高海拔区深斜井衬砌施工技术研究

2015-04-26侍克斌白现军

水力发电 2015年11期

周峰，侍克斌，白现军

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 830052;2.葛洲坝新疆工程局，新疆乌鲁木齐 830000)

布仑口—公格尔水电站位于新疆维吾尔自治区阿克陶县境内，是盖孜河流域梯级开发中的第一级水电站，主要任务是灌溉、发电和防洪。水库正常蓄水位3 290.00 m，总库容6.44亿m3，总装机容量200 MW，保证出力69.8 MW。其中引水系统的压力管道段含有倾角60°、总斜长656 m的斜井段，为了便于施工，斜井段沿斜长分为3段，中间由水平段连接。引水斜井段位于2 632.6～3 220 m之间的高海拔区，由于气压低、缺氧，施工机械的稳定运行和施工效率大大降低，这既影响了施工安全又增加了施工成本，施工难度很大。在斜井段衬砌施工过程中，对衬砌施工方案、混凝土浇筑、灌浆等方面做了一系列的研究改进，取得了良好效果。

1 斜井衬砌施工方案

布仑口—公格尔水电站压力管道斜井段分为上斜井段、中斜井段和下斜井段，如图1所示。上斜井段斜长296 m，倾角为60°，纵坡1∶0.577 8，中心线3 223.0～2 950.0 m高程;中斜井段斜长280 m，倾角为 60°，纵坡 1∶0.577 8，中心线 2 950.0～2 719.5 m高程;下斜井段斜长80 m，倾角为60°，纵坡1∶0.577 8，中心线2 719.5～2 632.6 m高程。斜井段开挖断面直径4.2 m，衬砌后直径为3.0 m，采用钢板衬砌，回填C20混凝土，厚60 cm(见图2)。在钢板与混凝土之间进行接触灌浆，在顶拱120°范围内进行回填灌浆，对围岩进行固结灌浆，灌浆深度2.0 m，间、排距2 m，梅花形布置。

图1 斜井衬砌施工布置示意

图2 斜井衬砌示意

斜井段施工通道有3 223 m高程上平洞、2 950 m高程中平洞、2 719.5 m高程的水平洞、2 632.6 m高程下平洞等，故在进行压力管道斜井段混凝土施工时，充分利用现场施工条件，进行合理的布置，上、中、下斜井段分别采取不同的入仓手段，以确保斜井混凝土的正常施工。

布仑口—公格尔水电站压力管道斜井段总斜长长度很大，为更好的顺利完成各项工作，采用钢管段安装与外包回填混凝土交叉同步进行的方式进行。先由金属结构安装施工队与土建施工队伍进行下弯段的钢管安装及混凝土浇筑施工。完成后，由金属结构安装施工队进行钢管安装至一定长度(一般不超过50 m)，就进行混凝土回填施工，待该段混凝土完成后，进行上部钢管段的安装，再进行回填混凝土安装施工，依次类推完成整个斜井段的施工任务。

具体施工方案为上斜井段混凝土回填从2 950 m高程的中平洞开始，采用混凝土输送泵完成上斜井段下弯段和上斜井段下部混凝土回填(共完成约140 m)，当混凝土输送泵输送能力不能满足高度要求时，上斜井段混凝土入仓采用从压力管道高程3 223 m的上平洞进入，通过架设的两套Φ150混凝土溜管溜送入仓，完成整个上斜井段混凝土回填施工任务。

中斜井段施工布置与上斜井段基本相同。先采用混凝土输送泵从2 719.5 m高程的水平洞进入，完成中斜井段下部长约125 m范围内的回填混凝土施工，然后采用Φ150混凝土溜管从2 950 m高程的水平洞进入，完成剩余部分的中斜井混凝土回填施工，混凝土输送泵布置在压力管道2 719.5 m高程的水平洞。

下斜井段施工布置采用混凝土输送泵从2 632.6 m高程的下平洞进入，完成下斜段全部长约80 m范围内的回填混凝土施工。

2 斜井衬砌施工

压力管道斜井段衬砌施工工艺流程为:施工准备→钢管安装→混凝土回填→灌浆。

2.1 施工准备

斜井段衬砌施工的施工准备主要是施工定位测量工作，即先采用激光仪标定斜井段中心轴线，再配合放样仪来测量控制压力钢管安装施工用的轨道位置。考虑到斜井放线的特殊性，需在斜井水平洞内布设控制点，控制点由施工水平支洞洞外控制点导入。对斜井中心轴线、轨道位置线和导线点要定期进行检查、复测，确保测量控制精度和准确性。

2.2 钢管安装

斜井钢管安装施工如图3所示，斜井段水平洞的首端节钢管安装是控制斜井轴线和断面的关键。每个斜井压力钢管的安装都是从其下部的水平洞开始，先安装下部的水平洞的首端节钢管，再从下往上依次逐节进行钢管安装，直至该斜井的上部转弯处钢管节段与上部水平洞的首端节钢管相贯通。压力钢管每节段为5 m，在洞外由钢板拼接而成，再经过运输由施工水平支洞进入斜井段。进行钢管安装前先要进行轨道铺设，并架设卷扬机、电动葫芦、转向轮、工作台等设备，轨道铺设必须严格控制在设计位置，并做加固处理，这样才能准确控制好钢管安装后的轴线，达到安装质量要求。然后在钢管的安装，钢管连接安装采用手工焊对接工艺，焊缝质量检验由业主聘请第三方进行专业的质量检验与施工方自检相结合的方式，严格控制焊接质量。

2.3 混凝土回填

由于水平洞支洞内均有安装压力钢管所需要的轨道，混凝土罐车无法直接把混凝土运送至斜井上部井口，因此在水平支洞端头布置混凝土泵，混凝土拌和站完成混凝土搅拌后利用混凝土罐车运送至混凝土泵位置，混凝土泵输送混凝土进行回填施工。

进行斜井段下部混凝土施工时，采用混凝土输送泵通过泵管直接入仓的方式，施工结构如图4所示。施工时混凝土泵布置在弯段的下游侧，应尽量缩短泵送距离。进行斜井段上部混凝土施工时，利用混凝土泵把混凝土输送至斜井井口位置。在斜井井口弯段设受料斗，受料斗底部下接锥管直接插入下部的溜管内，通过溜管将混凝土溜送至浇筑仓内。由于斜井倾角很大，混凝土浇筑的工作面基本为水平面，入仓混凝土利用软轴振捣器完成振捣。

图3 斜井钢管安装施工示意

图4 斜井混凝土施工示意

混凝土溜管选择受混凝土入仓强度、混凝土下落高差、压力钢管安装运输和斜井断面尺寸及超欠挖等的限制。同时如果选择小孔径溜管，混凝土输送强度和溜管内空气补充率将大大降低，容易发生堵管现象。本压力管道斜井段，混凝土设计工程量为6.78 m3/m，混凝土落差控制在2 m以内，下落速度较快，对管路的磨损较大，因而工程溜管采用Φ150泵管，每个斜井段布置两套溜管。施工时可以同时使用，并且当一条溜管堵管之后，另一条溜管仍然可以继续进行。根据现场的施工条件，溜管布置在钢管运输轨道的外侧，距离轨道约20 cm，两侧对称布置。利用压力钢管安装运输台车运输溜管至安装部位。溜管管路的安装以不影响斜井压力钢管的运输安装为宜。

混凝土施工过程中的通讯采用对讲机进行沟通，在洞内下料处(混凝土输送泵处)布置2台(一台备用)、仓内布置2台(一台备用)，洞外按照正常施工需要配置通讯资源，将斜井仓内、受料斗(混凝土输送泵处)和拌和站协调统一起来，浇筑过程中以斜井仓内为指挥中心，混凝土输送系统坚决服从井内人员的指挥。

3 斜井段衬砌施工中技术改进

布仑口—公格尔水电站压力管道斜井段衬砌施工由于地处高海拔区且斜井坡度很陡、斜长很长，施工中遇到了很多困难，但通过多项技术改进，很好的解决了这些问题，主要体现在:

(1)斜井段回填混凝土施工中，陡倾角、长斜井采用不设置任何缓冲设施的溜管输送混凝土，混凝土质量成为关注的焦点。为保证混凝土质量，对混凝土拌和与运输环节，施工方试验室人员实时进行监控，并且试验人员要跟踪到仓号，根据实际情况及时调整配合比。

(2)混凝土回填施工时，混凝土振捣密实是保证混凝土质量的关键。但是斜井开挖断面的局部欠挖，压力钢管的加劲环，加固压力钢管和溜管的锚筋等都严重影响着混凝土振捣工作的顺利进行。在使用常态混凝土的斜井段，施工方加强责任管理，严格控制每一仓混凝土的振捣密实。在本引水斜井的上斜井段，成功采用了自密实混凝土的施工。自密实混凝土具有较好的流动性、充填性、窄间隙通过性和抗离析性，是依靠自身重力就能自动密实的混凝土，可以很好的解决上斜井段混凝土振捣的难题，提高了施工效率。

(3)斜井衬砌采用先将压力钢管安装一段，然后进行混凝土回填，钢管安装与回填混凝土交叉同步进行。斜井轴线和断面由首端节压力钢管安装来控制。施工进度和施工质量均满足要求。

(4)斜井段回填混凝土施工中，深长仓内人员交通问题比较突出，仓内因钢管安装完后局部空间尺寸不能满足人员上下的要求，施工人员沿轨道加固插筋上下存在较大的安全隐患。施工时利用了压力钢管加劲环，在钢管背面焊接爬梯，并在已安装钢管上口搭设环向平台，施工人员通过平台至钢管背部，沿施工爬梯进入混凝土浇筑仓内，顺利解决了狭小空间内施工人员移动的问题。