高海拔峡谷地区过高坝长鱼道快速施工技术研究

刘朝建 柘孝金 刘 惠

(水电九局西藏建设工程有限公司，西藏 拉萨 850000)

随着近年西藏地区基础设施及清洁能源建设加快，高海拔峡谷地区建设的水电工程逐渐增多，水电站鱼道作为鱼类洄游的主要通道，受水电站大坝坝高以及地形的影响，高海拔峡谷地区的鱼道往往具有池室坡度缓、线路长、盘折段多、环境气候条件恶劣、施工布置条件差等特点。大古水电站是国家支持西藏经济发展的重点项目，也是目前西藏在建最大水电站。水电站拥有目前世界海拔最高、落差最大的鱼道，也是在全国范围内首次大量采用预制装配技术的鱼道，鱼道在右岸边坡水平距离120m范围内盘折上升高度近40m。由于鱼道作为电站的附属建筑物，与电站主体标段还存在上下交叉作业及施工布置干扰大的问题。如何在施工场地布置有限、相邻标段施工干扰大的情况下合理布置施工设备以及优化施工方案，是确保高海拔峡谷地区过高坝鱼道快速、安全施工的关键，也是本文研究的重点。

1 工程概述

西藏大古水电站位于西藏自治区山南地区雅鲁藏布江干流藏木峡谷河段上，是雅鲁藏布江中游水电8级开发方案中的第2级，电站枢纽建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水发电系统、升压站及鱼道等组成。鱼道布置在大古水电站坝址右岸，鱼道总长3471.22m，为竖缝式鱼道。主要由4个鱼道进口、2个鱼道出口、总长度超过3km的鱼道池室以及观测房、启闭机房等组成。鱼道标准底坡约为2.76%，标准池室净长度2.05m，休息池净长度5m，标准运行水深0.5～1.5m，竖缝宽度0.3m，标准池室净深度2m，鱼道设计流速1.1～1.17m/s，鱼道主要过鱼季节和兼顾过鱼季节分别为3—7月和2月、8月。

大古水电站位于青藏高原气候区，基本特性为气温低、空气稀薄、大气干燥、太阳辐射异常强烈，蒸发量大，昼夜温差大，坡面冰冻。多年平均气温9.3℃，极端最高、最低气温分别为32.5℃和-16.6℃，多年平均降水量527.4mm，多年平均蒸发量为2084.1mm，多年平均相对湿度为51%，多年平均气压为685.5hPa，多年平均风速为1.6m/s，历年最大定时风速为19.0m/s，多年平均日照时数为2605.7h，历年最大冻土深度为19cm。大古水电站鱼道布置见图1。

图1 大古水电站右岸全鱼道三维效果布置图

2 工程重点难点分析及解决方案介绍

a.鱼道线路长，右岸河谷地形狭窄，与电站主体标段施工干扰大，总体施工布置条件差。

鱼道4个进口均位于厂房尾水渠及大坝中导墙部位，与大坝标消力池及坝前制浆站、厂房标尾水渠及尾水平台的施工干扰极大。鱼道盘折上升段边坡地形陡峭、大型钢管混凝土柱群布置集中，布置设备的位置可利用范围小。在施工设备布置时需统筹规划，对各段施工顺序合理安排，在满足施工需要的同时减小干扰、增大覆盖面积。

b.鱼道坝后直线段与厂房安装间、大坝右岸挡水坝段存在高边坡上下交叉作业，安全隐患大。

鱼道坝后直线段与下方大坝及厂房标段施工作业面最大垂直高度达到47.5m，与上方现场指挥部会议室最大高度达到21m。施工过程中高边坡上下交叉作业安全隐患突出，若无法解决上下交叉作业的安全隐患问题，则鱼道在施工过程中易受主体标段施工进度影响导致部分作业面停工。为此，需研制一套高边坡上下交叉作业安全防护体系，从根本上解决交叉作业带来的安全隐患问题，加快施工进度。

c.鱼道盘折上升段钢管混凝土柱群及预制梁吊装存在相互施工干扰，柱基础条带及钢管柱布置高度大、数量多，预制梁吊装高度大、冬季吊装施工难度大。

鱼道右岸边坡地形陡峭，大型钢管混凝土柱群布置集中，由于鱼道盘折段采取钢管混凝土柱群+上部预制装配池室的布置形式，条带基础垂直最大高度达56.96m。盘折段底部钢管混凝土柱群由114根直径1300mm的钢管混凝土柱组成，钢管混凝土柱群中平均柱高16.2m，其中最大柱高达30.6m。鱼道盘折上升段预制梁共258榀，根据进度计划，预制梁吊装高峰期均在冬季，边坡冬季结冰严重；另外，预制件吊装高度高，吊装临时固定困难，施工难度和安全隐患大。在施工过程中需做好盘折段大型钢管混凝土柱群及预制梁吊装的施工组织，通过设计方案优化及柱群、预制梁吊装的施工工艺改进等技术措施加快施工进度。

d.预制导/隔板与池室边墙采用插槽式连接，效率低，传统的导/隔板单块吊装方式占用起重设备时间长。

本项目全鱼道导/隔板均为预制件，根据设计图纸，鱼道池室线路总长3471.22m，其中布置导/隔板共计1339套。根据招标设计图纸，导/隔板与鱼道池室现浇段边墙、预制段边墙(预制梁)等均采用插槽式连接，由于数量众多，导/隔板插槽模板制作及后期吊装设备占用时间长，对施工进度极为不利。为此采取对预制导/隔板与池室边墙的连接方式进行改进创新，取消边墙部位插槽，降低施工难度；同时研发一种预制导/隔板安装移动装置，加快导/隔板安装施工进度。

3 施工设备布置调整

原投标阶段，考虑到鱼道盘折段为关键线路，在布置施工设备时仅在边坡盘折段布置2台M900塔机(一台移动式、一台固定式)，其余部位均布置50t履带吊进行施工。其中盘折段固定式塔机通过3次安拆、移动式塔机通过1次安拆实现对盘折段的全覆盖。另外，由于受相邻标段作业面移交滞后、施工作业面交叉干扰影响，鱼道各段开工时间较投标均有不同程度滞后，在实施过程中结合现场实际情况对鱼道原投标设备布置进行了调整。

3.1 鱼道盘折上升段

在施工过程中，结合现场边坡地形实际情况，为避免塔机与原始边坡相撞，将原布置的2台M900塔机调整布置为1台QTZ900固定式塔机和一台QTZ1200移动式塔机，并结合边坡实测地形，将塔机的高度由原投标阶段的65m调整至80m。并将原投标方案中固定式塔机安拆3次优化为安拆2次，移动式塔机拆除采用临时租赁大型汽车吊进行拆除。同时，考虑到移动式塔机无法再继续加高和受地形影响导致的吊重范围衰减，对于塔机吊装能力以外的预制梁后期采用预制一半、现浇一半的方式进行施工。

3.2 鱼道坝后直线段及坝前出口段

鱼道坝后直线段布置于电站右岸边坡3451m高程平台下方，受现场指挥部会议室以及大坝标高位水池影响，存在一段长度约50m的设备布置盲区。另外，坝前出口段与大坝标布置的右岸制浆站存在施工干扰，施工工期受上游围堰拆除时间制约影响，原投标方案在该部位布置的50t履带吊无法满足现场需求。为此，在鱼道坝后直线段布置一台C5013塔机，在坝前出口段布置一台C7015塔机，用于上述两部位的钢筋、模板等施工材料吊运。鱼道施工塔机布置见图2。

图2 鱼道施工塔机平面布置

3.3 其他部位

鱼道中导墙及尾水出口段受大坝标、厂房标已有建筑物及已布置的设备干扰，两部位池室高度高，在施工过程中主要优先选择机动灵活的汽车吊、50t履带吊作为主要施工设备。

4 鱼道结构优化布置

4.1 鱼道盘折段柱基础开挖优化及施工顺序优化

在施工过程中通过设计优化对柱基础开挖方案进行调整，将原柱基础开挖台阶全部优化，在设置长锚杆的基础上增加锚筋桩进行深层支护，以保证柱基础稳定。同时为减少边坡支护排架搭设工程量，边坡深层支护与条带基础混凝土浇筑同步进行，即支护一段、浇筑一段。另外根据移动式塔机安装的部位，以钢管柱群3387.5m高程为中心，将条带基础分部位施工，每个部位按照先低后高顺序进行钢管混凝土柱施工。

4.2 鱼道坝后直线段基础开挖优化

根据原招标图纸，鱼道坝后直线段需在右岸约70°的边坡上开挖齿槽，该部位与下方厂房标安装间、厂坝交通洞等存在交叉作业。若采用爆破开挖则对厂房土建及机组安装、大坝浇筑均会产生较大干扰。为此，在施工过程将原边坡齿槽全部取消，利用开挖边坡残留的马道基础增设边坡预应力锚杆、锚筋桩等进行深层支护，并对原开挖基础面以人工将喷射混凝土凿除。鱼道结构混凝土分为基础混凝土及池室混凝土两部分，下部基础按照岩壁梁的形式进行配筋，上部池室按照常规水槽进行配筋。鱼道坝后直线段基础优化及结构调整见图3。

图3 鱼道坝后直线段基础优化及结构调整示意图

4.3 鱼道尾水出口段结构型式优化

根据原招标图纸，鱼道尾水出口段由下部墩柱+上部池室的结构型式组成，但在施工过程中，厂房标尾水渠作业面移交时间较合同滞后5个月，造成该部位施工工期极为紧张。考虑到墩柱及上部池室高度均较高，为加快施工进度，通过设计优化，充分发挥钢管混凝土柱+装配式预制梁的快速施工优势，将墩柱调整为钢管混凝土柱+外包混凝土的施工形式，即在施工过程中先施工钢管混凝土柱，待钢管柱到顶后进行上部池室和墩柱外包混凝土施工。另外，为节约池室跨墩柱时的施工时间，上部池室采取预制+现浇的方式施工，即池室边墙底部采用预制梁跨越墩柱，然后采用免拆钢模板作为池室底板模板，待底板浇筑完成后再进行预制梁上部池室边墙施工。鱼道尾水出口段结构型式调整前后对比见图4。

图4 鱼道尾水出口段结构型式调整示意

4.4 预制导/隔板与池室边墙连接形式优化

前期导/隔板安装与池室边墙均采用插槽式连接，由于导隔板数量众多，预留槽模板安装及加固较为困难。为加快施工进度，通过设计优化，将预制导/隔板与池室边墙连接形式由插槽式调整为埋件焊接的方式。将原池室预制梁边墙部位的凹槽取消，保留底板插槽，在边墙导/隔板位置竖向埋设扁钢作为后期在导/隔板安装时的边墙固定件。鱼道现浇段导/隔板固定方式调整见图5。

5 长鱼道过高坝快速施工关键技术

5.1 大型钢管混凝土柱群快速施工技术

根据鱼道施工进度计划，鱼道右岸边坡盘折上升段为整个鱼道的关键线路，受边坡地形影响，该部位采取在鱼道盘折上升段底部设置大型钢管混凝土柱群+上部预制装配池室的结构布置。由于条带基础及钢管混凝土柱群高度均较高，空间上布置密集，施工难度大。

a.钢管安装快速施工技术。将每节钢管柱标准长度由原投标阶段的3m一节调整为6m一节，钢管柱坡口、内衬管等均在生产钢管时一并加工，现场直接简单打磨即可施焊，可加快施工进度。

b.钢管高空安装精确对中、调平技术。在施工过程中对钢管柱安装的方式进行创新，通过在钢管柱四周设置调节螺杆代替千斤顶顶升进行对接精确调平。并通过增设钢管柱垂直校准对中设备，利用垂直激光发射器+中部对中器+钢管柱管口顶部型钢对中架进行垂直度校正。

c.承台浇筑快速施工技术。在钢管柱承台下方埋设工字钢作为支撑平台，并在上部搭设满堂脚手架进行顶部承台混凝土浇筑，承台底部模板采用不拆除的定型钢模板进行施工。型钢模板设计时将中部钢管圆环预留，厂家统一加工生产，模板运至现场后仅需人工组装即可。

5.2 鱼道预制梁吊装施工关键技术

根据设计图纸，鱼道盘折上升段预制梁共258榀，吊装工期共2.5个月，平均每天吊装强度为3.4榀。由于鱼道装配式预制梁为L形，受梁重心影响，在施工过程中若采用钢丝绳绕圈吊装，预制梁就位时间长，施工效率低。另外，由于预制梁规格数量众多，在吊装前需从各环节做好吊装准备，以加快吊装进度。

图5 鱼道现浇段导/隔板固定方式调整示意图

a.预制梁吊装准备。鱼道预制梁规格数量众多，非标准段长预制梁占总预制梁数量的62.8%，且每一榀非标准段长的预制梁长度均不一致，若规划不合理，将在吊装过程中存在 “找梁”的情况。为加快预制梁吊装施工进度，预制梁吊装选择白天高温时段，柱群其他施工所需的材料选择低温时段进行吊运。另外，在预制梁制作时充分做好预制梁堆放场分区规划，将标准段长的预制梁分左、右放置在同一区域，在堆放时中部设置吊装通道，所有预制梁均做好编号、龄期等标记。同时在吊装前做好吊装天气预报，并对吊运钢丝绳、护脚钢垫板等进行检查，满足吊装条件后再进行吊装。

b.预制梁吊装、固定技术。受L形梁重心影响，在施工过程中若采用钢丝绳绕圈吊装，预制梁就位时间长。为此，预制件制作时在预制梁顶部牛腿以下部位梁长1/3处设置有φ120吊装孔，吊装时在孔内穿φ110钢棒，钢丝绳通过钢棒两头的插销固定，确保了起吊后的预制梁基本垂直。同时，在预制梁吊装就位后将支座部位预埋的底部钢垫板与预制梁端部的钢垫板临时焊接，在池室的两榀梁吊装就位后利用吊装孔安装对撑杆，将预制梁相互锁紧，在梁底板浇筑完成后对支座部位的垫板焊接点采用砂轮机割除，并拆除吊装孔部位的对撑杆。

5.3 鱼道过高坝深槽薄壁隔墙施工及预制导/隔板安装关键技术

由于鱼道池室为盘折结构，在中导墙段、尾水出口段、尾水边墙段、坝前出口段等部位相邻池室间均设置40cm厚的薄壁隔墙，其中鱼道中导墙段池室最大深度达到22m，薄壁隔墙最大高度达到17.8m，施工过程中高薄壁隔墙浇筑易产生变形。另外，鱼道预制导/隔板数量多，由于池室高度大，在安装时采用传统的安装方式占用的吊装设备时间长，施工效率低。

a.深槽薄壁隔墙模板安装加固技术。根据设计图纸，鱼道池室净宽度仅2m，空间狭窄，只能采用木模板进行施工，由于模板安装工作量大，采用传统的木模施工工艺存在施工效率低、进度慢等问题。为加快施工进度，在施工过程中对木模板背楞进行改进，将传统的木方背楞更改为方钢背楞，并焊接形成整体，木模板采用自攻螺丝固定在方钢背架上。方钢背楞加工时，为减小单块重量，模板采用多种型号，施工过程中根据起重设备吊装能力灵活进行不同型号间的模板组合，实现模板的快速安装、拆除。墙体中部拉筋采用爬锥螺栓的形式进行加固，减少拉筋焊接量，加快施工进度。模板加固示意图及实物见图6。

图6 模板加固示意图及实物

b.预制导/隔板安装。鱼道导/隔板最大高度为4.35m，单块重量为2.4t，由于导/隔板数量较多，在施工过程中导/隔板需逐块吊装，占用起重设备时间长，施工效率较低。为此，采取在鱼道池室顶部布置一台可自由移动的导/隔板安装台车，首先利用起重设备集中将导/隔板全部吊入需安装的池室内堆放，然后利用安装台车将所需要安装的导/隔板逐块吊运至指定安装部位，减少设备占用时间，提高导/隔板安装施工效率。导/隔板安装移动台车示意图及现场情况见图7。

图7 导/隔板安装移动台车示意图及现场情况

5.4 低温季节混凝土浇筑保温关键技术

根据进度计划，鱼道低温季节施工的部位主要为池室隔墙、边墙、底板等部位，由于本工程位于高海拔地区，低温季节气候具有大风、干燥、环境温度低的特点，在低温季节施工过程中需严格做好各项保温措施。

低温季节混凝土浇筑保温措施主要是采用蓄热法施工。针对鱼道浇筑仓小体积的特点，采取在浇筑仓搭设暖棚的方式进行施工，即采用脚手架管搭设暖棚骨架，内部放置暖风机，外部采用三防布/刀刮布进行包裹，模板外侧同时粘贴3cm橡塑海绵进行保温。混凝土浇筑选择白天高温时段进行，采用泵送混凝土从暖棚顶部下料，浇筑完成后采用塑料薄膜+3cm橡塑海绵进行覆盖保温。

5.5 过高坝长鱼道安全施工关键技术

受工程结构布置影响，鱼道施工面临高处作业、交叉作业、超重件吊装作业、冬季吊装施工以及高海拔缺氧等多项安全问题。在施工过程中通过技术管理措施对过高坝长鱼道进行安全管理，确保长鱼道施工安全、快速。

a.安全隔离技术措施。对于鱼道与其他标段高空交叉作业的部位，采用被动防护网+柔性材料防护的双重安全隔离措施。被动防护网内侧柔性材料防护层由木模板、橡塑海绵组成，在底部设置竹跳板防护层对孔洞封闭。并在木模板外侧设置脚手架管网，通过水平横杆与内侧边坡锚杆进行连接。另外在高边坡施工区域两端固定钢丝绳，作业期间用于悬挂安全带、安全绳，供人员来回无障碍移动。针对钢管混凝土柱群则采取圆盘式脚手架围绕钢管柱四周进行搭设，脚手架底部、中部、上部四周紧贴钢管柱增设横杆。

b.吊装作业安全技术措施。专职安全员负责日常安全监督管理，在吊装前对起重机械、钢丝绳等吊具进行检查，严格按照起重机安全操作规程作业，确保起重设备使用的合规、合法性，保证其运行安全。每月定期对所有起重设备进行全面的检查，同时安装吊装防碰撞系统、夜间警示系统(灯带)和监控值守系统，专人指挥吊装作业，实现全面的吊装安全管理。

6 技术经济分析

通过对高海拔峡谷地区过高坝长鱼道快速施工技术研究，对原投标阶段的设备布置和施工技术方案进行优化，优化前后技术经济分析对比见表1。

表1 高海拔峡谷地区过高坝长鱼道施工方案优化前后投资对比

由表1可以看出，高海拔峡谷地区过高坝长鱼道快速施工技术，虽在结构优化以及快速施工措施上投资费用有所增加，但是由于主体完工工期提前，节约了标段的项目管理成本，总体投资较原投标阶段节约了3676-3528=148万元。

7 结 语

高海拔峡谷地区过高坝鱼道具有池室坡度缓、线路长、盘折段多、环境气候条件恶劣的特点，在目前水电行业内暂无可借鉴的类似工程施工经验。通过对施工设备合理布置、优化施工顺序、优化设计结构、创新施工工艺及制定各项安全防护措施，减少了鱼道与电站相邻标段的施工干扰，实现了高海拔峡谷地区过高坝鱼道快速、安全施工，可为后续类似工程提供经验。