芜湖发电厂五期取水构筑物水下工程施工技术

谢玉立，汪传松

(安徽水利开发股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

芜湖发电厂五期取水构筑物水下工程施工技术

谢玉立，汪传松

(安徽水利开发股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

本文重点介绍芜湖发电厂五期取水构筑物水下爆破开挖、水下锚杆施工、水下基床整平、水下混凝土浇筑、取水头及引水管水上浮运与沉管安装等水下工程施工技术的实际应用情况，供同行在同类工程施工中参考。

芜湖发电厂;水下工程;施工技术

1 工程概况

芜湖发电厂位于芜湖市北四矶小山丘东面的长江右岸边，以长江为供水水源，距市区约16km。本期建设取水头2个，采用一机一管。根据水下地形图，取水头基本布置于厂址前沿－12.0m左右等深线深水岸线处，两取水头间距30m，取水头采用水下淹没式钢制蘑菇形结构，直径10m、高10.5m，侧面四周进水窗高3.5m。引水管共2根，中心距30～3.8m。引水管由三部分组成：其与取水头连接的一段引水管为2根φ3200mm钢沉管，单根长约25m;与钢沉管连接的中间段断面尺寸为每孔3.0m×3.0m、壁厚0.8m的矩形钢筋混凝土双孔沟浮运段，长度约为61m，每段20m左右;浮运段至循环水泵房前的一段为断面尺寸每孔3.0m×3.0m、壁厚0.8m的矩形现浇钢筋混凝土双孔沟(大开挖段)组成。总长约140m左右。如图1、图2所示。

图1 取水建筑物平面布置

2 取水构筑物水下工程总体施工流程

取水构筑物水下工程分别包括取水头、引水钢管段、预制钢筋混凝土双孔沟浮运段，其中取水头单个重量150t，引水管预制浮运段单节重量达360t。主要施工内容包括：水下基槽爆破开挖、取水头安装、水下铺设基床垫层、引水管(包括钢管及预制钢筋混凝土双孔孔沟)制作、浮运及就位安装、水下回填保护等。总体施工流程如图3所示：

图2 取水建筑物剖面

图3 总体施工流程

3 水下爆破开挖

爆破开挖范围共分三部分：2个取水头基槽、2道引水钢管基槽及1道预制钢筋混凝土双孔沟基槽，爆破方量约4万m3。基岩水下爆破利用水上平台进行水上钻孔填药爆破，基岩爆破前用挖泥船或水冲法将表层浮泥及软土挖除。

3.1 施工测量

a.施工区域标识：在基槽成型开挖区域内，利用岸标(插旗)和水中浮标相结合来标示基槽开挖范围。

b.开挖标高的测量：采用水压力测深仪结合测深标杆对基槽开挖标高进行测量。

3.2 表层土挖除

将抓扬式挖泥船拖运到开挖区内抛锚定位，按照标识逐次开挖基槽表层土，将开挖的浮泥、软土及卵石方用开底驳运往指定地点堆放。当潜水员水下摸测后，确定已挖到基岩，并且开挖范围已满足要求时，再由潜水员在水下用高压水枪配合，采用气举法清淤设备将基岩面反复清理冲洗干净。

3.3 水下爆破

a.爆破方法：钻机钻孔，深孔装药，加强松动爆破。炸药选用防水型乳化炸药，雷管采用毫秒延期电雷管。

b.爆破次数和区段划分：水下爆破分14次爆破区进行爆破，取水头头部为4次爆区，引水钢管段为6次爆破区，箱涵为4次爆破;水下不宜分层爆破，因此，一次爆破到设计标高。为提高开挖效率，爆破后块石粒径控制在50cm以下。

c.爆破设计：根据《工程爆破实用手册》，查表计算确定各项爆破参数。在实际作业过程中由爆破员根据每次施爆点的实际情况，对上述参数进行合理调整，报经项目负责人批准实施。

d.钻孔与装药：利用钢浮箱与型钢拼装成钻孔平台，用2台XJ－100型地质钻机钻孔;成孔后用塞子将孔口封堵，以防止杂物进入孔内，在陆上将炸药和起爆体装入塑料管，两端封起后由潜水员根据编号装入相应炮孔，然后连接起爆网络引爆。

e.水下爆破施工工艺流程

施爆区调查→爆破设计→配备专业施爆人员→爆区放样→布孔→钻孔→爆破器材检查→炮孔检查→装药连接网络→布置安全警戒→起爆→清除盲爆→解除警戒→测定爆破效果。

4 取水头水下安装

取水头部位细部结构如图4所示。

4.1 水下锚杆施工

根据设计要求，取水头下部需钻25个φ150，深度为3m的锚杆孔，锚杆孔内插入φ40单根长度为4.30m的锚杆，再在孔内灌入C35不离析细石混凝土作为锚固。

图4 取水头细部

4.1.1 水下钻孔

钻孔拟采用一台G－3型工程勘察钻机固定到工程船上，工程船在现场抛锚定位，用陆域测量仪器测量钻孔的位置，在确认无误后进行开钻。在启动钻机之初，测量河床的实际深度，以确保钻孔深。在钻孔前，先派潜水员在需钻孔的位置对基床上的碎石进行清理，以防钻头打滑。当一个孔钻好后，潜水员潜入水下，用麻布将孔堵牢，以防泥砂及碎石进入孔中。按上述方法钻完取水头的全部孔洞。

4.1.2 安装锚杆

潜水员潜入水下，将洞口上的麻布取出，将锚杆插入孔洞中。锚固混凝土采用不离析细石混凝土，因数量较小，故在工程船上随拌随灌。灌孔时，将细石混凝土装入一只容积为0.6m3左右的铁桶中，铁桶底部焊接一段设有阀门的铁管，将铁桶沉入水下，铁管管口对准锚杆孔后开启阀门，使混凝土流入锚杆孔中。当混凝土灌至孔口时，潜水员用手将混凝土压实。

4.2 水下混凝土基础浇筑

取水头混凝土设备基础厚5m，混凝土浇筑分两次进行，如图4所示。第一次浇筑取水头设备底面以下3m厚的部分，并在设备周边的两次浇筑界面上预埋插筋，待首次混凝土达到一定强度后安装取水头，取水头安装就位后再第二次浇筑基础上部2m厚部分。浇筑方法如下：

4.2.1 钢模框水下安装

a.在陆上制作混凝土基础浇筑钢模框，制作时需在钢模框顶面纵轴线位置上焊接短钢管，以便在水面上定位测量控制。

b.钢模框座底位置细石找平：由于爆破形成的基坑底部坑洼不平，在钢模框座底位置采用抛洒细石，潜水员水下刮尺找平。

c.起重船在陆域测量仪器的控制下移至取水头部位置，将钢模框调整至设计要求的位置时，松放主钩，使钢模框沉入到基床上。陆域测量钢模框的两根测杆，确认钢模框位置正确后潜水员水下拆扣，如有误差时，重新安装，直至符合设计要求。

d.钢模板安装时，尽量注意水流的影响，潜水员在水下调整伸缩支腿使模板调平加固。用重球检查钢模板的垂直度;浇筑面插筋事先焊接成整体并吊挂在钢模框上沿。

4.2.2 水下混凝土浇筑

a.将2艘工程船用型钢连接固定，托运至取水头位置抛锚定位，形成混凝土浇筑平台。

b.在浇筑平台上事先布置好多个浇筑导管，导管间距3.0m，平面上呈梅花形布置，外缘导管距模板表面最大距离不宜大于2.0m，导管下口距基底0.3m左右。

c.采用预拌混凝土，江边设一台HB60混凝土输送泵，将混凝土输送到水上浇筑平台的集料斗上，浇筑时集料斗内的混凝土依次从中部导管逐步向外缘导管轮流均匀布料，连续浇筑，保证基础混凝土浇筑面均匀抬升，并一次浇筑完毕。

d.达到第一次浇筑的总方量后，由潜水员用刮尺对混凝土面进行水下整平，并检查预埋插筋有无上浮或偏位，有问题及时处置。

e.第二次混凝土浇筑在取水头安装就位后进行，浇筑方法同第一次。

4.3 取水头就位

取水头在陆上江边进行制作，制作位置必须满足起重船直接吊装，必要时用挖泥船疏浚以满足起重船起吊时的吃水深度。在取水头安装前，事先做好测量杆的安装工作，测量杆安装位置见图5。

图5 取水头测量杆安装示意图

取水头安装采用吊重为240t的固定扒杆起重船进行施工。起重船在现场抛锚定位，移船至取水头所在位置，起重船主钩上挂四根吊索(φ60的钢丝绳，每根钢丝绳长度为20m)，吊索末端用4只50t卡环与取水头的吊点连接。检查测杆架、吊具索具无误后，起吊取水头，移船至取水头安装位置，在陆域测量人员指挥下，调整好取水头轴线位置，将取水头松放至水中。

当取水头底部松放到接近钢模框上口边时，停止松放，潜水员潜入水下探摸取水头底部与钢模框位置情况。在确认无误时松放取水头，使取水头沉入钢模框中。在取水头进入钢模框中后，潜水员在水下不停检查取水头与钢模框内预埋插筋是否碰擦，确保取水头沉放到设计位置。

5 引水管道安装

5.1 水下基床抛石及整平

基床碎石垫层施工采取水上方驳运输、人力抛填的方法。抛石开始前事先做好导标设置及抛石船驻位工作。纵向设置中心导标，横向设分段标，根据分段施工顺序，抛石船依导标定位。

基床抛石完成后，需对基床进行整平，本工程需对基床进行细平，由于精度要求很高，故采用导轨刮道法进行，即采用水下整平船结合基床导轨控制整平精度。整平船用方驳改装，其主要装置是刮道，方法是在方驳的船边伸出两根工字钢(或钢轨)作为刮道支架，支架外端安装滑轮，用重轨做成的刮道通过滑轮吊挂在水中;基床导轨即是在基床两侧各埋入一根导轨(钢轨)，搁置在事先已安置好的混凝土小型方块上，小型方块间距5m左右，方块与导轨之间垫厚薄不一的钢板，将导轨顶标高调整到基床的设计整平标高。其实施步骤如下：

a.由岸上测量人员与潜水员水下配合安装调平基床导轨，控制钢轨挠度在1cm以内。

b.整平船下放刮道，横置在两侧的导轨面上，刮道底面即为基床整平面标高。刮道的挠度控制在1cm以内，刮道两端应伸出导轨外每端不少于1m。

c.整平船在基床上横向驻位，所用碎石装在船上，在潜水员的引导下，将船上石料通过浮鼓式漏斗向水下运送。然后潜水员在水下利用刮道沿导轨面前移，将高出的碎石搬走，并填平刮道下的空隙。多余碎石用吊篮吊上船，不足的碎石由船上补充，如此达到整平要求。

5.2 预制管段水下沉管安装

预制混凝土引水管总长度为57.76m，总重量为2500t左右，分成7节制作，每节重量在360t左右。混凝土引水管预制时，需在每节引水管四角预埋吊点，并在中轴线的两端埋设预埋铁件，以便安装测量杆。如图6所示。

预制混凝土引水管安装，采用600T起重船，运用吊沉法进行安装作业，步骤为：施工准备→水上交通管制→浮运→管段就位→管段初次下沉→靠拢下沉→着地下沉。

图6 预制矩形双孔沟埋件位置

a.浮运：起重船在现场抛锚定位，通过起重船上的锚机收绞锚缆，使起重船移至预制现场，松下起重船的两副主钩，使主钩头对准需吊装的涵管上方起吊。当提升到一定高度后，停止起吊，启动移船锚机，将船移至靠岸侧第一根涵管安装位置。

b.管段就位：调整船位，利用预制双孔沟上部的测杆对其进行粗定位，如图7所示。

图7 管段沉放测量装置

c.管段下沉：当涵管轴向位置达到设计要求，涵管靠岸侧端部距现浇涵管约50mm时，松放起重船主钩，使涵管沉放至水中。当涵管沉放至离基床约10～30cm时，停止松放，陆域仪器测量涵管的位置，当轴线方向还在设计轴线时，将起重船向岸侧已现浇施工完成的引水涵管移动，使两管口贴紧，此时潜水员下水探摸涵管在水下的情况，主要包括：涵管对接间隙、涵管左右偏差。当上述两项均正常时，通知起重船松放涵管，直至着床。潜水员再次探摸涵管的情况，如位置均达到设计要求并陆域测量也为合格时，拆除起重船主钩，再拆除测量杆。如达不到设计要求时，将涵管吊离基床，重新调整涵管位置，如基床高不符合要求时，重新进行基床整平。直至合格为止。

重复上述工序，安装完全部混凝土涵管。

5.3 预制管段接头模袋混凝土施工

土工模袋是由双层化纤织物(织造型)制成的连续不同间距(厚度)的平面袋装结构材料，本工程预制管段接头采用矩形无滤点模袋，模袋宽50cm，充实厚度为250mm，最薄厚度为220mm。灌口直径φ200mm，每2m布置一个，模袋沿管段接缝铺设，然后固定底部，混凝土浇筑从两边对称浇筑，每次浇筑2m，两侧浇筑完成后，最后一次浇筑上侧。

5.4 引水钢管沉管安装

引水钢管安装采用240t起重船进行施工。

a.施工准备：由潜水员潜入水下测量取水头引水钢管口端及混凝土涵管钢管接口的直线距离，并以此对陆上已制作好的引水钢管进行截短或接长。

b.浮运：将引水钢管两端用橡胶圈套密封，起重船在现场抛锚定位后，移船至钢管制作现场，起重船挂好钩后，启动主卷扬机，将引水钢管拔正后再吊离地面。移船至钢管安装位置。

c.就位下沉：松放引水钢管至水下。当引水钢管底部接近涵管接口及取水头接口时，停止松放，潜水员潜入水下探摸管口接头的情况，同时指挥起重船调整船位，将钢管沉入两接口之中。当两接口处的对接情况达到设计要求后，潜水员检查引水钢管与支撑墩的搁置情况，如有悬空时，用钢板垫实。在确认钢管各处搁置良好时，松下起重船的主钩。潜水员再次检查管口对接情况，如不符合要求，可重新吊起，调整支撑墩的高程及引水钢管的位置，使对接达到设计要求。

d.哈夫接头安装：哈夫接头由起重船配合安装，先将哈夫接头的上盖盖在钢管接头上，再将下盖用起重船吊起托在管底。在两法兰中间垫上橡胶垫块，用螺丝将两法兰联接好。

6 水下抛石回填

取水头及引水管安装就位后，为保证其安全稳定，首先回填袋装碎石垫层，然后在其周围采用抛石填筑保护。基槽水下抛石回填仍然采取水上方驳运输、人力抛填的方法。抛石开始前事先做好导标设置及抛石船驻位工作。纵向设置中心导标及边际导标，横向设分段标，根据分段施工顺序，抛石船依导标定位，人工抛填。靠近引水管周边采用碎石抛填，以免造成管身损伤。回填至设计高程后，采用水下整平船粗平即可。

7 结语

芜湖发电厂五期取水构筑物水下施工项目繁多，施工难度大，由于采取了合理的施工方法，工程按期完工，交付使用后几年来，工程运行情况良好。

刘殿中，杨仕春．工程爆破实用手册［M］．第二版．北京：冶金工业出版社，2003．

Construction Technology of Stage V Water Intake Structure Underwater Project of Wuhu Power Plant

XIE Yu-li，WANG Chuan-song
(Anhui Water Resources Development Co．，Ltd．，Bengbu233000，China)

This paper focuses on introducing actual application condition of underwater project construction technology such as water intake structure underwater blasting excavation，underwater anchor bar construction，underwater base bed leveling，underwater concrete pouring，water intake head and diversion pipe floating transportation on water，immersed pipe installation，etc．in stage V project of Wuhu Power Plant，thereby providing reference for similar companies in the same project construction．

Wuhu Power Plant;underwater project;construction technology

TV671

B

1005-4774(2013)09-0007-06