高海拔區(qū)深斜井襯砌施工技術(shù)研究

周 峰，侍克斌，白現(xiàn)軍

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052;2.葛洲壩新疆工程局，新疆 烏魯木齊 830000)

布侖口—公格爾水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克陶縣境內(nèi)，是蓋孜河流域梯級(jí)開發(fā)中的第一級(jí)水電站，主要任務(wù)是灌溉、發(fā)電和防洪。水庫(kù)正常蓄水位3 290.00 m，總庫(kù)容6.44億m3，總裝機(jī)容量200 MW，保證出力69.8 MW。其中引水系統(tǒng)的壓力管道段含有傾角60°、總斜長(zhǎng)656 m的斜井段，為了便于施工，斜井段沿斜長(zhǎng)分為3段，中間由水平段連接。引水斜井段位于2 632.6～3 220 m之間的高海拔區(qū)，由于氣壓低、缺氧，施工機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行和施工效率大大降低，這既影響了施工安全又增加了施工成本，施工難度很大。在斜井段襯砌施工過程中，對(duì)襯砌施工方案、混凝土澆筑、灌漿等方面做了一系列的研究改進(jìn)，取得了良好效果。

1 斜井襯砌施工方案

布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段分為上斜井段、中斜井段和下斜井段，如圖1所示。上斜井段斜長(zhǎng)296 m，傾角為60°，縱坡1∶0.577 8，中心線3 223.0～2 950.0 m高程;中斜井段斜長(zhǎng)280 m，傾角為 60°，縱坡 1∶0.577 8，中心線 2 950.0～2 719.5 m高程;下斜井段斜長(zhǎng)80 m，傾角為60°，縱坡1∶0.577 8，中心線2 719.5～2 632.6 m高程。斜井段開挖斷面直徑4.2 m，襯砌后直徑為3.0 m，采用鋼板襯砌，回填C20混凝土，厚60 cm(見圖2)。在鋼板與混凝土之間進(jìn)行接觸灌漿，在頂拱120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿深度2.0 m，間、排距2 m，梅花形布置。

圖1 斜井襯砌施工布置示意

圖2 斜井襯砌示意

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，故在進(jìn)行壓力管道斜井段混凝土施工時(shí)，充分利用現(xiàn)場(chǎng)施工條件，進(jìn)行合理的布置，上、中、下斜井段分別采取不同的入倉(cāng)手段，以確保斜井混凝土的正常施工。

布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段總斜長(zhǎng)長(zhǎng)度很大，為更好的順利完成各項(xiàng)工作，采用鋼管段安裝與外包回填混凝土交叉同步進(jìn)行的方式進(jìn)行。先由金屬結(jié)構(gòu)安裝施工隊(duì)與土建施工隊(duì)伍進(jìn)行下彎段的鋼管安裝及混凝土澆筑施工。完成后，由金屬結(jié)構(gòu)安裝施工隊(duì)進(jìn)行鋼管安裝至一定長(zhǎng)度(一般不超過50 m)，就進(jìn)行混凝土回填施工，待該段混凝土完成后，進(jìn)行上部鋼管段的安裝，再進(jìn)行回填混凝土安裝施工，依次類推完成整個(gè)斜井段的施工任務(wù)。

具體施工方案為上斜井段混凝土回填從2 950 m高程的中平洞開始，采用混凝土輸送泵完成上斜井段下彎段和上斜井段下部混凝土回填(共完成約140 m)，當(dāng)混凝土輸送泵輸送能力不能滿足高度要求時(shí)，上斜井段混凝土入倉(cāng)采用從壓力管道高程3 223 m的上平洞進(jìn)入，通過架設(shè)的兩套Φ150混凝土溜管溜送入倉(cāng)，完成整個(gè)上斜井段混凝土回填施工任務(wù)。

中斜井段施工布置與上斜井段基本相同。先采用混凝土輸送泵從2 719.5 m高程的水平洞進(jìn)入，完成中斜井段下部長(zhǎng)約125 m范圍內(nèi)的回填混凝土施工，然后采用Φ150混凝土溜管從2 950 m高程的水平洞進(jìn)入，完成剩余部分的中斜井混凝土回填施工，混凝土輸送泵布置在壓力管道2 719.5 m高程的水平洞。

下斜井段施工布置采用混凝土輸送泵從2 632.6 m高程的下平洞進(jìn)入，完成下斜段全部長(zhǎng)約80 m范圍內(nèi)的回填混凝土施工。

2 斜井襯砌施工

壓力管道斜井段襯砌施工工藝流程為:施工準(zhǔn)備→鋼管安裝→混凝土回填→灌漿。

2.1 施工準(zhǔn)備

斜井段襯砌施工的施工準(zhǔn)備主要是施工定位測(cè)量工作，即先采用激光儀標(biāo)定斜井段中心軸線，再配合放樣儀來測(cè)量控制壓力鋼管安裝施工用的軌道位置?？紤]到斜井放線的特殊性，需在斜井水平洞內(nèi)布設(shè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)由施工水平支洞洞外控制點(diǎn)導(dǎo)入。對(duì)斜井中心軸線、軌道位置線和導(dǎo)線點(diǎn)要定期進(jìn)行檢查、復(fù)測(cè)，確保測(cè)量控制精度和準(zhǔn)確性。

2.2 鋼管安裝

斜井鋼管安裝施工如圖3所示，斜井段水平洞的首端節(jié)鋼管安裝是控制斜井軸線和斷面的關(guān)鍵。每個(gè)斜井壓力鋼管的安裝都是從其下部的水平洞開始，先安裝下部的水平洞的首端節(jié)鋼管，再?gòu)南峦弦来沃鸸?jié)進(jìn)行鋼管安裝，直至該斜井的上部轉(zhuǎn)彎處鋼管節(jié)段與上部水平洞的首端節(jié)鋼管相貫通。壓力鋼管每節(jié)段為5 m，在洞外由鋼板拼接而成，再經(jīng)過運(yùn)輸由施工水平支洞進(jìn)入斜井段。進(jìn)行鋼管安裝前先要進(jìn)行軌道鋪設(shè)，并架設(shè)卷?yè)P(yáng)機(jī)、電動(dòng)葫蘆、轉(zhuǎn)向輪、工作臺(tái)等設(shè)備，軌道鋪設(shè)必須嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)位置，并做加固處理，這樣才能準(zhǔn)確控制好鋼管安裝后的軸線，達(dá)到安裝質(zhì)量要求。然后在鋼管的安裝，鋼管連接安裝采用手工焊對(duì)接工藝，焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)由業(yè)主聘請(qǐng)第三方進(jìn)行專業(yè)的質(zhì)量檢驗(yàn)與施工方自檢相結(jié)合的方式，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量。

2.3 混凝土回填

由于水平洞支洞內(nèi)均有安裝壓力鋼管所需要的軌道，混凝土罐車無法直接把混凝土運(yùn)送至斜井上部井口，因此在水平支洞端頭布置混凝土泵，混凝土拌和站完成混凝土攪拌后利用混凝土罐車運(yùn)送至混凝土泵位置，混凝土泵輸送混凝土進(jìn)行回填施工。

進(jìn)行斜井段下部混凝土施工時(shí)，采用混凝土輸送泵通過泵管直接入倉(cāng)的方式，施工結(jié)構(gòu)如圖4所示。施工時(shí)混凝土泵布置在彎段的下游側(cè)，應(yīng)盡量縮短泵送距離。進(jìn)行斜井段上部混凝土施工時(shí)，利用混凝土泵把混凝土輸送至斜井井口位置。在斜井井口彎段設(shè)受料斗，受料斗底部下接錐管直接插入下部的溜管內(nèi)，通過溜管將混凝土溜送至澆筑倉(cāng)內(nèi)。由于斜井傾角很大，混凝土澆筑的工作面基本為水平面，入倉(cāng)混凝土利用軟軸振搗器完成振搗。

圖3 斜井鋼管安裝施工示意

圖4 斜井混凝土施工示意

混凝土溜管選擇受混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度、混凝土下落高差、壓力鋼管安裝運(yùn)輸和斜井?dāng)嗝娉叽缂俺吠诘鹊南拗啤Ｍ瑫r(shí)如果選擇小孔徑溜管，混凝土輸送強(qiáng)度和溜管內(nèi)空氣補(bǔ)充率將大大降低，容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。本壓力管道斜井段，混凝土設(shè)計(jì)工程量為6.78 m3/m，混凝土落差控制在2 m以內(nèi)，下落速度較快，對(duì)管路的磨損較大，因而工程溜管采用Φ150泵管，每個(gè)斜井段布置兩套溜管。施工時(shí)可以同時(shí)使用，并且當(dāng)一條溜管堵管之后，另一條溜管仍然可以繼續(xù)進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，溜管布置在鋼管運(yùn)輸軌道的外側(cè)，距離軌道約20 cm，兩側(cè)對(duì)稱布置。利用壓力鋼管安裝運(yùn)輸臺(tái)車運(yùn)輸溜管至安裝部位。溜管管路的安裝以不影響斜井壓力鋼管的運(yùn)輸安裝為宜。

混凝土施工過程中的通訊采用對(duì)講機(jī)進(jìn)行溝通，在洞內(nèi)下料處(混凝土輸送泵處)布置2臺(tái)(一臺(tái)備用)、倉(cāng)內(nèi)布置2臺(tái)(一臺(tái)備用)，洞外按照正常施工需要配置通訊資源，將斜井倉(cāng)內(nèi)、受料斗(混凝土輸送泵處)和拌和站協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來，澆筑過程中以斜井倉(cāng)內(nèi)為指揮中心，混凝土輸送系統(tǒng)堅(jiān)決服從井內(nèi)人員的指揮。

3 斜井段襯砌施工中技術(shù)改進(jìn)

布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段襯砌施工由于地處高海拔區(qū)且斜井坡度很陡、斜長(zhǎng)很長(zhǎng)，施工中遇到了很多困難，但通過多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，很好的解決了這些問題，主要體現(xiàn)在:

(1)斜井段回填混凝土施工中，陡傾角、長(zhǎng)斜井采用不設(shè)置任何緩沖設(shè)施的溜管輸送混凝土，混凝土質(zhì)量成為關(guān)注的焦點(diǎn)。為保證混凝土質(zhì)量，對(duì)混凝土拌和與運(yùn)輸環(huán)節(jié)，施工方試驗(yàn)室人員實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，并且試驗(yàn)人員要跟蹤到倉(cāng)號(hào)，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整配合比。

(2)混凝土回填施工時(shí)，混凝土振搗密實(shí)是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。但是斜井開挖斷面的局部欠挖，壓力鋼管的加勁環(huán)，加固壓力鋼管和溜管的錨筋等都嚴(yán)重影響著混凝土振搗工作的順利進(jìn)行。在使用常態(tài)混凝土的斜井段，施工方加強(qiáng)責(zé)任管理，嚴(yán)格控制每一倉(cāng)混凝土的振搗密實(shí)。在本引水斜井的上斜井段，成功采用了自密實(shí)混凝土的施工。自密實(shí)混凝土具有較好的流動(dòng)性、充填性、窄間隙通過性和抗離析性，是依靠自身重力就能自動(dòng)密實(shí)的混凝土，可以很好的解決上斜井段混凝土振搗的難題，提高了施工效率。

(3)斜井襯砌采用先將壓力鋼管安裝一段，然后進(jìn)行混凝土回填，鋼管安裝與回填混凝土交叉同步進(jìn)行。斜井軸線和斷面由首端節(jié)壓力鋼管安裝來控制。施工進(jìn)度和施工質(zhì)量均滿足要求。

(4)斜井段回填混凝土施工中，深長(zhǎng)倉(cāng)內(nèi)人員交通問題比較突出，倉(cāng)內(nèi)因鋼管安裝完后局部空間尺寸不能滿足人員上下的要求，施工人員沿軌道加固插筋上下存在較大的安全隱患。施工時(shí)利用了壓力鋼管加勁環(huán)，在鋼管背面焊接爬梯，并在已安裝鋼管上口搭設(shè)環(huán)向平臺(tái)，施工人員通過平臺(tái)至鋼管背部，沿施工爬梯進(jìn)入混凝土澆筑倉(cāng)內(nèi)，順利解決了狹小空間內(nèi)施工人員移動(dòng)的問題。

4 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后的襯砌施工技術(shù)在布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段已得到成功應(yīng)用，其不僅克服了施工難度大、技術(shù)要求高、安全因素復(fù)雜等困難，而且具備施工操作簡(jiǎn)單、加快施工進(jìn)度、大大降低施工成本的優(yōu)點(diǎn)，在陡傾角、長(zhǎng)斜井的襯砌施工中有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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