝平行作業，從而大大提高了施工進度，有效降低了安全風險。

4施工方案的實施

4.1開挖與支護

4.1.1鉆爆試驗及鉆爆設計

根據氣墊式調壓室的運行要求、結合實際地質條件和巖性，確定了合理的鉆爆參數以保證調壓室開挖面的平整度，減少爆破對圍巖的擾動，使圍巖的松動范圍、爆破應力和裂縫達到最小，將圍巖的透水率控制在設計允許的范圍內。在氣室連接洞與氣墊式調壓室交叉段進行開挖鉆爆試驗，以選擇合理的鉆爆參數。

根據爆破試驗確定的氣墊式調壓室基本鉆爆參數為：將第一層每循環鉆孔深度控制在2.5 m以內，設計輪廓采用光面爆破、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；將第二層每循環鉆孔深度控制在3.5 m以內，設計輪廓采用預裂爆破、周邊孔間距50 cm預裂爆破線裝藥密度控制在150 g/m以內；第三層采用底面光面爆破方式進行淺孔弱爆破開挖，光爆孔間距為0.4 m，線裝藥密度為120 kg/m。

4.1.2開挖與支護方案的實施

氣室中導洞：采用自制鉆爆施工臺架、手風鉆鉆孔，出渣采用ZLC50側卸裝載機配15 t自卸車運輸。由于中導洞位于氣墊式調壓室洞身內部，相應的地質條件較好，故采取打設隨機安全錨桿結合局部掛鋼筋網、噴混凝土的臨時支護形式進行支護。

氣室第一層：初期采用自制鉆爆施工臺架、手風鉆鉆爆，由氣室中導洞進入氣墊式調壓室第一層1 019 m高程進行反向水平開挖，一層中導洞領進，邊頂拱跟進，周邊光面爆破，出渣采用ZLC50側卸裝載機配15 t自卸汽車經氣室支洞運出。增設氣室支洞后，采用兩臂鉆鉆孔，PC220反鏟配15 t自卸汽車經氣室支洞出渣。噴錨支護及時跟進開挖作業面，兩臂鉆造錨桿孔，人工掛設鋼筋網，混凝土噴射機實施濕噴混凝土，對洞壁滲水部位及時打設排水孔對滲水進行集中引排，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洞軸線垂直鉆孔對第二層進行拉槽爆破開挖，再采用潛孔鉆由氣室連接洞端向氣室遠端進行兩側邊墻巖壁的擴挖，擴挖采用臺階式錯層開挖，上臺階和下臺階各高4 m，上臺階領進，邊墻輪廓線采用預裂爆破。出渣采用ZL50C側卸裝載機配15 t自卸汽車經氣室中導洞運輸。系統支護滯后開挖作業面不大于20 m，與開挖施工平行作業，兩臂鉆造錨桿孔，混凝土噴射機濕噴混凝土，系統支護后立即進行平壓孔施工。

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

4.2鋼罩混凝土

4.2.1鋼罩金屬結構

為加快鋼罩金屬結構施工進度，在氣室進口處的底板位置增加了臨時組裝施工平臺。臨時組裝施工平臺沿氣室軸線方向設置為長18 m，既預留夠了經平臺下部氣室連接洞槽挖段進出氣室的施工交通，又最大限度地利用了現場空間。

鋼罩制作：在洞外加工廠，采用25 t汽車吊、桁車等吊裝搬運設備進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至氣室底板臨時組裝平臺進行拼裝。由于氣室底板臨時組裝平臺場地有限，無法進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行卷板。為方便運輸，將頂拱弧形鋼板化整為零制作為兩塊“瓦片”后再采用平板車運入洞內，在氣室底板組裝平臺最后拼接成型。

鋼罩安裝時，首先進行兩側邊墻豎直鋼板的安裝，再進行洞頂弧形鋼板的安裝。

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

頂拱弧形鋼板的安裝：在側墻鋼罩混凝土施工完成后，再進行頂拱弧形鋼罩的安裝。頂拱弧形鋼罩采用在調壓室底板整體拼接和手工焊焊接，為方便吊運，避免與兩側已安裝就位的邊墻鋼板擦掛，在弧形鋼板口設拉點由手動葫蘆將弧形鋼板弧度適當內收，再由天錨等臨時起吊設施吊至自制升降式鋼罩安裝臺車頂部平臺上。臺車運行到安裝位置，將臺車頂部整體升起到位，同時逐漸松開內拉葫蘆，使弧形鋼板對準安裝位置，檢查其尺寸合格后正式就位并焊接加固。鋼罩安裝升降臺車見圖2。

4.2.2混凝土及灌漿

為確保混凝土與鋼罩鋼板之間結合緊密，鋼罩混凝土采用一級配自密性氧化鎂微膨脹混凝土。混凝土采用拌合系統集中拌制，混凝土攪拌罐車運輸，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。混凝土強度在滿足設計允許強度要求后進行回填灌漿，回填灌漿分兩序施工并預埋灌漿管由頂拱引出。回填灌漿采用純壓式，采用水灰比為0.6∶1、0.5∶1兩級漿液進行

回填，灌漿壓力為0.3 MPa。

5結語

陰坪水電站氣墊式調壓室共計完成69個單元工程，其中69個單元工程質量合格，65個被評為優良，優良率為94.2%，其中主要單元工程、重要隱蔽工程、關鍵部位單元工程質量均為優良。該電站自2009年7月1日正式投產發電以來，檢測氣室漏氣量為0.5～1 Nm3/min，達到國際先進水平。陰坪水電站的成功施工經驗，對類似將鋼罩置于混凝土表面的氣墊式調壓室施工具有很好的借鑒價值。

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

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

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

(責任編輯：李燕輝)

大灣水電站投產發電

云南大灣水電站首臺機組于日前順利完成72 h試運行，正式投產發電。大灣水電站位于楚雄市雙柏縣鄂嘉鎮(右岸)和楚雄市新村鎮(左岸)交界處的禮社江上，為禮社江干流六個梯級開發方案中的最后一級。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(兼導流)洞、右岸長引水隧洞、調壓井、壓力鋼管道、右岸地面廠房組成。屬三等中型工程，以發電為主，電站裝機容量49.8 MW，年利用小時數4 518 h。

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0045-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV554;TV7;TV52;TV732.5

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