阴坪水电站钢罩气垫式调压室施工

曾　建，　李　俊，　吴 智 勇

(中国水利水电第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰　611830)

阴坪水电站钢罩气垫式调压室施工

曾建，李俊，吴 智 勇

(中国水利水电第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰611830)

摘要：阴坪水电站气垫式调压室为122 m×12 m×17.3 m(长×宽×高)的城门洞型断面，洞身边顶拱衬砌70 cm厚混凝土，其中底板1.5 m以上边顶拱混凝土表面贴20 mm厚的16 MnR钢板钢罩。以阴坪水电站调压室施工为例，分别对气垫式调压室的开挖和钢罩两个关键施工环节的方案规划和实施过程进行了介绍。

关键词：阴坪水电站；气垫式调压室；开挖；钢罩；施工

1工程概述

阴坪水电站位于四川省平武县境内的涪江支流火溪河上，为低闸引水式电站。阴坪水电站气垫式调压室为长方形布置，城门洞型断面，开挖尺寸为122 m×12 m×17.3 m(长×宽×高)。洞身围岩为似斑状二云母花岗岩，围岩类别以Ⅲ类为主。洞身边顶拱衬砌70 cm厚混凝土，其中底板1.5 m以上边顶拱混凝土表面贴20 mm厚的16MnR钢板钢罩，底板采用30 cm厚素混凝土衬砌。钢罩混凝土沿洞轴线方向每4 m为一段，每段钢罩混凝土之间设置宽度为0.8 m的平压腔，腔内设孔距为1.5 m、深入基岩5 m的平压孔。

2运行原理及施工控制要点

气垫式调压室在岩体内由岩壁和水面围成封闭式气室，并利用气室内高压空气形成“气垫”来抑制室内水位高度和水位波动幅值的变化，气垫式调压室是性能优越的水锤和涌波控制设备。对于气垫式调压室，在其周围形成比较好的地下水系统环境，防止漏气是施工和运行要求的关键。气垫式调压室是工程地质条件好的水电站中替代传统开敞式调压井较为实用、经济和环保的方案。

由于气垫式调压室的运行条件为由岩壁、钢罩和水面围成封闭式气室并利用气垫来控制水锤和涌波，因此而要求：

(1)钻爆开挖应选择合理的爆破参数和装药结构，尤其是严格控制开挖轮廓线的爆破，最大限度地减小开挖爆破对气室整体围岩的扰动以及对开挖线岩面完整性的破坏，达到尽可能减少洞壁岩体漏水、漏气量的目的。

(2)钢罩混凝土施工首先应严格控制气室钢罩拼接与安装焊接的质量，同时采取相应的措施使钢罩后的回填混凝土与钢罩结合紧密，既能确保气室闭气性能，又能有效地联合承受机组负荷变化引起的地下水压力和气室气体压力之间的压差。

3施工方案规划与调整

3.1开挖施工

3.1.1初设方案

气室开挖高度为17.3 m，分为三层逐层开挖，第一、二层层高各8 m，第三层兼作底板保护层，高1.3 m。首先由气室连接洞以连接洞断面尺寸按13%的坡比爬坡开挖中导洞进入气室第一层，中导洞开挖至调压室端头后再反向全断面进行第一层开挖及支护并跟进平压孔造孔施工。第二层开挖支护分两步进行，第一步沿中导洞进行中间拉槽；第二步跟进两侧边墙扩挖及支护。第二层开挖完成后，从连接洞由近端往远端方向进行第三层开挖。

3.1.2气室支洞的增设及方案调整

在第一层开挖过程中，原规划开挖方案逐渐暴露出诸多弊端：因条件局限，气室开挖路线是从气室连接洞经气室中导洞爬坡至顶拱，形成顶拱反向扩挖工作面，人员与设备的进出均须通过作业面下部，安全隐患较大；气室连接洞为气室唯一出入口，导致气室形成高大闷罐开挖作业，施工通风条件很差，爆破后散烟时间长，影响工程进度；中导洞坡度太陡，达13%，设备上坡困难，大油门加重了空气的污浊程度，重车下坡时制动易失灵，安全隐患大。

项目部经与业主、设计及监理工程师商议，决定在与气室连接洞净距大于35 m的上游侧引水隧洞内增设气室支洞，以此连通气室顶部，作为气室第一层开挖支护的通道和后期钢罩安装的辅助通道。在第一层开挖时，人员设备由气室支洞进出，提高了作业的安全性，同时也形成了循环通风洞室，从根本上改善了气室的通风条件。气室支洞贯通后，相应地对第一层开挖方案进行了调整，利用反铲将上部预留渣面进行平整，填实原中导洞缺口，使作业面变得更宽敞，改原方案装载机装渣为反铲装渣，同时调入了两臂钻进行钻孔作业，使开挖效率成倍增加。

3.2钢罩混凝土施工

3.2.1初设方案

调压室钢罩混凝土施工共分三步完成。第一步完成调压室底板混凝土及边墙钢板基础混凝土浇筑，提交钢罩安装工作面；第二步由内往外向气室连接洞方向完成边墙钢板安装及混凝土回填；第三步考虑到气垫式调压室通过布置在调压室远端顶拱位置的气室支洞与近端的气室连接洞进行大循环通风，顶拱采用从气室连接洞由外往内完成钢板的安装及混凝土回填。

3.2.2优化并调整施工方案

在第二步边墙钢罩混凝土施工完成后，开始进行顶拱钢筋的安装。由于原方案中顶拱钢筋的安装采用在顶拱利用自制钢罩安装台车在仓面内单根组装钢筋，作业面狭小且为高空作业，钢筋安装进度较慢，安全隐患亦较大。经研究优化调整了施工方案，将原结构钢筋在仓面内单根组装调整为在气室底板进行组装、然后整体吊装入仓面的安装方案，组装与吊装平行作业，从而大大提高了施工进度，有效降低了安全风险。

4施工方案的实施

4.1开挖与支护

4.1.1钻爆试验及钻爆设计

根据气垫式调压室的运行要求、结合实际地质条件和岩性，确定了合理的钻爆参数以保证调压室开挖面的平整度，减少爆破对围岩的扰动，使围岩的松动范围、爆破应力和裂缝达到最小，将围岩的透水率控制在设计允许的范围内。在气室连接洞与气垫式调压室交叉段进行开挖钻爆试验，以选择合理的钻爆参数。

根据爆破试验确定的气垫式调压室基本钻爆参数为：将第一层每循环钻孔深度控制在2.5 m以内，设计轮廓采用光面爆破、周边孔间距为35～40 cm，光面爆破线装药密度控制在100 g/m以内；将第二层每循环钻孔深度控制在3.5 m以内，设计轮廓采用预裂爆破、周边孔间距50 cm预裂爆破线装药密度控制在150 g/m以内；第三层采用底面光面爆破方式进行浅孔弱爆破开挖，光爆孔间距为0.4 m，线装药密度为120 kg/m。

4.1.2开挖与支护方案的实施

气室中导洞：采用自制钻爆施工台架、手风钻钻孔，出渣采用ZLC50侧卸装载机配15 t自卸车运输。由于中导洞位于气垫式调压室洞身内部，相应的地质条件较好，故采取打设随机安全锚杆结合局部挂钢筋网、喷混凝土的临时支护形式进行支护。

气室第一层：初期采用自制钻爆施工台架、手风钻钻爆，由气室中导洞进入气垫式调压室第一层1 019 m高程进行反向水平开挖，一层中导洞领进，边顶拱跟进，周边光面爆破，出渣采用ZLC50侧卸装载机配15 t自卸汽车经气室支洞运出。增设气室支洞后，采用两臂钻钻孔，PC220反铲配15 t自卸汽车经气室支洞出渣。喷锚支护及时跟进开挖作业面，两臂钻造锚杆孔，人工挂设钢筋网，混凝土喷射机实施湿喷混凝土，对洞壁渗水部位及时打设排水孔对渗水进行集中引排，岩壁平压孔采用两臂钻造孔。

气室第二层：首先在第一层底板利用潜孔钻沿气室中导洞轴线垂直钻孔对第二层进行拉槽爆破开挖，再采用潜孔钻由气室连接洞端向气室远端进行两侧边墙岩壁的扩挖，扩挖采用台阶式错层开挖，上台阶和下台阶各高4 m，上台阶领进，边墙轮廓线采用预裂爆破。出渣采用ZL50C侧卸装载机配15 t自卸汽车经气室中导洞运输。系统支护滞后开挖作业面不大于20 m，与开挖施工平行作业，两臂钻造锚杆孔，混凝土喷射机湿喷混凝土，系统支护后立即进行平压孔施工。

气室第三层：采用手风钻造孔(与水平夹角不大于5°)，水平光面爆破开挖，对基底出现的少量欠挖采用人工撬除、风镐开挖等手段进行处理，不再进行爆破，以保证基底面岩石少受扰动破坏。出渣主要采用PC70反铲配5 t自卸汽车经气室连接洞运输。气室开挖情况见图1。

4.2钢罩混凝土

4.2.1钢罩金属结构

为加快钢罩金属结构施工进度，在气室进口处的底板位置增加了临时组装施工平台。临时组装施工平台沿气室轴线方向设置为长18 m，既预留够了经平台下部气室连接洞槽挖段进出气室的施工交通，又最大限度地利用了现场空间。

钢罩制作：在洞外加工厂，采用25 t汽车吊、桁车等吊装搬运设备进行钢罩制作单元拼装的下料、除锈、喷锌、刷漆、刷水泥浆等防腐工作。边墙钢罩钢板的制作采用15 t平板汽车将完成防腐处理的钢板运至气室底板临时组装平台进行拼装。由于气室底板临时组装平台场地有限，无法进行顶拱弧形钢板的卷板工作，遂将气室顶拱的弧形钢板在洞外加工厂进行卷板。为方便运输，将顶拱弧形钢板化整为零制作为两块“瓦片”后再采用平板车运入洞内，在气室底板组装平台最后拼接成型。

钢罩安装时，首先进行两侧边墙竖直钢板的安装，再进行洞顶弧形钢板的安装。

两侧边墙竖直钢板的安装：首先将肋板固定在两侧墙预埋钢筋上，利用钢罩安装台车上的吊点将竖直钢板起吊至竖直状态，将侧墙竖直钢板紧贴在已安装好的肋板上，然后将钢板点焊在肋板上再进行焊接。焊接完成后，检查焊缝，焊缝合格后再复查安装尺寸，安装尺寸复查无误后进行最终的加固，加固应达到使竖直钢板在浇筑混凝土时能承受足够的压力而不致变形、移位。侧墙钢板安装到一定高度后，即进行混凝土的回填浇筑，互相交叉进行。

顶拱弧形钢板的安装：在侧墙钢罩混凝土施工完成后，再进行顶拱弧形钢罩的安装。顶拱弧形钢罩采用在调压室底板整体拼接和手工焊焊接，为方便吊运，避免与两侧已安装就位的边墙钢板擦挂，在弧形钢板口设拉点由手动葫芦将弧形钢板弧度适当内收，再由天锚等临时起吊设施吊至自制升降式钢罩安装台车顶部平台上。台车运行到安装位置，将台车顶部整体升起到位，同时逐渐松开内拉葫芦，使弧形钢板对准安装位置，检查其尺寸合格后正式就位并焊接加固。钢罩安装升降台车见图2。

4.2.2混凝土及灌浆

为确保混凝土与钢罩钢板之间结合紧密，钢罩混凝土采用一级配自密性氧化镁微膨胀混凝土。混凝土采用拌合系统集中拌制，混凝土搅拌罐车运输，混凝土高压泵输送入仓。边墙混凝土采用插入式振捣器振捣，顶拱混凝土采用插入式辅以附着式振捣器振捣。混凝土强度在满足设计允许强度要求后进行回填灌浆，回填灌浆分两序施工并预埋灌浆管由顶拱引出。回填灌浆采用纯压式，采用水灰比为0.6∶1、0.5∶1两级浆液进行

回填，灌浆压力为0.3 MPa。

5结语

阴坪水电站气垫式调压室共计完成69个单元工程，其中69个单元工程质量合格，65个被评为优良，优良率为94.2%，其中主要单元工程、重要隐蔽工程、关键部位单元工程质量均为优良。该电站自2009年7月1日正式投产发电以来，检测气室漏气量为0.5～1 Nm3/min，达到国际先进水平。阴坪水电站的成功施工经验，对类似将钢罩置于混凝土表面的气垫式调压室施工具有很好的借鉴价值。

曾建(1976-)，男，四川都江堰人，工程师，一级建造师，从事水利水电工程施工技术及管理工作；

李俊(1979-)，女，四川威远人，工程师，从事水利水电工程施工技术及管理工作;

吴智勇(1981-)，男，四川内江人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术及管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

大湾水电站投产发电

云南大湾水电站首台机组于日前顺利完成72 h试运行，正式投产发电。大湾水电站位于楚雄市双柏县鄂嘉镇(右岸)和楚雄市新村镇(左岸)交界处的礼社江上，为礼社江干流六个梯级开发方案中的最后一级。电站枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸岸边式溢洪道、右岸泄洪冲沙(兼导流)洞、右岸长引水隧洞、调压井、压力钢管道、右岸地面厂房组成。属三等中型工程，以发电为主，电站装机容量49.8 MW，年利用小时数4 518 h。

收稿日期:2015-02-15

文章编号:1001-2184(2015)02-0045-03

文献标识码:B

中图分类号:TV554;TV7;TV52;TV732.5

作者简介: