金橋水電站調壓井及壓力管道豎井優化探討

蔡 瞳，王長生，鄭愛軍

(西藏開投金橋水電開發有限公司，西藏嘉黎852400)

1 工程概況

金橋水電站是易貢藏布干流上規劃的第5個梯級電站，是西藏自治區“十二五”能源發展規劃重點項目，也是西藏自治區“十三五”的能源接續項目，位于西藏自治區那曲地區嘉黎縣境內。電站屬Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。工程的主要任務是在滿足生態保護要求的前提下發電，并促進地方經濟社會發展。工程樞紐主要建筑物由左岸堆石混凝土壩、泄洪沖沙閘、排漂閘、右岸岸邊式電站進水口，引水發電隧洞、調壓井、壓力管道、地下發電廠房及開關站等建筑物成。首部樞紐建筑物最大壩高26 m，電站總裝機容量66 MW(3×22 MW)，多年平均年發電量3.57億kW·h，保證出力6 MW，年利用小時5 407 h。調壓井和壓力管道豎井位于廠房上游約120 m。

2 調壓井設計方案優化

2.1 調壓井整體布置優化

根據引水發電系統的總體布置，按照NB/T35021—2014《水電站調壓室設計規范》中有關調壓室的設置條件，金橋水電站上游調壓室可采用的方案主要有氣墊式調壓室、阻抗式調壓室兩種。

2.1.1 氣墊式調壓室方案

氣墊式調壓室可布置于廠房上游約120 m處，設計尺寸為80 m×11 m×15.5 m(長×寬×高)，阻抗孔直徑D=2.5 m。氣室內采用鋼筋混凝土+鋼板的設計，鋼筋混凝土厚度為120 cm。氣室邊墻、頂拱及端墻布置平衡混凝土內、外壓力的系統平壓孔。氣墊式調壓室布置詳見圖1。

圖1 氣墊式調壓室布置

圖2 阻抗式調壓井布置(單位:m)

2.1.2 阻抗式調壓井方案

阻抗式調壓井布置于廠房上游約141 m處，調壓井軸線與壓力管道豎井軸線為同一軸線。調壓井自上而下分為3部分：上部穹頂和大井，高47.4 m，大井開挖直徑14 m；小井高68.23 m，開挖直徑4.9 m；阻抗孔高17.6 m，開挖直徑3.65 m。阻抗孔下接壓力管道豎井，壓力管道豎井高66.47 m，開挖直徑5.2 m。阻抗式調壓井布置詳見圖2。

2.1.3 方案對比

氣墊式調壓室方案的優點是施工通道較為便利，缺點是后期運行及檢修等工作繁瑣，設備費用及運行管理維護成本高；阻抗式調壓井優點是土建投資可節省約3 900萬元，且后期運行管理簡單、費用低，缺點是上調壓井道路難度較大。從施工、投資、運行等多方面綜合考慮，最終確定采用阻抗式調壓井方案。

2.2 調壓井襯砌結構優化

受多種因素影響，導致調壓井進度滯后；雖然對調壓井開挖施工方案進行了優化，節省了工期，但與發電目標仍有一定的差距。鑒于此，對調壓井襯砌方式進行了優化。

調壓井原襯砌結構均為常規的鋼筋混凝土結構，施工過程中鋼筋制安、模板支立、模板拆除等工序較為繁瑣，備倉耗時較長。鑒于此，為縮短工序用時，調壓井下部的阻抗孔、小井襯砌調整優化為Q235鋼襯(鋼襯厚度16 mm)，混凝土調整優化為C25素混凝土；上部大井襯砌結構不變。

調整優化后，調壓井小井、阻抗孔襯砌備倉節省了鋼筋制安、模板支立、模板拆除工序，襯砌施工進度顯著提升。

3 施工方案優化

3.1 開挖施工方案優化

阻抗式調壓井和壓力管道豎井位于同一軸線，原開挖施工方案為：調壓井施工道路修建→調壓井通氣洞施工→調壓井穹頂開挖支護→在調壓井穹頂開挖支護完成后形成的3 438.5 m平臺布置反井鉆機→先導孔施工(調壓井3 428.5 m平臺至壓力管道下平段)→反井鉆φ1.4 m導井施工(壓力管道下平段至調壓井3 428.5 m平臺)→從調壓井上部平臺3 428.5 m平臺自上而下擴挖至壓力管道下平段(豎井底部)。調壓井及壓力管道豎井剖面示意詳見圖3。

圖3 調壓井及壓力管道豎井剖面示意(單位:m)

3.2 總體開挖施工方案優化

在調壓井施工過程中，受圍巖破碎、設備故障、地方火工材料管制等多種因素影響，在導井施工完成時，調壓井整體工期滯后較為嚴重。為加快調壓井施工進度、保證發電目標工期，需對施工方案進行調整優化。經過參建各方多次討論，確定以壓力管道上平段為分界高程，將調壓井和壓力管道豎井分為兩個作業面同時進行施工：其上部的調壓井大井、調壓井小井、調壓井阻抗孔擴挖，由調壓井3 428.5 m高程平臺自上而下進行施工；其下部的壓力管道豎井，由壓力管道上平段底板自上而下逐步進行擴挖施工；上部、下部作業面均用反導井作為溜渣通道，上部作業面從壓力管道上平段出渣，下部作業面從壓力管道下平段出渣。總體思路確定后，對具體的擴挖方案進行了分析、對比。

3.2.1調壓井、壓力管道上、下分作業面開挖施工方案一

方案一是在壓力管道上平段與調壓井阻抗孔、壓力管道豎井交接處布置防護蓋，以防護蓋為分界，將調壓井和壓力管道豎井分為上、下兩個獨立的作業面，完全避免了上、下作業面之間的干擾，可24 h 同時施工，具體如下：

(1)在壓力管道上平段底板(3 325.0 m高程)與導井相交部位布置防護蓋，防護蓋結構：采用20b工字鋼將導井井口覆蓋，然后在工字鋼上方澆筑35 cm厚C20混凝土。考慮到防護蓋對下方巖塞的壓力較大，為保證防護蓋穩固，防護蓋直徑放大為3.45 m。

(2)在壓力管道上平段左側布置一條弧形施工導洞，導洞大小為1.5 m×1.8 m(寬×高)，導洞長16.77 m，其平面半徑為14.33 m。為保證防護蓋巖塞厚度、確保防護蓋有足夠的支撐力，導洞采取26.57°向下坡度，其末端與導井相交于3 320 m高程，頂部與防護蓋之間巖塞厚度為5 m。導洞布置見圖4、5。

圖4 導洞平面布置示意(單位:m)

圖5 導洞剖面布置示意(單位:m)

(3)導洞上方調壓井按照設計體形進行擴挖、支護，材料主要通過調壓井頂部的天錨+卷揚機系統進行運輸，開挖至調壓井阻抗孔底部時，材料可以從壓力管道上平段運輸。導洞下方按照設計體型進行擴挖、支護。材料主要從導洞運輸，開挖至引水豎井底部時，材料可以從底部運輸。

(4)上、下作業面開挖完成后，最后進行剩余的阻抗孔開挖。

3.2.2調壓井、壓力管道分上、下分作業面開挖施工方案二

方案二是在調壓井擴挖作業面的導孔上進行防護。制作一個直徑3 m的防護蓋，防護蓋采用20b工字鋼和1 cm厚鋼板焊接而成，布置在調壓井擴挖作業面導孔上方。

在調壓井作業面進行鉆孔、裝藥、支護等工序時，防護蓋蓋上，上方的調壓井作業面和下方的壓力管道豎井作業面可同時進行施工；只有在調壓井進行爆破、出渣作業時，防護蓋打開，下方的壓力管道豎井作業面暫停施工。

3.2.3調壓井、壓力管道分上、下分作業面開挖施工方案對比分析

方案一的優點在于上、下作業面完全不會產生干擾，可24 h同時作業，同時施工安全更有保障；缺點在于需開挖導洞，措施投入相對稍大。

方案二優點在于措施投入相對較小，缺點在于上、下作業面仍存在一定的干擾，不利于進一步縮短工期。

為確保施工安全，更快的進行擴挖施工，經綜合對比，采用方案一進行施工。

3.3 調壓井擴挖方案對比選擇

調壓井、壓力管道上、下分作業面施工方案確定后，針對上部作業面的調壓井擴挖方案進行了分析、選擇。

調壓井穹頂開挖完成后，上部作業面調壓井擴挖包括：直徑14 m、高39.4 m大井擴挖，直徑4.9 m、高68.23 m小井擴挖。調壓井擴挖方案有兩種：

(1)調壓井擴挖方案A。自上而下逐步施工，大井擴挖、支護一次性成形，然后再進行小井擴挖支護。其優點在于自上而下一次性擴挖成形，支護可緊跟開挖作業面，進行爆破鉆孔時可同時進行錨噴支護的錨桿孔施工，縮短支護工序時間，且施工安全更有保障。缺點在于大井面積較大，為避免反導井溜渣發生堵塞，須加密爆破孔布置，鉆孔量相對較大。

(2)調壓井擴挖方案B。首先自上而下進行大井、小井擴挖，擴挖直徑均為4.9 m；然后再返回上部進行調壓井大井二次擴挖，二次擴挖至設計體型；擴挖完成后進行支護。其優點在于大井分為兩次擴挖，二次擴挖時溜渣井斷面較大，不存在堵塞情況，爆破孔間排距布置可相對放大。缺點在于一次開挖完成后不可及時進行完整的錨噴支護體系施工，施工安全存在一定隱患。

在施工過程中，施工安全必須放在首位，通過增加鉆爆人員和設備投入縮短工序用時、確保工期，綜合對比方案A更為可行。

4 結 語

西藏水電站建設與我國其他省份相比處于起步較晚的狀態，但近年發展迅速，處于水電建設上升期。在水電站建設過程中，往往會由于各種不可預測的因素造成工期滯后，作為水電建設者，我們需要把以往水電站建設積累的經驗與藏區特殊的地形地質條件、特有的人文環境等相結合，因地制宜，制定合理的設計方案和施工方案，才能保證水電站建設工期目標順利實現。金橋水電站調壓井設計方案和施工方案的調整優化，對藏區水電站建設具有較強的借鑒意義。