抽水蓄能電站深豎井施工與質(zhì)量控制

廖國(guó)玲

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510635)

1 工程概況

陽(yáng)江抽水蓄能電站位于廣東省陽(yáng)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(kù)、下水庫(kù)、進(jìn)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(kāi)關(guān)站等組成(見(jiàn)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(tái)單機(jī)容量40萬(wàn)kW的機(jī)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(zhǎng)均為45.9 m、半徑為30 m，直線段長(zhǎng)為290.1 m，開(kāi)挖直徑為8.7 m，初期支護(hù)厚度為10 cm，襯砌厚度為50 cm，襯砌后直徑為7.5 m(見(jiàn)圖2)；引水下豎井上彎段長(zhǎng)為45.925 m、下彎段長(zhǎng)為45.625 m，半徑均為30 m，直線段長(zhǎng)為287.2 m，開(kāi)挖直徑為8.9 m，初期支護(hù)厚度為10 cm，襯砌厚度為60 cm，襯砌后直徑為7.5 m(見(jiàn)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(diǎn)及特點(diǎn)

近年來(lái)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(yáng)江抽水蓄能電站是目前國(guó)內(nèi)凈水頭最高、埋深最大、單機(jī)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(dá)800 m水頭，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)已建和在建的抽水蓄能電站，在國(guó)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(jí)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(kāi)挖(1.4 m反井磚反拉)-一次擴(kuò)挖(3.5 m)-二次擴(kuò)挖(全斷面)-滑?；炷翝仓?高壓灌漿施工(見(jiàn)圖4)。豎井開(kāi)挖常用的方法是先開(kāi)挖中導(dǎo)井、后擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面的方法[2-3]，導(dǎo)井開(kāi)挖主要是控制反井鉆機(jī)不出現(xiàn)卡鉆，超深豎井Φ1.4 m導(dǎo)井的精準(zhǔn)開(kāi)挖[4]、豎井?dāng)U挖是工程第一大難點(diǎn)；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(diǎn)，高壓豎井混凝土施工質(zhì)量控制是工程第二大難點(diǎn)；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(diǎn)；超深豎井各階段安全施工控制是工程第四大難點(diǎn)。

本文重點(diǎn)探討超深豎井混凝土施工質(zhì)量控制、施工平臺(tái)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?yàn)殇摻罨炷烈r砌對(duì)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(kāi)挖過(guò)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(yùn)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(jì)、豎井防滲排水、混凝土入倉(cāng)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(kuò)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(diǎn)。

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(shí)，要點(diǎn)在于應(yīng)開(kāi)展有效的布置工作，確保在后續(xù)的施工中存在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以此來(lái)提高施工質(zhì)量[7]。陽(yáng)蓄電站豎井上彎段井口平臺(tái)采用巖錨梁+桁架固定，上平臺(tái)設(shè)置固定絞車提升系統(tǒng)，下平臺(tái)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?yè)P(yáng)機(jī)牽引載物吊籠上下提升(見(jiàn)圖5所示)。

圖5 上彎段井口平臺(tái)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(tái)10 t雙卷筒載人絞車，絞車前方布置1臺(tái)10 t雙卷筒卷?yè)P(yáng)機(jī)，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(tái)15 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，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?yè)P(yáng)機(jī)基礎(chǔ)各設(shè)置8根地錨，確保施工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)牢固(見(jiàn)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(zhǎng)度為2.0 m，上豎井溜管最長(zhǎng)為310 m，下豎井最長(zhǎng)為307 m；每節(jié)溜管之間采用法蘭盤(pán)連接，用8根S8.8級(jí)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(guò)程中的安全，防止爆管或法蘭松動(dòng)，溜管采用四重保護(hù)：

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(guò)程的保護(hù)措施，吊裝過(guò)程可滿足整趟溜管的荷載，澆筑過(guò)程作為溜管固定保護(hù)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(gè)h型緩沖器(緩沖器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7)，混凝土從左側(cè)溜管流入緩沖器，混凝土高度超過(guò)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(cāng)號(hào)。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(jiǎn)單，安全可靠。各結(jié)構(gòu)件安裝順序：測(cè)量放樣標(biāo)出結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)軸線→組裝輻射梁和筒心→安裝提升架→安裝平臺(tái)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(tái)→安裝抹面平臺(tái)，安裝示意見(jiàn)圖8?；２捎?6個(gè)QYD-60型液壓千斤頂，孔徑50 mm，額定起重量6 t/臺(tái)，一臺(tái)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?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行拼裝。

2)拼裝完成后利用上井口15 t卷?yè)P(yáng)機(jī)將模體吊至豎井直線段與下彎段相交部位固定。

3)利用卷?yè)P(yáng)機(jī)受力、錨筋、拉桿等將滑模固定，防止擺動(dòng)。

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(qiáng)度達(dá)到75%即可進(jìn)行豎井直線段滑?；?。

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(jiàn)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(zhǎng)度約45.0 m，采用木模板+腳手架支撐進(jìn)行混凝土襯砌，泵送入倉(cāng)，先澆筑超挖部分再澆筑混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。下彎段分倉(cāng)示意見(jiàn)圖10。

圖10 下彎段分倉(cāng)示意

超挖區(qū)回填：分3層即3倉(cāng)(①～③)，層高6 m，每層迎水面又分6個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階高度1.0 m，并確保臺(tái)階澆筑后最小厚度不低于1.0 m；在臺(tái)階澆筑時(shí)，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(cāng)(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(tái)階澆筑時(shí)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(gè)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(shí)如何將混凝土入倉(cāng)是混凝土澆筑的難點(diǎn)[9]。陽(yáng)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(cāng)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(dòng)模板沿爬桿往上滑升來(lái)完成的[10]。引水豎井下彎段澆筑最后一倉(cāng)彎段前，調(diào)整好滑模，對(duì)滑模位置及爬桿進(jìn)行加固，待下彎段混凝土澆筑至下彎段與豎井相交部位時(shí)，啟動(dòng)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(qiáng)度達(dá)0.2～0.3 MPa時(shí)，用手按新澆混凝土面，能留有1 mm左右的痕跡，便開(kāi)始試滑升。試滑升是為了觀察混凝土的實(shí)際凝結(jié)情況以及底部混凝土是否達(dá)到出模強(qiáng)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(wú)漏油、模板傾斜度是否正常等。

滑模初次滑升要緩慢進(jìn)行，滑升過(guò)程中對(duì)液壓裝置、模板結(jié)構(gòu)、負(fù)載條件下的設(shè)施等進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，并嚴(yán)格按以下步驟進(jìn)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(dá)到60 cm時(shí)，開(kāi)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(gè)行程，對(duì)提升系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)及模板等變形進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，確保施工安全順利進(jìn)行[11]。

2)正常滑升

滑模經(jīng)初始滑升并檢查調(diào)整后，即可正常滑升，直線段滑膜襯砌示意見(jiàn)圖11。滑模正常滑升根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定合理的滑升速度，正?；龝r(shí)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。滑升時(shí)若脫?；炷劣辛魈?、坍塌或表面呈波紋狀，說(shuō)明混凝土脫模強(qiáng)度低，應(yīng)放慢滑升速度；若脫模混凝土表面不濕潤(rùn)，手按有硬感或伴有混凝土表面被拉裂現(xiàn)象，則說(shuō)明脫模強(qiáng)度高，宜加快滑升速度[12]。滑模澆筑至接近豎井頂時(shí)，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(kāi)為止。

圖11 直線段滑模襯砌示意

滑模滑升過(guò)程應(yīng)遵循“多動(dòng)少滑”，保持滑模平衡?；龝r(shí)采用PE管裝水，利用連通器原理，進(jìn)行滑模水平度觀測(cè)，滑升過(guò)程每日需利用頂部安裝激光投點(diǎn)儀進(jìn)行定位測(cè)量。

3)抹面施工

在豎井滑?；?，混凝土強(qiáng)度較低，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(duì)混凝土進(jìn)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(shí)還應(yīng)特別注意接口位置，消除錯(cuò)臺(tái)，使其平整，曲面達(dá)到曲率要求。抹面時(shí)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(shí)通知有關(guān)部門，待混凝土終凝后，按缺陷處理規(guī)定進(jìn)行修補(bǔ)。

4)脫模養(yǎng)護(hù)

模板安裝前應(yīng)涂刷脫模劑；澆筑混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)始脫模，脫模后噴水養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤(rùn)，避免裂縫的產(chǎn)生；為保證混凝土施工質(zhì)量，脫模后，強(qiáng)度達(dá)到后設(shè)專人定時(shí)灑水，對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[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(tái)進(jìn)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(cāng)襯砌，超挖段分3倉(cāng)襯砌，共分8倉(cāng)(見(jiàn)圖12)。

圖12 上彎段分倉(cāng)示意

第①、②倉(cāng)襯砌部分與超挖部分一起澆筑；第③倉(cāng)為超挖部分澆筑約9.8 m高，第④倉(cāng)為襯砌段，第⑤倉(cāng)超挖部分澆筑約7.5 m高，第⑥倉(cāng)襯砌段，第⑦倉(cāng)超挖部分澆筑約3.8 m高，第⑧倉(cāng)襯砌段；襯砌采用泵送混凝土澆筑，回填區(qū)采用自密實(shí)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(yǔ)

本文重點(diǎn)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(tái)、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(cāng)澆筑，泵送入倉(cāng)，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(jìn)行，滑升過(guò)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(shí)調(diào)整。

3)滑?；炷寥雮}(cāng)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(gè)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?；俣冉ㄗh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(shí)若脫?；炷劣辛魈省⑻虮砻娉什y狀，應(yīng)放慢滑升速度；若脫?；炷帘砻娌粷駶?rùn)、手按有硬感或表面被拉裂，應(yīng)加快滑升速度。