金桥水电站调压井及压力管道竖井优化探讨

蔡 瞳，王长生，郑爱军

(西藏开投金桥水电开发有限公司，西藏嘉黎852400)

1 工程概况

金桥水电站是易贡藏布干流上规划的第5个梯级电站，是西藏自治区“十二五”能源发展规划重点项目，也是西藏自治区“十三五”的能源接续项目，位于西藏自治区那曲地区嘉黎县境内。电站属Ⅲ等中型工程，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。工程的主要任务是在满足生态保护要求的前提下发电，并促进地方经济社会发展。工程枢纽主要建筑物由左岸堆石混凝土坝、泄洪冲沙闸、排漂闸、右岸岸边式电站进水口，引水发电隧洞、调压井、压力管道、地下发电厂房及开关站等建筑物成。首部枢纽建筑物最大坝高26 m，电站总装机容量66 MW(3×22 MW)，多年平均年发电量3.57亿kW·h，保证出力6 MW，年利用小时5 407 h。调压井和压力管道竖井位于厂房上游约120 m。

2 调压井设计方案优化

2.1 调压井整体布置优化

根据引水发电系统的总体布置，按照NB/T35021—2014《水电站调压室设计规范》中有关调压室的设置条件，金桥水电站上游调压室可采用的方案主要有气垫式调压室、阻抗式调压室两种。

2.1.1 气垫式调压室方案

气垫式调压室可布置于厂房上游约120 m处，设计尺寸为80 m×11 m×15.5 m(长×宽×高)，阻抗孔直径D=2.5 m。气室内采用钢筋混凝土+钢板的设计，钢筋混凝土厚度为120 cm。气室边墙、顶拱及端墙布置平衡混凝土内、外压力的系统平压孔。气垫式调压室布置详见图1。

图1 气垫式调压室布置

图2 阻抗式调压井布置(单位:m)

2.1.2 阻抗式调压井方案

阻抗式调压井布置于厂房上游约141 m处，调压井轴线与压力管道竖井轴线为同一轴线。调压井自上而下分为3部分：上部穹顶和大井，高47.4 m，大井开挖直径14 m；小井高68.23 m，开挖直径4.9 m；阻抗孔高17.6 m，开挖直径3.65 m。阻抗孔下接压力管道竖井，压力管道竖井高66.47 m，开挖直径5.2 m。阻抗式调压井布置详见图2。

2.1.3 方案对比

气垫式调压室方案的优点是施工通道较为便利，缺点是后期运行及检修等工作繁琐，设备费用及运行管理维护成本高；阻抗式调压井优点是土建投资可节省约3 900万元，且后期运行管理简单、费用低，缺点是上调压井道路难度较大。从施工、投资、运行等多方面综合考虑，最终确定采用阻抗式调压井方案。

2.2 调压井衬砌结构优化

受多种因素影响，导致调压井进度滞后；虽然对调压井开挖施工方案进行了优化，节省了工期，但与发电目标仍有一定的差距。鉴于此，对调压井衬砌方式进行了优化。

调压井原衬砌结构均为常规的钢筋混凝土结构，施工过程中钢筋制安、模板支立、模板拆除等工序较为繁琐，备仓耗时较长。鉴于此，为缩短工序用时，调压井下部的阻抗孔、小井衬砌调整优化为Q235钢衬(钢衬厚度16 mm)，混凝土调整优化为C25素混凝土；上部大井衬砌结构不变。

调整优化后，调压井小井、阻抗孔衬砌备仓节省了钢筋制安、模板支立、模板拆除工序，衬砌施工进度显著提升。

3 施工方案优化

3.1 开挖施工方案优化

阻抗式调压井和压力管道竖井位于同一轴线，原开挖施工方案为：调压井施工道路修建→调压井通气洞施工→调压井穹顶开挖支护→在调压井穹顶开挖支护完成后形成的3 438.5 m平台布置反井钻机→先导孔施工(调压井3 428.5 m平台至压力管道下平段)→反井钻φ1.4 m导井施工(压力管道下平段至调压井3 428.5 m平台)→从调压井上部平台3 428.5 m平台自上而下扩挖至压力管道下平段(竖井底部)。调压井及压力管道竖井剖面示意详见图3。

图3 调压井及压力管道竖井剖面示意(单位:m)

3.2 总体开挖施工方案优化

在调压井施工过程中，受围岩破碎、设备故障、地方火工材料管制等多种因素影响，在导井施工完成时，调压井整体工期滞后较为严重。为加快调压井施工进度、保证发电目标工期，需对施工方案进行调整优化。经过参建各方多次讨论，确定以压力管道上平段为分界高程，将调压井和压力管道竖井分为两个作业面同时进行施工：其上部的调压井大井、调压井小井、调压井阻抗孔扩挖，由调压井3 428.5 m高程平台自上而下进行施工；其下部的压力管道竖井，由压力管道上平段底板自上而下逐步进行扩挖施工；上部、下部作业面均用反导井作为溜渣通道，上部作业面从压力管道上平段出渣，下部作业面从压力管道下平段出渣。总体思路确定后，对具体的扩挖方案进行了分析、对比。

3.2.1调压井、压力管道上、下分作业面开挖施工方案一

方案一是在压力管道上平段与调压井阻抗孔、压力管道竖井交接处布置防护盖，以防护盖为分界，将调压井和压力管道竖井分为上、下两个独立的作业面，完全避免了上、下作业面之间的干扰，可24 h 同时施工，具体如下：

(1)在压力管道上平段底板(3 325.0 m高程)与导井相交部位布置防护盖，防护盖结构：采用20b工字钢将导井井口覆盖，然后在工字钢上方浇筑35 cm厚C20混凝土。考虑到防护盖对下方岩塞的压力较大，为保证防护盖稳固，防护盖直径放大为3.45 m。

(2)在压力管道上平段左侧布置一条弧形施工导洞，导洞大小为1.5 m×1.8 m(宽×高)，导洞长16.77 m，其平面半径为14.33 m。为保证防护盖岩塞厚度、确保防护盖有足够的支撑力，导洞采取26.57°向下坡度，其末端与导井相交于3 320 m高程，顶部与防护盖之间岩塞厚度为5 m。导洞布置见图4、5。

图4 导洞平面布置示意(单位:m)

图5 导洞剖面布置示意(单位:m)

(3)导洞上方调压井按照设计体形进行扩挖、支护，材料主要通过调压井顶部的天锚+卷扬机系统进行运输，开挖至调压井阻抗孔底部时，材料可以从压力管道上平段运输。导洞下方按照设计体型进行扩挖、支护。材料主要从导洞运输，开挖至引水竖井底部时，材料可以从底部运输。

(4)上、下作业面开挖完成后，最后进行剩余的阻抗孔开挖。

3.2.2调压井、压力管道分上、下分作业面开挖施工方案二

方案二是在调压井扩挖作业面的导孔上进行防护。制作一个直径3 m的防护盖，防护盖采用20b工字钢和1 cm厚钢板焊接而成，布置在调压井扩挖作业面导孔上方。

在调压井作业面进行钻孔、装药、支护等工序时，防护盖盖上，上方的调压井作业面和下方的压力管道竖井作业面可同时进行施工；只有在调压井进行爆破、出渣作业时，防护盖打开，下方的压力管道竖井作业面暂停施工。

3.2.3调压井、压力管道分上、下分作业面开挖施工方案对比分析

方案一的优点在于上、下作业面完全不会产生干扰，可24 h同时作业，同时施工安全更有保障；缺点在于需开挖导洞，措施投入相对稍大。

方案二优点在于措施投入相对较小，缺点在于上、下作业面仍存在一定的干扰，不利于进一步缩短工期。

为确保施工安全，更快的进行扩挖施工，经综合对比，采用方案一进行施工。

3.3 调压井扩挖方案对比选择

调压井、压力管道上、下分作业面施工方案确定后，针对上部作业面的调压井扩挖方案进行了分析、选择。

调压井穹顶开挖完成后，上部作业面调压井扩挖包括：直径14 m、高39.4 m大井扩挖，直径4.9 m、高68.23 m小井扩挖。调压井扩挖方案有两种：

(1)调压井扩挖方案A。自上而下逐步施工，大井扩挖、支护一次性成形，然后再进行小井扩挖支护。其优点在于自上而下一次性扩挖成形，支护可紧跟开挖作业面，进行爆破钻孔时可同时进行锚喷支护的锚杆孔施工，缩短支护工序时间，且施工安全更有保障。缺点在于大井面积较大，为避免反导井溜渣发生堵塞，须加密爆破孔布置，钻孔量相对较大。

(2)调压井扩挖方案B。首先自上而下进行大井、小井扩挖，扩挖直径均为4.9 m；然后再返回上部进行调压井大井二次扩挖，二次扩挖至设计体型；扩挖完成后进行支护。其优点在于大井分为两次扩挖，二次扩挖时溜渣井断面较大，不存在堵塞情况，爆破孔间排距布置可相对放大。缺点在于一次开挖完成后不可及时进行完整的锚喷支护体系施工，施工安全存在一定隐患。

在施工过程中，施工安全必须放在首位，通过增加钻爆人员和设备投入缩短工序用时、确保工期，综合对比方案A更为可行。

4 结 语

西藏水电站建设与我国其他省份相比处于起步较晚的状态，但近年发展迅速，处于水电建设上升期。在水电站建设过程中，往往会由于各种不可预测的因素造成工期滞后，作为水电建设者，我们需要把以往水电站建设积累的经验与藏区特殊的地形地质条件、特有的人文环境等相结合，因地制宜，制定合理的设计方案和施工方案，才能保证水电站建设工期目标顺利实现。金桥水电站调压井设计方案和施工方案的调整优化，对藏区水电站建设具有较强的借鉴意义。