高原缺氧地区水电站厂房快速施工技术研究

王玉利

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

西藏是我国水力资源最富集的省区，但由于特殊的地理位置和气候条件，西藏水电开发程度相对滞后，随着西部大开发战略的实施，西藏水电迎来空前发展机遇，解决高原缺氧地区水电站快速施工技术难题，对加快西藏水电开发具有重大意义。本项目依托西藏藏木水电站厂房土建及金属结构安装工程施工，对高原缺氧地区电站厂房快速施工技术进行研究，探索在高原缺氧地区电站厂房快速施工的技术要点，保证在施工条件差、任务重的前提下，能够顺利完成厂房土建及金属结构安装工程的所有节点工期。借此，通过本项目的成果，可为高原地区以后承建类似电站的建设起到借鉴的意义，从而发挥技术成果的经济和社会效益。

1 概 述

藏木水电站位于西藏自治区山南地区加查县境内，为二等大(2)型工程，开发任务为发电，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。坝后式厂房内安装6台85 MW发电机组，总装机容量510 MW。藏木水电站工程规模大，地处海拔高，冬期长，昼夜温差大，空气稀薄，施工环境恶劣。依托藏木水电站厂房土建及金属结构安装工程施工，通过基坑爆破开挖方式和混凝土温控措施两方面对电站厂房快速施工技术进行研究，探索在西藏高原、缺氧地区进行电站厂房基坑开挖与混凝土快速施工的技术要点，确保快速优质高效完成藏木水电站施工，为以后类似高原地区水电站建设提供可以借鉴的成果。

2 重点、难点分析

为快速、高质完成工程建设，根据工程建设程序及实际气候条件分析，基坑爆破开挖和混凝土温控措施控制是藏木水电站厂房土建及金属结构安装工程施工需要解决的重点和难点。

3 研究过程情况

3.1 基坑爆破开挖研究

本课题2011年主要研究项目为藏木水电站高原缺氧地区基坑开挖爆破方式研究，根据开挖强度，对爆破方案进行试验研究，制定合理的开挖施工组织设计。在藏木水电站基坑开挖中先后进行了梯段爆破试验、预裂爆破试验、保护层开挖水平预裂爆破试验、保护层开挖垂直孔加柔性垫层爆破试验,对基坑开挖爆破参数不断进行优化,加快了基坑开挖施工进度[1]。

厂房标二期基坑梯段爆破共进行了4组试验,得出梯段爆破优化参数:梯段高度10～12 m；孔距4 m；排距3 m；单耗0.45 kg/m3；堵塞长度2～2.5 m；该爆破参数下爆后效果良好，其爆后大块较少且块径均匀，适合挖装机械出渣施工，有效提高机械施工效率。

厂房标二期基坑预裂爆破共进行了4组试验, 得出预裂爆破优化参数：孔径105 mm；不耦合系数3；孔距1 m；线装药密度400 g/m；该爆破参数下残留炮孔痕迹均匀分布，残留炮孔半孔率均达到85%以上，且相邻两残留炮孔间不平整度均小于15 cm，且预裂孔距1 m能有效加快预裂孔钻孔施工进度,降低施工成本。

厂房标二期基坑保护层爆破共进行了4组试验,水平预裂爆破进行了1组试验；垂直孔加柔性垫层爆破进行3组试验；水平预裂爆破优化参数为：孔径105 mm；不耦合系数3；孔距1 m；线装药密度400 g/m；水平预裂主爆区参数为：孔距2 m；排距1.5 m；单耗0.45 kg/m3；垂直孔加柔性垫层爆破试验优化参数为：孔距1 m；排距0.9 m；单耗0.45 kg/m3；超钻10 mm；柔性垫层厚度10～12 cm。

保护层爆破试验爆后均未对建基面岩体产生明显的爆破裂隙，未损害岩体的完整性。其中设水平预裂爆后建基面平整度较好，最大超挖为20 cm，最大欠挖为10 cm，完全满足开挖超欠挖设计指标要求。设柔性垫层的小梯段爆破爆后最大超挖为20 cm，最大欠挖为15 cm，基本满足设计超欠挖指标要求。施工中具备较好水平预裂施工条件的部位,按保护层水平预裂方案开挖；其他保护层开挖采用垂直孔加柔性垫层爆破方法施工,降低施工难度,加快保护层开挖施工进度。

3.2 混凝土温控措施控制研究

2012年，藏木水电站已全面进入混凝土施工阶段，针对西藏地区海拔高、昼夜温差大、气候干燥、冬季寒冷、夏季高温等气候特点，为防止或减少混凝土温度裂缝产生，提高施工质量，本项目研究采用了冬季用预热混凝土拌合物和混凝土外保温法进行保温施工(蓄热法及综合蓄热法)；夏季用预冷混凝土拌合物、混凝土通水冷却和混凝土外保温法等措施，减少混凝土的水化热，降低内外温差，从而达到防止或减少混凝土温度裂缝的发生。成功解决了在西藏高原恶劣气候条件下对混凝土浇筑限制的难题，其主要措施如下：

3.2.1 优化配合比及控制混凝土出机口温度

1)优化配合比。针对西藏气候特点，为满足高寒地区冬季施工中混凝土的性能指标，对混凝土的原材料、配合比进行优选，采用较低的水胶比、掺优质粉煤灰，缓凝高效减水剂和引气剂、合理控制混凝土的含气量及其气泡的间距，从而达到有效降低混凝土温升、提高混凝土抗裂性能和耐久性能的目的。优化后的混凝土配合比如表1。

2)控制出机口温度。

冬季：混凝土拌制中进行加热水、预热骨料拌合，保证了出机口温度不低于10℃；

预热骨料工艺：采用“真空电加热水预热系统” 通过热水循环泵将温度为60℃热水输送至高效空气加热器。空气加热器将冷空气加热后，对骨料进行预热。加热器的回水温度为35℃，回水返回真空电热水机组。如此连续循环，实现骨料的持续加热和保温。

预热骨料配套综合措施：①对骨料储罐采取保温措施，使其保持在最冷月的日平均气温以上，不致冻仓。骨料罐采用40 cm厚钢筋混凝土，能有效保温。②在拌合楼上设附壁式热风机，给大石、中石、小石加热。在拌和楼砂仓内设置加热盘管。

热水拌合：水温不大于60℃。

夏季：混凝土拌制中进行加制冷水或冰、预冷骨料拌合，保证了出机口温度满足设计要求。

预冷工艺：(楼上)二次风冷骨料+加冰+冷冻水拌合。

表1 优化后混凝土配合比表

3.2.2 混凝土保温运输

无论冬季或夏季，为确保混凝土入仓温度满足设计要求，混凝土水平运输及垂直运输均采取保温措施。即混凝土运输车辆及吊罐周边采用保温卷材、苯板或其他保温材料包裹，并在运输混凝土之前采用热水将车厢、罐体内冰块清除干净，控制混凝土温度回升或降温小于1℃[2-3]。

3.2.3 低温季节混凝土现场浇筑温控措施

在坝址区气温不低于零度的低温期初期和末期，采用蓄热法施工，模板采用外嵌5cm聚氯乙烯泡沫板的保温模板，混凝土顶面用保温被或聚氯乙烯卷材覆盖保温，以充分利用混凝土自身的水化热供给，使混凝土缓慢冷却，在受冻前达到规范所要求的混凝土强度；当日平均气温在0℃以下时采用“综合蓄热法”新工艺进行施工。

“综合蓄热法”包括对模板周边部位采用搭设简易保温篷升温及仓号中间部位采用电热毯升温，仓面清洗采用高压风枪，避免用水冲洗。

3.2.4 高温季节混凝土现场浇筑温控措施

1)混凝土浇筑过程中每一层浇筑完毕在上一层覆盖前，采用覆盖保温被或3 cm厚、导温系数≤0.158 kJ/m·h·℃保温卷材，以减少混凝土的温度倒灌。

2)当浇筑仓内气温高于23℃时，进行仓面喷雾，以降低仓面环境温度，雾滴直径40～80 μm。

3)混凝土仓内布置冷却水管进行通水冷却，以降低混凝土内部温度。

厂房混凝土分层厚度≤1.65 m时，水管水平间距为1.5 m，布置一层；当1.65 m<层厚≤2 m时，水管水平间距按1.25 m，布置一层；当2 m<层厚≤3 m时，水管水平间距按1.5 m，布置2层。单根循环水管长度不大于300 m，管内径28 mm，导热系数≥1 620 J/m·h·℃。

3.2.5 混凝土养护

高温季节流水或蓄水养护。在日平均气温为0℃～5℃时，采用蓄热法养护(覆盖一层或双层聚乙烯泡沫保温卷材)；在日平均气温为-5℃～-20℃时，采用工程电热毯升温。混凝土养护时间不少于28 d，且拆模前，混凝土必须达到允许受冻临界强度。

气温骤降期间暂停湿养护，对龄期未满28 d的混凝土采用导热系数β≤0.158 kJ/m·h·℃、5 cm厚聚苯乙保温卷材进行全面保护，并对棱角部位采取加强措施。

3.2.6 永久外露面表面保护措施

对于上下游面、墩墙外壁等永久暴露面，施工期保温采用外挂保温方式。

11月～次年3月上旬(冬季)浇筑的混凝土，采用外挂保温方法保温，即待模板拆除后，立即在外露面粘贴3 cm厚聚苯乙烯保温材料进行保温，并应适当推迟拆模时间，气温骤降期间不允许拆模。对间歇期较长的部位，表面增设防裂钢筋。3月中旬～10月浇筑的混凝土，入冬前(10月底)永久外露面粘贴3 cm厚聚苯乙烯保温板，临时外露面粘贴3 cm厚保温卷材封闭保温。

3.2.7 混凝土侧面及上表面临时保护

上表面保护在浇筑收面后采用土工膜覆盖,或覆盖保温被保温。侧面保护利用大模板的爬升锥孔或遗留的拉筋头作为固定点张挂保温材料，再用铅丝、木板、钢筋等加以固定，保温层之间搭接严密。若采用聚氯乙稀卷材，则全部横向固定。

对于保温过冬的混凝土在每年10月底完成所有部位混凝土表面保温工作。 当年11月～次年3月上旬浇筑的混凝土，混凝土浇筑完毕，其上表面及侧面立即覆盖保温材料，直至上层混凝土开始浇筑前方可揭开[4]。

4 结 语

高原缺氧地区水电站厂房快速施工技术研究，通过基坑爆破开挖方式研究爆破试验确定了合理选择的爆破开挖参数，既加快了爆破钻孔施工速度，爆渣块度合理方便出渣，提高机械施工效率，加快基坑开挖施工进度，又有效保证了基坑开挖施工质量；通过混凝土温控措施研究，遵循“早保温、小温差、早冷却、慢冷却”的原则，通过在冬季采用预热混凝土拌合物和混凝土外保温法进行保温施工(蓄热法及综合蓄热法)；夏季采用预冷混凝土拌合物、混凝土通水冷却和混凝土外保温等措施，成功解决了西藏高原特殊气候条件对混凝土浇筑的限制，不仅加快了工程建设速度，也确保了施工质量。本项技术研究成功解决了西藏高原海拔高、昼夜温差大、气候干燥、夏季高温、冬季寒冷、空气稀薄地区电站厂房快速施工技术难题，对加快西藏水电工程建设施工具有重大意义，具有突出的经济和社会效益。