斐濟水電站小斷面豎井施工技術

1、斐濟水電站小斷面豎井施工技術【摘要】斐濟南德瑞瓦圖水電站工程引水系統(tǒng)調壓井 高約90m，內(nèi)徑2.5m (開挖直徑3.3m),采用混凝土襯砌。 本工程在施工過程中針對工程特點，對開挖及支護、混凝土 襯砌施工分別采用了礦用鑿井井架和倒吊滑模系統(tǒng)等施工 技術，并取得了成功。本文詳細介紹了該工程的施工方法， 為類似工程施工積累了成功經(jīng)驗并提供借鑒。【關鍵詞】調壓井 ，鑿井井架， 滑模【 abstract 】 Fiji south german-swiss tile figure hydropower station water system about 90 m high surge, diamete

2、r 2.5 m (excavation diameter 3.3 m), the concrete lining. This project in construction process based on engineering characteristics of the excavation and supporting, concrete lining construction are used for the mine well and pour derrick cut crane sliding mode construction technology system, etc, a

3、nd have achieved success. This paper introduces the method of construction of the project, for similar project construction accumulated the successful experience and reference.【 key words 】 surge tank, cut well mast, sliding mode中圖分類號： TU74 文獻標識碼： A 文章編號：1 工程概況南德瑞瓦圖 ( Nadarivatu )水電站工程位于斐濟 Viti Levu

4、 島中南部， 工程的主要作用是攔河蓄水發(fā)電。 工程主要包括： 攔河壩、引水系統(tǒng)、電站廠房、 132KV 開關站和輸變電線路 系統(tǒng)等。工程壩址位于 Qaliwana 和 Nukunuku 河流匯流處， 工程以上控制流域面積 92.7km2 。擋水建筑物為混凝土重力 壩，最大壩高41.5m，壩頂長度87.84m ,活庫容1,000,000m3, 最大庫容2,000,000m3。引水系統(tǒng)的引水流量15m3/s，廠房位于 Ba 河上，總裝機 44MW ，裝機兩臺 5 噴嘴垂直沖擊式 水輪發(fā)電機組，每臺 22MW 。引水系統(tǒng)包括進水塔、引水隧洞、調壓井、壓力管道和 岔管等主要建筑物，引水流量為15 m3

5、/s。引水隧洞總長約1936m，走向為NE77.02 °，底坡0.987%，橫斷面選用馬蹄 形斷面。引水隧洞出口接壓力管道，管道總長約1450m，管徑為2.25m。調壓井位于引水隧洞出口上游約140m處，采用阻抗式調壓井，調壓井高約90m,井身為圓形斷面，內(nèi)徑2.5m。調壓井開挖直徑 3.3m，采用噴混凝土作為初期支護， 永久結構采用混凝土襯砌。調壓井通過水平連接洞與引水隧 洞相連。2 施工方案確立引水隧洞調壓井開挖直徑僅為 3.3m,斷面較小，施工作 業(yè)面狹窄，且地質條件差，以川、W類圍巖為主，巖體破碎， 成井條件差。國際工程對施工安全有著較國內(nèi)更為嚴格的要 求，其所采用的施工規(guī)范

6、均為較為先進的歐美規(guī)范（ASTM 、EM、BS等國際規(guī)范系列）。結合本工程特點并針對其所采 用規(guī)范的要求，通過對技術可行性、安全性及經(jīng)濟性等因素 的綜合分析比較，本工程制定了完善可行且安全性高的施工 方案。2.1 開挖施工方案 調壓井開挖施工對正井鉆爆施工和反井鉆機施工進行了比選。正井鉆爆法施工相對傳統(tǒng)、工作效率較低，本工程 調壓井施工受作業(yè)面狹窄等條件限制，只能采用人工出渣； 反井鉆機施工需從國內(nèi)海運專用設備，成本較高，另外反井 施工需下部引水隧洞提供作業(yè)面，開工日期需視隧洞施工進 度情況確定，且底部出渣施工干擾較大。經(jīng)過對多種因素的 綜合分析比較，確定采用正井鉆爆的施工方法，為提高施工 安

7、全性并彌補施工效率低的缺點，在施工中引入了在國內(nèi)礦 井施工中廣泛應用且技術較為成熟的鑿井井架系統(tǒng)。2.2 混凝土襯砌施工方案 調壓井混凝土襯砌施工采用施工效率高、質量好的滑模施工工藝。但調壓井開挖直徑僅為3.3m，斷面小，施工作業(yè)面狹窄，不具備多工序平行作業(yè)條件，無法采用常規(guī)滑模系統(tǒng)鋼筋安裝與混凝土澆筑平行施工工藝。為此，施工中對傳 統(tǒng)的滑模施工工藝進行了優(yōu)化調整，以適應本工程的施工條 件。具體作法為：采用鋼筋與混凝土澆筑順序施工的方案， 即首先一次性完成滑模施工部分混凝土結構的所有鋼筋安 裝，然后安裝滑模系統(tǒng)，進行襯砌混凝土澆筑。由于滑模系 統(tǒng)的安裝在鋼筋安裝完成后進行，導致滑模的爬竿不能采

8、用 常見的預埋形式布置，為解決該問題，采用倒吊支模法，將 爬升系統(tǒng)的液壓千斤頂布置于調壓井井口，采用鋼管垂直連 接下部的滑模，將常見的“爬升”形式改為了“提升”模式3 開挖及支護施工3.1 施工方法簡述開挖施工采用正井法施工。采用手風鉆鉆孔，光面爆破 掘進，人工裝渣；出渣方式采用人工直接裝吊桶提升，由于 地質條件較差，井筒施工采用短段掘進方式，循環(huán)進尺有效 段高1.5m;鉆爆、出渣、噴錨支護交叉進行。3.2 鑿井井架提升系統(tǒng)垂直提升設備選型是豎井施工的關鍵，為了提高施工效 率，確保施工的安全性，本工程借鑒相關行業(yè)類似工程的成 功經(jīng)驗，引進了在國內(nèi)礦井施工中廣泛采用的鑿井井架提升 系統(tǒng)，其施工工

9、藝成熟，安全性高。調壓井施工采用I型鋼管鑿井井架提升系統(tǒng)，其主要配 置包括：(1) 井架：I型礦用鑿井井架1套，高12m，頂部為 天輪平臺，設置有鑿井提升天輪 1 個、吊盤懸吊天輪 2 個、 穩(wěn)繩懸吊天輪 2 個；中部設置一層作業(yè)平臺，安裝有自動翻 渣裝置；(2) 主提設備：JTK1.2 X 1提升絞車1臺，負責裝碴提 升、人員上下和小型材料運輸；( 3)吊盤絞車： JZ-5/400 型鑿井絞車 2 臺；( 4)穩(wěn)繩絞車： JZ-5/400 型鑿井絞車 2 臺；( 5)封口盤：位于井口，采用鋼結構現(xiàn)場制作，封口 盤將井口完全封閉，設置封口門供渣桶及吊籠進出；( 6)吊盤：吊盤為雙層鋼結構，上層

10、盤為保護盤，下 層盤為工作盤，上、下層間距 3.0 m;懸吊點設在上層盤， 吊盤用兩根鋼絲繩懸吊，吊桶提升用的 2 根穩(wěn)繩也懸掛于吊 盤上盤;信號系統(tǒng)設在下層盤。3.3 開挖施工 在施工準備期內(nèi)，鑿井井架組裝、提升設備和提升設施 安裝期間，利用挖掘機，手風鉆配合人工開挖完成井筒臨時 鎖口施工;鎖口下開挖 25m 后，安裝封口盤、吊盤和井架操 作平臺，吊掛管線，再進行井筒的正式掘砌施工。井筒開挖采用手風鉆鉆孔， 光面爆破掘進， 鉆孔深度 2m， 有效進尺1.5m;出渣采用人工裝渣，提升容器為 1m3翻轉 式渣桶，采用井口自動翻渣，石渣由溜槽卸入集渣坑中，然 后采用裝載機裝自卸汽車運至渣場；錨噴支

11、護、出渣交叉進 行，根據(jù)地質條件，在掘進 36m后，進行噴錨支護，此種 方法簡化了施工工藝、縮短了圍巖暴露時間，有利于提高機 械化程度和快速施工，且安全性好。在施工中遇到斷層破碎帶或巖性較差等不良地層， 采取縮小掘進段高、增加錨網(wǎng)噴臨時支護、改善光爆效果等 措施。4 混凝土襯砌施工4.1 滑模設計4.1.1 設計思路 所有結構鋼筋綁扎完成后進行滑模安裝及襯砌混凝土 澆筑，對前期開挖及支護施工中使用的吊盤進行改裝，作為 混凝土澆筑施工的下料平臺，與滑模系統(tǒng)配合施工，并對滑 模滑升摩阻力和拉桿的抗拉強度進行復核。4.1.2 滑模結構組成（1）模板系統(tǒng) 模板系統(tǒng)包括模板、環(huán)梁、輻射梁、提升架、操作盤

12、、 輔助盤等。模板由 P1015 組合鋼模板拼裝組成。環(huán)梁用于固 定模板承受水平荷載和豎向荷載，并將其傳遞到輻射梁上， 環(huán)梁和輻射梁采用角鋼桁架式結構。混凝土的側壓力大部分 通過環(huán)梁傳遞到輻射梁上，由 8 根對稱布置的輻射梁支撐環(huán) 梁承受混凝土的側壓力。（2）操作平臺系統(tǒng) 操作平臺系統(tǒng)主要包括井口提升系統(tǒng)平臺、吊盤受料平 臺、滑模上部澆筑平臺及下部抹面平臺。 井口提升系統(tǒng)平臺由開挖施工時的封口盤改造而成， 由“井”形鋼梁、蓋板及井蓋門組成?；到y(tǒng)的液壓控制 臺和穿心式千斤頂布置其上。井口提升系統(tǒng)布置見圖1。圖 1 井口提升系統(tǒng)布置圖（圖中單位以 mm 計） 吊盤受料平臺由開挖施工時的吊盤改裝

13、而成，由吊 盤、集料斗、分料溜槽和下料溜桶等組成。 滑模上部澆筑平臺由木板鋪設在滑模上層環(huán)梁和輻 射梁上形成，作為混凝土澆筑平倉、振搗的作業(yè)平臺。 滑模下部抹面平臺主要供混凝土澆筑后抹面作業(yè)使 用，由吊桿、橫梁、腳手板及護欄組成，懸吊于滑模底層環(huán) 梁桁架上。滑模結構示意見圖 2。圖 1 滑模結構示意圖（圖中單位以 mm 計）4.2.3 液壓滑升系統(tǒng) 液壓提升系統(tǒng)是滑模向上滑升的動力裝置，由拉桿、液 壓千斤頂、液壓控制臺和油路等組成。拉桿是千斤頂提升滑 模的軌道，采用 48mm x 3.5mm鋼管組成，由井口伸至滑 模底部，將滑模與井口的液壓千斤頂連接。拉桿采用內(nèi)套鋼 管連接，16mm高強螺栓固

14、定，連接要求同一高程上接頭 不超過 2 個，且相鄰支撐桿接頭應錯開。液壓千斤頂采用 8 臺 HY-60 型穿心式楔塊千斤頂。液壓控制臺選用 ZYXT-36 型自動調平液壓控制臺。4.2 滑模施工4.2.1 施工準備 滑模施工前必須做好各項準備工作，主要包括井口作業(yè) 平臺形成，爬桿、千斤頂安裝、液壓系統(tǒng)準備，滑模組裝， 井口拌和系統(tǒng)形成等工作?；０丛O計圖紙在加工車間制作后，運至調壓井井口平 臺進行組裝，采取整體吊裝下放至工作面。滑模系統(tǒng)組裝完 成后，進行空載滑升試驗，確認滑模系統(tǒng)可正常運行后方可 進行調壓井襯砌混凝土施工。4.2.2 滑模施工（ 1 ）初始滑升首批入模的混凝土分層連續(xù)澆筑至60

15、70cm高后，當混凝土強度達到0.20.3MPa時，便開始試滑升。試滑升是 為了觀察混凝土的實際凝結情況，以及底部混凝土是否達到 出模強度。因全部荷載已由拉桿承受，此時應特別注意拉桿 有無彎曲、扭動變形，千斤頂、油管接頭有無漏油現(xiàn)象，模 板的傾斜度是否正常等。（2）正常滑升 滑模經(jīng)初始滑升并檢查調整后，即可正?；Ｕ；?升時應控制速度為 3060cm/h，每次滑升 2030cm，控制 日滑升高度為812m?；龝r，若脫?；炷劣辛魈?、坍 塌或表面呈波紋狀，說明混凝土脫模強度低，應放慢滑升速 度；若脫?；炷帘砻娌粷駶櫍职从杏哺谢虬橛谢炷帘?面被拉裂現(xiàn)象，則說明脫模強度高，宜加快滑升速度

16、。模板 在滑升過程中隨時檢查偏移情況，及時進行糾偏處理。4.2.3 滑模糾偏（ 1 ）產(chǎn)生偏移的原因滑模發(fā)生偏移主要由兩種原因造成：模板內(nèi)混凝土的 側壓力不均衡而使模板發(fā)生偏移；千斤頂不同步造成模板 產(chǎn)生傾斜，甚至發(fā)生扭轉。如果不及時糾正，會隨著傾斜模 板的上升而發(fā)生偏移。為防止模板發(fā)生偏移，針對產(chǎn)生的原 因不同，應采用不同的措施進行預防和糾偏，糾偏按漸變原 則進行， 1 次糾偏不能過大，否則會造成局部變形過大，混 凝土保護層不一致，模板及平臺過分傾斜，拉桿彎曲變形， 滑升阻力增大。（2）測量控制 模板初次滑升，其設計的斷面尺寸必須準確，當模板組 裝好之后，要求精確的對中、整平。之后，在井口上

17、方中心 位置放置鉛垂，垂線穿過滑模上預留的中線孔，下放到模板下方。在滑升過程中，時刻觀察模板與垂線的相對位置。（3）改變下料方向與初次滑升模板固定 下料正常時應對稱下料，當模板發(fā)生偏差時，有意改變 下料方向， 保證模板不繼續(xù)偏離設計線。 在整體滑升過程中， 應避免下料不均勻而對模板產(chǎn)生不均衡側壓力，因此要求混 凝土下料對稱均勻，必須遵守入倉、平倉、振搗、滑升的順 序。（4）拉桿水平連接 與常規(guī)滑模的爬桿不同，此滑模系統(tǒng)的拉桿由井口一次 安裝至井底，拉桿長度較大，在外力作用下有可能產(chǎn)生側向 位移或扭動，為了防止此類現(xiàn)象發(fā)生， 在施工中采用 48mm x 3.5mm鋼管在拉桿之間設置水平連接，以避免其發(fā)生扭動，水平連接桿每 6m 設置一層。（5）對千斤頂不同步進行限位和糾偏 模板在滑升過程中發(fā)生偏移，最主要的原因是千斤頂不 同步，即模板中心線與井壁的中心線不重合。 在滑升過程中， 通過中垂線發(fā)現(xiàn)模板有少量偏移（一般在± 1cm 以內(nèi)），利