乌东德右岸出线竖井开挖与滑模混凝土施工技术_曹刘光.pdf

河南水利与南水北调 2022年第12期施工技术作者简介：曹刘光（1981），男，高级工程师，主要从事水利水电工程监理工作。乌东德右岸出线竖井开挖与滑模混凝土施工技术曹刘光（中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，云南 禄劝 651512）摘要：竖井是地下电站工程结构物中不可或缺的一部分，竖井大小和开挖施工措施也多种多样，尤其在大直径、深竖井、多孔室井内施工中，井内施工的安全防护、施工通道、材料设备运输、混凝土料的入仓等环节均存在较大安全风险。根据安全施工方案及过程控制措施保证竖井实体质量。在出线竖井施工过程中采取行之有效的施工方案、规范化的施工流程、标准化的资源配置及精细化过程控制措施等方法，可供类似工程参考借鉴。关键词：出线竖井；开挖支护；滑模混凝土；技术中图分类号：TV523文献标识码：A文章编号：1673-8853（2022）12-0032-03Excavation of Outlet Shaft on the Right Bank of Wudongde and Construction Technology ofSlip Form ConcreteCAO Liuguang（Northwest China Water Resources and Hydropower Engineering Consulting CO.LTD.,Luquan 651512,China）Abstract：The shaft is an indispensable part of the structure of the underground power station.The size of the shaft and the excavationconstruction measures are various,especially in the construction of large diameter,deep shaft and multi-hole chamber,the safetyprotection,construction passage,material and equipment transportation,concrete materials into the warehouse and other links havelarge safety risks.Ensure the physical quality of the shaft according to the safety construction plan and process control measures.Inthe construction process of the outlet shaft,the effective construction scheme,standardized construction process,standardized resourceallocation and refined process control measures can be used for reference for similar projects.Key words：outlet shaft;excavation support;slip form concrete;technical summary1乌东德右岸出线竖井施工概述乌东德右岸出线竖井上段高程自EL.1 179.70 m至EL.987 m，总高度为192.70 m；下段高程自EL.987 m至EL.818.15 m，总高度为168.85 m，中部EL.988 m高程由出线平洞及桥机室连通。竖井开挖直径14.20 m，净断面直径13 m，井内布置有电缆道等12个井室，井内周圈衬砌厚度为50 cm（10 cm喷混凝土厚度），隔墙厚度为40 cm、50 cm两种结构形式。1.1出线竖井施工工艺简介1.1.1开挖施工阶段采用标准化的中控室、井口封闭系统、载物提升系统等本质安全施工方案。采取标准化的施工流程及资源配置，竖井采取开挖循环支护循环，喷混凝土后待强6-8 h进行下一循环的爆破施工，“短进尺、勤支护”施工工艺的每循环进尺22.50 m。标准化的安全生产管理体系，并制定一系列竖井安全生产管理制度，选拔有经验的质量、安全、生产管理人员对施工过程进行管控。1.1.2滑模混凝土施工阶段创新采用液压自升式12孔整体滑升模板，小井模板单元采用门形和L形井架连接形成整体；采用二次分油自动调平技术，65个爬升千斤顶分8组由总控制台集中控制，实现了竖井12孔小井隔墙的同步上升。采用自主创新制作的“”形缓冲器混凝土溜管，采用上下两层二级供料系统，一级供料平台接收缓冲集料，二级供料平台多点分料，避免了超大落差混凝土垂直运输离析问题，实现了10个下料点均匀供料。在现场试验的基础上，研究确定了合理的滑模出模时间、滑升速度等施工参数，并形成了配套的混凝土浇筑标准化施工工艺。采用全封闭井口防护装置，上下两层供料平台双层保护浇筑作业面，并利用下部通道自下而上运输钢筋等材料减少安全风险源，有效防控了高空坠落与物体打击等安全风险。1.2出线竖井施工重点及难点深覆盖层等复杂地质条件下，施工前锁好井口，确保井口稳定，采取有效措施，防止井台上杂物坠入井内；井口应预留一定宽度的井台，井台外侧设置排水沟，为保证施工安全，要求对提升系统进行专门设计。工程所在部位存在溶蚀溶洞、小断层等不良地质状况，地质条件复杂多变，存在卡钻、塌孔、掉32河南水利与南水北调 2022年第12期施工技术块等风险，爆破参数不宜确定，大断面、深洞段，施工过程安全风险较大。大直径深竖井井内混凝土施工多采用滑模施工工艺，多孔室井内混凝土滑模结构复杂，同步上升控制难度高，混凝土下料高差大，多点均衡布料困难，井内混凝土过程中钢筋、埋件等井内运输、人员进出竖井，混凝土料的入仓等环节安全风险突出。竖井内布置有电梯井、楼梯井等功能孔室，体型偏差要求较高；井内隔墙、埋件、预留孔洞众多，结构体型复杂，混凝土质量风险较大。2施工方法及措施2.1开挖阶段2.1.1深覆盖层等复杂地质条件下竖井快速施工技术采取了“正井法”开挖、全圆“倒悬法”紧跟开挖面“一开挖一支护”等施工技术解决深覆盖层大直径竖井施工难题。“正井法”开挖技术。竖井顶部平台布置一套10 t提升系统进行材料、设备、出渣等垂直运输。竖井开挖等循环进尺小于3 m。以手风钻配合0.30 m3液压反铲实施井内开挖，手风钻钻孔，“密布孔、小药量”爆破中间部分，爆后检查如发现有大块孤石，采用钻孔爆破法解体后，利用0.30 m3液压反铲扒渣，首先将爆破前已盖好导井井盖扒出，通过提升系统吊至井外，然后利用液压反铲扒渣至1.40 m导井溜渣至988桥机室交通廊道，利用反铲、自卸车将石渣出至指定位置，沿井周边预留1 m保护层，利用光面爆破技术进行开挖以保障设计边线的开挖质量。快速支护技术。由于井口覆盖层岩体风化破碎严重，以及存在的大量孤石、夹泥，采用手风钻等普通钻机钻孔时塌孔严重，无法成孔。经过大量的试验，最终采用CLM-15履带式锚杆台车进行施工，该台车可自由行走，无需搭设排架。系统锚杆优化为自进式锚杆支护。全圆“倒悬法”紧跟开挖进行井壁衬砌施工。出线竖井井壁锚杆完成后立即进行混凝土封闭支护。由于出线竖井覆盖层采用正井法施工，因此井壁系统锚杆、喷射混凝土施工采用“倒悬法（从开挖面向上）”施工，视岩石条件开挖12个循环后进行系统支护。井口采用3 m高度的衬砌混凝土进行锁口，锁口混凝土施工利用仞脚模板作为混凝土浇筑的底模，竖向钢筋可穿过仞脚模板，以达到错头的目的，且能够使每循环混凝土底部浇筑成楔形，以保障与后期衬砌混凝土接茬部位的充分结合。2.1.2大断面、深竖井安全生产标准化施工技术2.1.2.1标准化的井口提升系统标准化的井口提升系统主要包括中控室、井口封闭系统、载物提升系统、载人提升系统和井内吊盘系统，井内操作全部布置在中控室专人操作。见图1。2.1.2.2竖井安全生产标准化施工流程竖井导井施工全断面开挖支护30 m提升系统制作与安装提升系统验收开挖支护后续全断面扩挖。出线竖井标准化施工程序分步骤进行，首先采用LM200型返井钻机（先导孔再反扩至1.40 m）进行竖井的1.40 m导井施工，导井施工完成后，进行全断面开挖支护施工，并做好上井口的锁口，同时进行竖井提升系统的制作。开挖支护30 m后安装提升系统并验收，同时试验吊笼防坠器模拟和载人吊笼荷载并验收。开挖采用人工配合0.30 m3液压反铲进行，爆破前先把工作大盘提升到井口部位，用专门制作的钢盖板封闭导井井口。爆破后检查有无孤石，若存在孤石先对孤石进行解爆处理，利用提升系统将0.30 m3液压反铲吊入井内，利用反铲扒渣首先打开导井口的封闭盖板，同时在导井内放置一条钢丝绳，防止堵井后便于处理。“密布孔、弱爆破、勤支护”的施工工艺采取标准化的施工工艺流程。2.1.2.3标准化的安全监督管理体系竖井施工前要求开展日常安全监督管理工作。制定竖井升降系统作业安全管理要求 下井须知 下井操作规程 卷扬机操作规程 等一系列切实可行的制度，现场标识牌标识。专职信号指挥人员，首先发出电铃及灯光信号，同时对讲机二次确定后再提升作业。进出竖井签到制度；下井前，由专职安全员对整个提升系统进行检查；每周大检查制度。竖井安全生产标准化技术，实现零伤亡、零塌方的“双零”目标。且 大型竖井安全生产标准化施工技术 获得中电建集团优秀工法。2.2滑模混凝土施工阶段2.2.1标准化的施工方案及操作要点竖井标准化的施工方案主要包括人员通道、下料通道、材料运输通道及滑模系统的设计。2.2.1.1人员井内通道由1台3 t卷扬机悬吊防坠式载人吊笼，稳绳穿过分料平台、滑模平台，通过底板上设置的地锚端部吊环返回至井口与井口桁架固定。载人吊笼两侧各安装一只防坠器，载人系统出厂按照同时承载4人设计，施工现场严格按照每次载人数最多不超过4人控制。2.2.1.2混凝土下料通道混凝土料通过井口的受料斗真空溜管一次分料平台上的受料斗分溜管二次分料平台分料管至仓面的各个部位。真空溜管设计：出线竖井上段井内共设置2趟混凝土下料真空溜管（一用一备），真空溜管为2194.50 mm的钢管，由于竖井较深，混凝土下料时易发生骨料分离，在溜管上每隔1824 m设置一个“”形缓降器，其中首节缓降器安装位置距离溜管上口不大于9 m。每趟溜管采用2根14钢丝绳进行悬吊，下料管的2根钢丝绳均由井口布置的地锚固定。并且将下料管与竖井井壁系统锚杆进行焊接，没有系统锚杆的位置安装2根22，L=1.50 m，外露30 cm的插筋与下料管焊接固定。一次分料平台设计：真空溜管下方接一次分料平台，盘表面采用3 mm花纹钢板铺满，工作吊盘为“铜钱”式设计，直径为12.40 m，中间一方形孔，边长5 m。在吊盘及中间方孔四周安装全封闭式安全围栏，平台上布置两处集料斗。分料平台由2根32钢丝绳进行悬吊，竖井上方布置2台10 t卷扬机进行提升。二次分料平台设计：二次分料平台布置在滑模平台上，采用 10槽钢配合48脚手架钢管搭设而成，平台整体尺寸为图1出线竖井二段全断面扩挖提升系统布置图33河南水利与南水北调 2022年第12期施工技术4 m3 m6 m（长宽高）。平台下方支腿为 10双槽钢，支腿之间采用脚手架钢管连接固定。上方平台尺寸为3 m4 m，整体采用 10槽钢铺设，平台上方满铺5 cm8 cm木方，平台四周设置1.20 m高5050角钢栏杆，并设置20 cm高踢脚板。二次分料平台四周共设置10趟分溜管配溜桶使混凝土料分散至仓号的各个部位，二次分料平台与一次分料平台之间布置分溜管相连。2.2.1.3竖井滑模系统滑升操作平台：采用型钢结构进行制作，主要由L型提升架、门式提升架、平台桁架梁、围圈、定型模板和各连接件组成；定型模板通过围圈和挑梁与提升架连接。滑升操作平台采用2.50 cm木板满铺封闭后作为滑模施工的主平台，可用于施工期间的部分小型设备（如电焊机等）以及钢筋安装的作业平台，另外平台上还布置整套滑模的液压操作系统。竖井抹面平台：滑模模体下挂架为636角钢制成，内外立柱直接与滑模模体连接悬吊，平台四周设置护栏1.20 m高的护栏，护栏四周兜挂安全网。滑模提升系统：竖井内的各个孔室采用型钢提升架连接形成整体，通过安装在提升架顶部的千斤顶支撑在爬杆上，整个滑升荷载将通过提升架、千斤顶传递至爬杆，从而传递至已浇筑的混凝土内，爬杆由483.50 mm钢管加工而成，随混凝土的上升埋于混凝土内。整个模体共布置 65 个GYD-60型千斤顶配65根爬杆同时提升。竖井液压滑升系统：主要由液压千斤顶、高压油管及液压控制台等组成，形成液压管路，油路布置便于千斤顶的同步控制和调整，整个竖井的65个千斤顶共分为8组进行控制。2.2.2标准化的施工程序及操作要点底板混凝土人工支立模板浇筑滑模模体及辅助系统安装模体及辅助系统验收底部10 m段试滑升正常滑升井口20 m段停滑拆除辅助系统井口段滑升及模体拆除。出线竖井滑模混凝土标准化施工程序分步骤进行，首先采用人工支立模板的方式浇筑底板混凝土，然后在底板混凝土上进行滑模模体的拼装，同时进行真空溜管、一次分料盘、二次分料盘、载人提升系统等的制作安装。所有制作安装工作完成，并经验收合格后进行竖井底部10 m段的试滑升，试滑升阶段控制滑升速度小于10 cm/h，并且根据混凝土的初凝时间试验总结每循环滑升的间隔时间，为正常滑升做好充足的准备工作。为保证出模后的混凝土质量，并达到安全强度，正常滑升阶段出模混凝土强度控制在0.200.40 MPa（以指压略有印记为准），每循环滑升高度2030 cm，每天滑升高度约2.503 m，滑升过程中采取从井口悬挂铅锤的方法及测量人员采用全站仪跟踪测量的方式严密监控混凝土的型体质量，发现体型偏差超过允许范围时及时采取纠偏措施进行纠偏，纠偏措施主要有千斤顶反拉法、导链侧向牵引法等。3竖井施工质量控制措施3.1开挖质量控制在开挖爆破施工作业前，审核承包人报送的爆破设计，要求承包人随时检查爆破效果，及时分析原因，总结经验，针对揭露出的岩石条件及时修订爆破设计，并征得监理批复后实施。要求承包人爆破作业建立严格的管理体系，并报监理审查备案，操作人员持证上岗。开挖施工质量实行“三证五表”进行控制，严格执行“三证五表”的各项要求，并认真填写，做好各项原始记录。主要对钻孔、装药、爆破三道工序进行检查验收控制。3.2锚杆质量控制锚杆钻孔前测量逐孔放样，分类标识锚杆孔位。采用高压风水清孔，孔内岩粉、积水清理干净，监理按10%抽检比例验孔，不合格锚杆孔重新造孔。锚杆插杆注浆前，检查锚杆、水泥、砂材质、进回浆管路绑扎质量及称量器具、配合比标牌、三检人员到位情况。锚杆注浆、插杆过程监理实施旁站管控并填写旁站记录表。锚杆施工完毕后，监理按业主文件规定抽检比例组织第三方、监理方、承包人进行无损检测，事后评价质量管控成效。3.3喷混凝土质量控制喷混凝土施工质量实行“一证五表一单”法控制。喷射混凝土工序精细化管控。做好混凝土质量检测跟踪工作。建立养护制度，及时进行养护。3.4滑模混凝土质量控制滑升操作过程控制措施。在滑升的过程中，密切关注千斤顶、油路、操作盘整体滑升工作状况，若存在问题，及时进行处理与调试，直至滑模滑升系统完全满足滑模施工要求。预埋件质量控制。出线竖井滑模混凝土中埋件主要由楼梯埋件、系统排水管、消防管路埋件、接地埋件、电气埋件等组成，由于埋件较多，在施工前要熟悉图纸及埋件提示表，根据要求进行安装，严禁错埋和漏埋。为避免埋件错埋和漏埋，浇筑前土建与金结之间互签埋件会签单，经监理验收确认后方可浇筑。浇筑过程中，注意对各种埋件的保护，混凝土下料和振捣时，避开埋件，防止碰撞埋件变形。混凝土料质量控制。混凝土坍落度控制在1416 cm，对于坍落度过小的混凝土严禁下料，以保证混凝土输送不堵管。要求承包人在井口设置专职试验人员定时进行混凝土初凝时间检测试验，防止混凝土因初凝时间变化，导致混凝土垮塌事故或出模混凝土强度过高混凝土被拉裂的现象发生。型体质量控制措施。在井筒内设4根直径10 cm垂吊线坠。以校核竖井结构中心偏移，门洞、梁窝和预埋件位置，井中心线滑模每滑升10 m校核一次滑模的水平偏移，楼梯井、管道井的垂线每2 h观测，及时纠偏，并做好记录。滑模施工完成后，由监理组织业主测量中心及施工方测量等三方进行混凝土形体联合测量，高361 m的竖井混凝土形体最大点偏差为4.90 cm，形体控制良好。4结语乌东德水电站右岸地下电站出线竖井属大断面、深竖井、多孔室，施工过程中采取标准化的施工方案、施工流程、安全管理体系和精细化的质量安全控制措施，保证竖井施工人员通道、材料设备运输、开挖支护、滑模混凝土等各施工环节的安全及实体质量，实现零伤亡、零塌方的“双零”目标，取得良好的实施效果，并为水电市场后期大断面、深竖井、多孔室出线竖井的施工提供很好的借鉴经验。参考文献：1 王长城.乌东德水电站右岸地下厂房不良地质段岩锚梁开挖技术 J.四川水利，2020，42（2）：56-59.2 齐界夷，贺明武，唐昭醒，等.乌东德水电站左岸地下厂房快速安全开挖支护施工技术J.施工技术，2021，47（7）：132-135.收稿日期：2022-9-18编辑：雍友玉34