小湾水电站特高拱坝混凝土通水冷却技术.pdf

水利 水 电施 工2 0 1 3 第 5 期 总第 1 4 0期 小 湾水 电站 特 高拱 坝 混凝 土 通水冷 却 技 术 邓 韵 ( 中国水利水电第四工程局有限公司) 【 摘要】 小湾水电站 大坝 月浇筑强度 高且持 续时段 长 ，大坝混凝土通水冷却 首次选用 闭合 移动式冷水站供 水， 冷水站布置及 运行 管理 与供 水管路布 置工 艺及流量 、温度检测等为 国内水 电行 业空白。 【 关键词】 高拱 坝混凝 土通水冷却 1 项 目简介 澜沧江小湾水 电站双 曲拱 坝最大坝 高 2 9 4 5 m，属 特 高拱坝 ，比国际上 已建成 的最 高拱坝格 鲁吉 亚共 和 同英古里 大坝高 2 3 m，比国 内已建成 的最 高拱 坝一 一 雅 砻汀二滩 大坝高 4 4 5 m，部分 设计 、施 工项 目已超 出国 内现有规范 、标准 。拱坝坝顶 中心线弧 长 9 0 1 7 7 1 m，拱 冠梁底宽 7 3 3 m、顶宽 1 2 O m、厚高比 0 2 5 。坝体混凝 土方量约 8 7 0万 m。 ，分别是英古里 和二滩 大坝混凝 土量 的 2 2倍和 2 1 倍 ，工程 规模 大 ，混凝 土月 浇筑 强度 高 且持续时段长 。 大坝混凝 土通 水 冷却 采 用 闭合 移动 式冷 水 站供 水 。 闭合移动式冷水站在水利水电工程中为首次使用，重点 是冷水站选型、布置和运行维护，以及供水管路布置和 温度、流量检测等。闭合移动式冷水站为大坝混凝土高 标准通水冷却提 供 了水 源保证 ，在右 岸大 坝混凝 土通 水 冷却施 工 中，供 水 保证 率 1 0 0 ，冷 却 水循 环 利 用 率 9 7 8 。 2 通水冷却施工方法 2 1 冷却水管铺设工艺改进 为加快混凝土浇筑过程中冷却水管的铺设速度，提 前在先浇块混 凝土面 或横缝模 板上 标 出冷 却水 管 的铺设 间距。铺设冷却水管时只需看准标识，同时采用 卡尺 ( 按照冷却水管间距制作 )卡住冷却水 管两端 ，采用提 前 做好 的管 卡对 冷却水 管加 固，保证 了冷却 水管 的铺 设质 38 量 ，加快 了冷却水管 的铺设速度 。 2 2 中间层冷却水管定位 由于岸坡 坝段 采用 3 O m 升层 施工 和有 盖 重 固结灌 浆 ，中间层冷却水 管定 位成 为预 防灌浆 钻孑 L 时打 穿冷 却 水管的有效手段。采用预埋钢筋蛇形柱、仓面左右两侧 增加控制标识 ，以及水管# H 1 1 H 掷定位筋和同定锚筋等 措施 ，基本解决 了中间层水管定位 问题 。 2 3 闭合移动式冷水站运行及供水 坝体 混凝 土施 工需全年 进行通水 冷却 ，冷水用 量大 。 如按照以往水利水 电工 程施工 经验 ，应 用 敞开式 制冷 水 厂供水，不仅水资源浪费严重、成本高，而且也无合适 的布置场地 。通过 市场调 研和 分析 ，采 用 闭合移 动式 冷 水站向大坝混凝土冷却供水 。 闭合移动 式 冷水 站 为 闭式循 环 供 水 ，水 量 损 耗小 ， 可自动换向和自动调节供水量，机组体积小 ，移位快捷、 方便 ，采用其 供水是今 后水 电工程 建设 发展 的要 求及 趋 势 。由于小湾水 电站工 程为首 次使 用 ，结合 小 湾拱 坝工 程特点和通水冷却要求，重点对冷水站选型与布置、运 行与维护、供水管路布置、联合运行与水量分配、流量 与温度检测等方面进行 了研究和攻关 。 3 机组选型及布置 3 1 机 组选 型 根据小湾坝址处地形地貌特点、吊运设备性能和大 坝总体施工进 度 规划 ，单 台冷 水 站 外 形尺 寸 不 宜过 大 ， 总质量不宜超过 3 0 t ；供水高度范【匍为上、下 5 5 m，出水 压力、流量可依据实际供水高度和需水量大小 自动调节； 供回水可 自动换向；可单独或多台联合运行 ；运行条件 和冷水温度能满 足坝址 区 自然环 境 和混凝 土通 水冷 却施 工技术要求；运行界面可反映供回水流量、温度、压力 等运行参数，并能 自动记录和存储等。 通过市场调研，对比分析厂家提供的有关技术资料， 并结合上述要求，最终选用了杭州某公司和武汉某公司 生产 的闭合移动式冷水站 。 根据大坝施工总 进度计 划 和混 凝土 通水 冷 却施 工技 术要求 ，右岸大坝标段高峰期混凝土一期 、中期和二期 冷却 总用 水量约 1 l O O m3 h 。最终配 置 6台冷水 站 ，理论 供冷水量约 1 4 0 0 m。 h ，实际供冷水量约 1 2 5 0 ma h 。 3 2 机组 布置 3 2 1 布置原则 冷水 站的布置位 置 应根据 大 坝混 凝土 施工 计 划 、年 上升高度和接缝灌浆计划，以及坝址处地形地貌和冷水 站供水范 围 ，全 面统 筹 考虑 。在 满 足大 坝混凝 土冷却 需 要的前提下 ，尽量减少冷水站 的移位次数。在满足冷却 供水需要和设备吊运的前提下 ，尽量靠近坝体布置，以 减小冷却主管铺设长度 ，既可减少水头和冷量损失 ，降 低输冷消耗 ，节省管材的用量 ，同时也方便冷却供水管 路接引和走线 ，减少工作量，降低成本。 因坝体混凝土需进行一期 、中期和二期三个阶段通 水冷却，且各阶段冷却范围和用水量不同，故需对冷水 站进行合理分配，并可互相补充。因供坝体混凝土一期、 中期冷却冷水站布置位置高程始终高于供二期冷却冷水 站 ，为减少冷水 站移 位 次数 和冷水 站 基础 施工 ，以及 避 免每次移位后 的调试工作，可将供部分供二期冷却冷水 站上移，用作供一期和中期冷却冷水站，二期冷却利用 一 期 、中期冷水 站进行 供水 ，只需将 供水 主管进 行改 接 ， 如此循环利用 ，减少成本投入和对大坝冷却的影响。 3 2 2 联合供水 由于各阶段冷却用水量超过单台冷水站供水量，需 采用 2 3台冷水站通过供回水主管并联后统一供水。联 合供水 的冷水 站 宜布 置在 同一 部位 、同一 高程 ，否则 会 影响各 台机组 效率 。 3 2 3布置概况 2 0 0 8年右岸大坝冷水站实际布置如下：供一期和中期 冷却的 3台冷水站布置在坝后高程 1 1 5 0 m中线公路，供二 期冷却的 3台冷水站布置在坝后高程 1 0 7 0 m 临时公路 。 3 3 供水管路布置 从前期运行效果来看，采用多台机组联合供水时， 供水 主管 不 同布 置位 置 对各 台机 组 出力 有一 定 的影 响 。 为最大限度地发挥各台机组的工作效率，主管布置位置 宜 比机组 安装位置低 1 O 1 5 m。 主干管线布设时尽量采用直线，减少折角和弯管数 量 ；坝后 临时栈桥或永久马道上 的供水 干管管径 宜统 一 ， 不宜采用变径管 ，以降低水头损失，保证满足远端头部 混凝土工程 位供水量要求 。 因坝体混凝 土一期 、中期 和二 期冷 却之 间存 在一 定 的时间间隔，一期、中期冷却结束后，可利用坝后临时 栈桥已布设的一期、中期冷却供水管路进行二期冷却， l天 I 此坝后栈桥供水干管需根据一期、中期和二期冷却供 水流量综合进行核算 ，确保一期、中期冷却供水干管后 期可满足二期冷却需要 。 水管布设前将管内清洗干净，管外侧全部进行防腐 和保温处理 ，确保管内冷却用水洁净和温度满足设计 要求 。 管路 之间接头 必须连 接 牢靠 ，避免漏 水造 成 冷水 站 补水 量过大 ，影响冷水 站运行效率 。 4 机组运行与维护 4 1 机组 操作控 制 ( 1 )系统运行前的检查项 目：水泵前后 的主 阀门是否 打开 ；主机进 出 口的阀 门是否 打 开 ；冷水 站冷 冻水 进 出 口阀门是否打开；电动阀是否 已调至 自动状态；各设备 的压力表 的阀 门是 否 已打开 ；排气 阀 的 阀门 是否 打 开 ； 冷却塔内的水位是否已至正常水位，冷却塔的补水是否 正常 ；补水箱 液位是 否正常 。 ( 2 )冷水站拥有 自动控制系统 ，操作人员按规程操作 即可 ，需手动控制 时 ，调 整 为手 动控 制模 式 ，按工 程施 工 的需要进行 控制 。 4 2 机组保养 通过对冷 水 机组 运行 管理 的摸 索 、实践 和 总结 ，熟 悉 了冷水机组 的各 项性 能指标 ，掌握 了运 行管 理 中 日常 维护部位及保养重点，定期做好冷水机组的周保养工作， 保证 了冷水机 组的正常出力 。 4 3 流量和温度检测 由于采用闭合移动式冷水机组供水 ，整个供回水过 程为闭式循环，采用原敞开式系统的单套冷却水管流量、 温度检测方法 已不能满足要求 ，因此选用 了可在外部进 行检测、不易损坏、携带与使用方便 的超声波流量计检 测通水 流量 ，采用 点温仪测量水温 。 5 混凝土通水冷却 依 据设计 提供 的 拱 坝混 凝 土 温 控施 工 技 术 要 求 和 拱坝混凝土通水冷却施工技术要求 ，并结合工程施 工实际，对各阶段通水冷却要求和参数进行了规定。 大坝混凝土通水冷却分为三个阶段 ：一期通水冷却、 中期通水冷却、二期通水冷却。 5 1 一期通水冷却 5 1 1 控制标准及通水要求 拱坝初期混凝土内部温度按温控技术要求中根据温 差标准和稳定温度分月、分坝段确定混凝土允许最高温 3 9 水利水 电施T 2 0 1 3 第 5期总第 1 4 0期 度，基础约束区要求控制在 2 7 以内，其他部位根据季 节不同控制 最高温度 为 2 8 3 6 C。 自 2 0 0 8年 1 月 1 2日， 根据拱坝温控第 2 0 0 8 0 0 1 号设计通知单及相关会议纪要 精神，对大坝弱约束区和脱离约束区的混凝土最高温度 进行了调整 ，最 高温度均按 2 7 控制 。 一 期通水冷却时间 ，主坝不少 于 2 1 d ，缺陷槽不少于 3 0 d ，并连续进行 ，水流方向 2 4 h变 换一次 ；严格 控制混 凝土最高温度、降温速率、结束温度满足设计要求。 5 1 2 通水参数 一 期通水冷却的通水流量、通水历时、降温速率和 温度观测在设计要求的基础上，结合工程长期经验总结， 并通过在坝体 内预埋 临时测 温管 和永久 温度 计 ，掌握 了 混凝土 内部温度 变化及 规律 ，形 成相对 完 善 的通 水 流量 控制参数 。 另外 ，鉴于混凝土温度变化与混凝土标号 、季节有很 大关系，对基础约束区及特殊部位，视混凝土内部温度变 化情况 ，采取 了 “ 个性化” 、“ 动态化”通水冷却方式 。 5 2 中期通水冷却 坝体混凝土在一期冷却闷温结束后 ，在二期冷却前 存在温度回升 ，为使坝体混凝土温度维持一期冷却结束 时的标准 ，自 2 0 0 7年 1 2月集 中对大 坝未进 行二期 冷却 的混凝土实施中期通水冷却 ，在 2 0 0 8年 1月 2 3日以后开 始全面执行混凝土中期 冷却 。 中期冷却采取间歇通水方式进行。前期采用的通水 模式和参数：根据一期冷却闷温温度的高低，按照先通 水 3 d 、再闷温 7 d的方式循环进行 。中期冷却通水水温为 1 0 1 ，通 水流 量为 0 5 1 O r n 3 h 。中期确 保 其温 度缓慢均匀下降，坝体混凝土内部温度最大降温速率小 于 0 5 d ，混凝土温度降至 1 8 2 0 ，且靠下限。 最终采用的中期通水冷却通水模式和参数 ：当一期 冷却结束后闷温温度在 2 O 2 1 C时，参考通水流量为 0 8 1 O r n , h ，按通水 5 7 d 、闷温 5 d控制 ；当一期冷 却结束 后 闷 温 温 度 在 1 9 2 o o c时 ，参 考 通 水 流 量 为 o 5 O 8 h ，按通水 3 5 d 、闷温 7 d控制；当一期冷 却结束后闷温温度接近 1 8 5 1 9 0 C时 ，先间歇 5 d ，然 后根据抽测闷温结果决定 中期冷却方式。在低温季节， 循环通水 闷温间歇期根据温度 回升变化 ，间歇 7 d后再 进 行 闷温检测 。对温度接 近 1 8 5 1 9 O 时 ，先间歇 l O d ， 然后根据抽测闷温结果，决定是否继续开通中期冷却及 采用 的方式 。 5 3 二 期通水 冷却 二期冷却的目的是使坝体混凝土温度达到设计要求 的封拱温度 。 二期通水冷却人口处水温为 6 I O C，在坝体达到设 计要求的接缝灌浆温度后即停止二期冷却，以避免超温 或超冷。对需接缝灌浆的灌区，相邻坝块必须同时进行 二期冷却 ，拟灌区以上 1 2 m高度范围定为盖重区，盖重 区以上 1 2 m 为过渡 区。除拟灌 区外 ，盖 重 区和 过渡 区所 4 0 在的坝块均同时冷却，相邻坝段通水开始时问相差不超 过 2 d 。二期冷却结束后应及时进行接缝灌浆 ，拟灌区接 缝灌浆后，应控制其上部 的盖重区和过渡区温度回升。 盖重区作为下一次拟灌区，接缝灌浆前混凝土温度与设 计温度相差不大 于 1 ，过渡 区温度 回升不 大于 1 ，否 则应采取通水冷却方式将混凝土温度降至设计要求温度 ， 最 大降温速率不大于 0 5 d 。 二期通水冷却通水流量根据冷却管铺设情况 ，分区、 分部位进行控制。通水方式还取决于二期冷却 前相应灌 区坝段的中期冷却温度。 5 4 通水检测 通水冷却检测项 目包括机组供水量、出回水温度、 出回水流量 ，冷却水 管进 出水 温度 、流量 、闷温 温度 及 外界气温等。 ( 1 )冷却水温度检测：温度检测采用电子自动类温度 计，温度计误差控制在 l 以内。采用温度计检测水温 时，插入水中2 3 rai n稳定后读数。检测项 目包括供水 温度 、冷却管进水温度 、冷却管回水温度、闷温温度 。 ( 2 ) 通水流量检测 ：流量检测采用水表和超声波流量 计。冷却水管流量检测使用超声波流量计与温度检测同 步，每套冷却水管每 4 h 测量一次。 ( 3 )闷水测温：采用压缩空气将管内积水缓慢吹出， 不能用系统水或制冷水赶水测温。为了使温度检测更具 有代表性 ，采用带有刻度的保温容器盛水测温，选定层 的每根水管单独测量，每组数据测取 3个值，每根水管 的水 温取多桶水 温的平均值作为测量值 。 5 5 特殊部位混凝土温控措施 大坝孔 口部位 混凝 土标 号高 ，浇 筑级 配低 ，且底板 部位导流中底孔采用 C 4 o抗冲耐磨 昆 凝土，泄洪中底孔 底板部位需浇筑 自密实高流态混凝土，混凝土内部最高 温度控制要 求极 高 ，控制难度 极大 ，尤其 是在高 温季节 。 针对孔 口特殊部 位采取 了调整冷却水 管 布置 、 “ 个性 化” 通水等特殊的温控 措施 ，并 提出 了不 同级配 区域 采用 小 同的最高温度控 制标 准。 5 5 1 调整冷却水管布置 孔口部位冷却水管间排距根据施工季节和浇筑的混 凝土级配灵活布置 ，低 温季节二级 配部位为 1 O mX 1 O m ( 水平垂直) ，其他级配部位为 1 5 mX 1 5 m；高温季节 二级配部位为 0 8 m1 O m，其他级配部位为 1 O m 1 O m。另在抗冲耐磨混凝土 或 自密 实混凝 土部位 独立 布 设冷却水管 ，间排距 控制 为 0 5 rex0 7 5 m。 5 5 2 “ 个性化”通水冷却 “ 个性化 ”通水 即动态控制 通水流量 ，在 混凝土 内部 最高温度出现前，通水流量控制在 2 4 2 7 m。 h ；最高 温度出现后至第 1 O天，控制在 1 2 1 5 ma h ；随后调整 至 0 4 1 2 h ，进水温度控制在 8 1 O ，降温速率 控制在 0 3 O 8 d ，通水 时间为 2 1 -2 5 d 。 ( 下转 第 4 3页) 4 地下洞室开挖施工工艺 钻孔深度 为 3 2 5 m，采 用 YT一2 8气腿 式 手风钻 ， 中间掏槽、中导洞或拉槽 ，周边光面爆破；炸药选用 2 号岩石乳化炸药；采用非电毫秒塑料导爆管和导爆索与 雷管连接 ，进行爆破 开挖 。 ( 1 )钻孔：由熟练的钻工按测量定出开挖轮廓线，按 “ 平 、直 、齐”的要 求进行布孔 。各钻 手分 区 、分 部位 定 人定位施 钻 。周边 孑 L 及掏 槽孑 L 的偏 差不 得大 于 5 c m，其 他炮孑 L 孔位偏 差不得大于 l O c m。 ( 2 )装药爆破：围岩崩落孔采用 4 3 2药卷连续装药， 周边光面爆破采用 2 5药卷，竹片绑扎间隔装药 ，孔 口 用炮泥堵塞；装药完成后，由技术员和专业炮工分区分 片检查 ，连接爆破 网络 ，撤 退 工作 面设 备 、材料 至安 全 位置后起爆 。 ( 3 )通风散烟及除尘 ：爆破后立 即进 行通风 ，渣堆洒 水除尘 ，保证洞 内空气清新 。 ( 4 )排险 ：爆破后及 时排险 ，保 证施 工人员及 出渣设 备的安全 ；在施工过程 中，设专职安全员进行安全 检查 ， 及时发现隐患并进行处理 。 5 结束语 地下工程 ( 1 )地下 厂房施工是 一项 系统工程 ，布置相 对集 中 ， 相关项 目工程 较 多 ，洞连 洞 、洞套 洞 ，需 多工 作 面 、多 工序相互协调配合，施工干扰非常大，要求施工计划周 密 、翔实 ，确保技术和资源供应 。 ( 2 )地下厂房开挖边墙相对高度较大，安全隐患大 ， 安全支护尤为重要 。 ( 3 )控制爆破是减轻 围岩破坏 的根本 手段 ；开挖中遇 到、V类同岩必须支护，绝不能掉以轻心。 ( 4 )地下厂房开挖应采取相应的质量控制措施。要求 施工人员思想到位 、技术 交底 清 晰 、质 量要 求 明确 、测 量放线准确 、钻工技术熟练 ，责任到人，分 区负责，再 加以强制手段。炮孔由值班技术员按 “ 平、直、齐” ，以 及 设计孔 位和数量的要 求进行布孑 L 。 ( 5 )地下厂房混凝土浇筑衬砌与开挖施工 的干扰协调 非常关键，配备合适 的施工设备和物资供应，确定合理 的施 工方 法 ，才能确保施 工顺 利进行。 ( 上接 第 4 O页) 通过采取上 述措施 ，最终 协 同设计 确定 了孔 口部 位 混凝 土最高温度 控制 标准 ：二 级配 混凝 土 浇筑 区域允 许 最 高温度 按 2 9 C控制 ，三级配 混凝土 浇筑 区域 允许最 高 温度 按 2 8 控制 ，四级配 混凝 土浇筑 区域 允许 最高温 度 按 2 7 控制，局部 自密实混凝土浇筑 区域允许最高温度 不受 限制 。 5 6 混凝 土 内部 温度 监测成 果 5 6 1 测温管成果统计 右岸 大坝工程 累计 埋设 2 0 2组测 温管 。各 组测 温 管 均在收仓后 4 7 d出现最高温度。从埋设仪监测成果来 看，除自密实混凝土部位及个别缺陷槽最 高温度存在超 温现象外 ，其余各仓号混凝土内部最高温度处 于设计允 许温度范嗣之内，符合率为 9 7 7 。 5 6 2 温度计成果统计 在监测系统埋设部位坝体混凝土冷却期间，对其温 度变化情况进行观测 。为了监测混凝土通水冷却过程， 掌握混凝土内部温度情况，2 0 0 5年 1 2月 1 3日，在 2 1 坝段 高程 9 5 0 5 49 5 2 O m层 中间部位 埋设 了 2支温度计 进行 监测 。2 0 0 8 年 5 月 3 1 1 3 起 ，在右岸大坝混凝土标号 分 别 为 C 1 8 0 4 0 W9 0 1 4 F 9 0 2 5 0 、C 1 8 0 3 0 W9 0 1 0 F 9 0 2 5 0 和 C1 8 0 3 5 W9 0 1 2 F 9 0 2 5 0 ，属 A、C、B区混 凝 土共 3 5仓 内 分别埋设 了 1 0 5支温 度计 进行 温度监 测 。观测显 示 ，各 组温度计在 5 8 d出现最 高温 度 ，温 度计 监测 最高 温度 在 2 5 4 2 8 5 C 之 间。 6 结束语 混凝土通水冷却采用 闭合移动式冷水站在国内水电 工程建设行业 中属首 例 ，通过 严格 控 制冷 却水 的供水 温 度 、流量 ，分 析 出水 口水 温、流 量 和 闷 水 测 温 ，施 行 “ 个性化”通水 冷却 ，有效 减少 了混凝土 裂缝 ，保证 了施 工质量 。 小湾水 电站大坝 于 2 0 0 9年 8月蓄水至 1 1 6 0 m水 位 以 来 ，参建各方成立 了多个巡 视检 查组 ，在 蓄水期 间定 期 对大坝变形、廊道渗漏情况进行定期巡视检查和监测。 巡视检查和监测情况表明：大坝导流和泄洪 中底孔工作 弧门挡水效果 良好；廊道内无明显渗漏情况，特别是处 于低高程的基础灌浆廊道和诱 导缝检查廊道外壁干燥 如初 。 4 3