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无支墩高水头浅埋式压力管道回填施工应用

2012-08-15刘玉奇

黑龙江水利科技 2012年9期
关键词:铺料长臂填料

刘玉奇

(中国水利水电第六工程局有限公司,辽宁丹东 118000)

1 概述

斐济南德瑞瓦图电站装机2台44 MW,由大坝、引水隧洞、调压井、压力管道、厂房及输变电系统组成。

压力管道的设计是采用了无支墩的回填式埋管。压力钢管总长约1 393.65 m,管径为 2.25 m,最大静水头299.215 m,最大纵坡59.79%。

2 回填要求

2.1 开挖尺寸

开挖沟槽为底宽3.6 m,0.5∶1边坡的倒梯形槽。

2.2 回填要求

回填料由下至上分3个层次,4个区(管底标高为0,高上为正,AP20为All Pass20缩写,意为全部通过20 mm孔径筛子)。

1层(0~20 cm):X区,AP100回填料,压实度90%。

2层(20~285 cm):A区,管周20 cm范围,采用AP20回填料,压实度为95%。A1区,A区以外范围,采用AP100回填料,压实度为90%。

3层(285~≥395 cm):B区,采用现场开挖料,压实度为90%。

管顶最小回填厚度为150 cm,即最小回填厚度为395 cm。

1层、2层只可人工或小型机具碾压夯实,3层最大碾压设备重≤8 t。

2.3 其他要求

2层与3层间采用铺土工布间隔,作为反滤隔层。

钢管内外喷刷防腐层,并在管周外侧设防腐保护缠带,缠带不得有破损。

底部X区两侧内设100 mm多孔排水管。

3 施工重点难点分析

1)由于压力钢管的设计理念是不设支墩,允许钢管在柔性填埋层内自由变形,以释放应力。这对回填的要求极其严格,是钢管回填的重点。

2)钢管外包防腐保护缠带,极易损坏,回填过程中的保护是本工程的难点之一。

3)回填施工面狭窄,且钢管安装后将工作面分为相互隔开的左右两个工作面,不利于施工组织。填料种类多,且相互交叉,给回填施工增加了一定难度。

4)压力管道陡坡段大坡度为59.79%,高差大,交通条件差,只有上部和下部两条路,两条路高差达157 m,陡坡段为本工程最大的难点。

5)斐济为海洋性气候,雨量多,因此气候对施工质量影响也较大。

针对以上所述施工的重点和难点,从施工程序,施工机具选择,施工方法等方面进行优化施工方案。

为减小天气影响,做好施工期排水,确保回填施工质量,根据压力管道坡度不同,选择不同的填筑程序,施工中把压力管道分平段,缓坡段和陡坡段3种类型,根据实际情况来安排程序。

采用臂长18 m的长臂反铲进行铺料,长臂反铲臂长斗小,即增加了铺料半径,解决了管槽两侧相隔开的问题,又可站在一侧直达填筑工作面进行铺料,减少常规方法的溜槽搭设,移动等问题,也避免了人工铺料的低效率问题。

回填碾压机具采用轻便的小型平板夯进行碾压,既适合沟槽等狭小面施工,又适合斜坡陡坡施工。在钢管下部,回填厚度小,受钢管限制无法采用平板夯施工的部位,采用平板捣棒,薄层铺料人工捣实。

为减小回填施工作业厚度,采取小型机具施工,加强现场施工管理,将施工做细做精,既确保了工程质量,又可有效保护钢管及其防腐保护缠带不被损坏。

在铺料5 m范围的钢管上用宽幅皮带保护,防止铺料过程中掉落回填料破坏钢管防腐缠带。

管周回填施工时,先铺紧贴钢周的 AP20细料,再填AP100的粗料,防止大颗粒料冲击破坏钢管及其防腐。

对回填料进行覆盖防护,减小雨季对填料含水率的影响。

严格试验的作用,从原材料的制备到现场施工,将施工每一个程序结果量化,确保施工质量。

4 试验

4.1 爆破试验

经过比选回填料确定为隧洞开挖料,在隧洞爆破开挖期通过爆破试验,适当调整爆破参数,既使渣料粒径适合破碎机进口要求,又增加了细颗粒的含量,使加工后的料级配更趋合理。

4.2 级配试验

对加工后的料进行粒径和级配试验,发现问题及时解决和调整,改变破碎机出口粒径,调整中等颗粒料径含量,适当调整开挖料爆破参数,增加原料细颗粒含量。

4.3 碾压试验

压力管道填筑施工前,对AP20、AP100、普通开挖渣料等分别进行碾压试验。

根据设计要求及现场条件,各区按照不同的铺料厚度、碾压遍数、碾压机具分别进行碾压试验,取得相应的试验数据,从而确定碾压机具及相应的最优碾压参数。

4.4 现场试验

回填施工中,每班次进行压实度试验,以及时调整碾压施工参数,并且在多雨天气加密回填料含水率测试,以确保回填质量。

5 回填料准备

5.1 AP20、AP100料

经计算,AP20料(A区)共3 233 m3,AP100料(X区和A1 区)共10 745 m3。

附近无可开采料源,考虑利用隧洞出口侧洞挖开挖料,既解决了料源,减少了开采费用,又节省了弃渣堆放场地。

在隧洞开挖施工中,适当加大了爆破的炸药量,使开挖出的粒径满足破碎机进口要求,提高了开挖料的可利用率。

开挖料采用PE-400破碎机破碎,简易筛分为两种规格,AP20和 AP100。

在压力钢管转弯处,变形较大部位,为防止防腐保护缠带被破碎加工的AP20料破坏,在转弯处6 m范围内,采用无尖角的沙卵石(外购,274 m3)。

5.2 现场开挖料

在不影响边坡安全情况下,开挖期间预留了部分开挖渣料堆弃在压力管道两侧的征地范围内,作为B区回填料。

6 施工方法

6.1 施工程序

6.1.1 平段施工(坡度<4%)

施工段较长且坡度<4%的施工段为平段,平段有2段,PC01-PC02和PC05-PC07。平段回填施工按顺下坡方向进行填筑施工,这样做可以避免从高处流下的水形成集水坑,进而对已回填部分造成破坏。

6.1.2 缓坡段施工(坡度>4%)

缓坡段主要为 PC02-PC03、PC07-PC12、PC12-PC16、PC16-PC20,缓坡段的填筑由低向高进行填筑,回填面略向下坡方向倾斜,便于雨水流出。

6.1.3 陡坡段施工(坡度>49%)

陡坡段主要为 PC03-PC05。陡坡段由 PC03(下)向PC05(上)进行填筑施工,在PC04附近设存渣平台,PC03到PC04填筑时利用L4路从下向上运输回填料,当回填筑至PC04以上时,利用L3路从上向下运输回填料,在L3路末端设溜渣槽(采用反铲开挖,铺铁皮形成溜渣槽),并在压力管道边缘形成反铲施工道路。

6.2 回填施工

立面回填施工程序:钢管安装→X区→A区→A1区→B区。

6.2.1 X区回填(AP100)

X区回填厚度为20 cm,采用长臂反铲铺料,人工配合平料,钢管底部铺料厚度为10 cm,采用平板捣棒进行人工捣实,捣实数为12。钢管两侧铺料厚度为20 cm,采用小型平板夯进行碾压,碾压8遍。

6.2.2 A区回填(AP20)、A1区回填(AP100)

ZONE A和A1回填同时进行,铺料厚度为20 cm,采用长臂反铲铺料,每层铺料时先铺ZONE A回填料(AP20),由人工平铺;然后铺筑ZONE A1回填料(AP100),根据作业面条件采用推土机摊铺或人工摊铺。铺料完成后采用平板夯进行碾压,碾压10遍。

6.2.3 B区回填(现场开挖料)

回填在ZONE A1结束后进行,铺料前在ZONE A1表面铺设土工布Geotextile,采用长臂反铲在管槽两侧就近取料铺料,平板夯进行碾压,碾压8遍,超过管顶1.5 m以后,可采用长臂反铲辅助碾压。

7 结语

该工程已于2012年5月18日并网发电,运行良好。无支墩高水头浅埋式压力钢管应用于水电工程压力管道,在国内尚无先例,在国际上也仅有数例,施工单位本着做精做细,确保工程质量的原则,无论是从原料的选取到施工机具的选择,还是从碾压试验到现场施工,都以试验为依据,完满地完成施工任务,在无支墩高水头压力管道回填施工方面填补了国内空白。为国内同类工程开创先河,有较高的借鉴价值。

[1]纪云生.水利水电工程施工组织设计手册[K].北京:中国水利水电出版社,1996.

[2]张基尧.工程机械使用手册[K].北京:中国水利水电出版社,1996.

[3]盛树馨.SL 237—1999土工试验规程[S].北京:中国水利水电出版社,1999.

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