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59浅议周宁抽水蓄能电站大倾角长斜井钢衬外包回填混凝土施工优化陈亚坤/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘要】周宁抽水蓄能电站引水系统下斜井钢衬外包回填混凝土施工是引水隧洞混凝土工程的重点，其施工安全、质量、进度是下斜井可否顺利完成保障按期投产发电的关键之一。由于施工空间受限，作业环境差，触电、物体打击、室息等安全风险极大，且混凝土浇筑施工困难，通过技术措施优化，斜井直线段回填混凝土由常规的12 3 0 m常态混凝土调整为6 0 m一仓的自密实混凝土，安全高效快速完成了混凝土回填施工，可供借鉴。【关键词】压力隧道压力钢管自密实混凝土1二工程概况周宁抽水蓄能电站位于福建省宁德市周宁县七步镇境内，电站装机容量为12 0 0 MW（4X 3 0 0 MW），电站距周宁县城公路里程约19km。输水系统和地下厂房工程为两洞四机布置形式，1号输水系统总长17 0 8.48 8 m，2号输水系统总长17 0 2.7 40 m。其中1号引水系统全长1210.128m，2 号引水系统全长117 3.10 7 m，1号尾水系统全长498.3 6 0 m，2 号尾水系统全长5 2 9.6 3 3 m。引水系统主管共两条，主管长均为5 5 6.0 1m。1号、2 号引水中平洞钢管内径为6.0 m，长度均为118.0 3 m；1号、2号引水下斜井钢管内径为6.0 m，长度均为308.48m（含上、下弯段），斜井角度为5 5，开挖断面为6 m7.5m（底高）马蹄形；1号、2 号引水下平钢管内径为6.0 5.4m，长度均为12 9.5 0 m（至钢岔管中心）；两条高压主管平行布置，洞轴线间距为5 0 m。两条引水钢岔管分叉形成四条引水支管，钢管内径为3.82.4m，长度均为6 3.45 m，四条引水支管平行布置，洞轴线间距为2 5 m。引水压力钢管管材采用Q345R高强钢板。2下斜井钢衬回填混凝土施工优化1号、2 号引水下斜井钢管内径为6.0 m，长度均为308.48m（含上、下弯段），斜井角度为5 5，开挖断面为6 mX7.5m（底高）马蹄形；钢衬回填混凝土采用C20F50二级配施工。对比同类工程，本着以人为本、安全第一的施工理念，采取一系列优化措施，采用自密实混凝土C20F50一级配浇筑斜井直线段回填混凝土，避免、减少受限空间人员备仓、下料、平仓和振捣工作，并由常规的12 3 0 m长常态混凝土一仓调整为6 0 m一仓，解决施工安全及效率问题。下斜井开挖断面为6 m7.5m（底高）马蹄形，钢管直径6 m，钢衬加劲环间距1.5 m，回填混凝土最小厚度0.5 5 m，斜井钢衬回填混凝土属于受限空间施工，且斜井角度陡，人员无法正常行走只能爬行振捣，人工在受限空间内爬行振捣施工难度大、安全风险高，且爬行振捣时受高处坠落、物体打击安全风险大，同时采用常态混凝土运距远、易分离，质量管理风险也大。自密实混凝土具有以下特点：（1）自密实性能好，混凝土浇筑时，不加振捣也能依靠自重均匀地填充到模板各处。（2）适用于形体复杂、钢管四周、孔洞周边等施工空间限制的工程结构。（3）适用于工期进度紧或普通混凝土无法实现的工程结构。（4）施工性能优越，可加快施工进度，减小劳动强度，可避免因施工空间较小、施工安全风险高等引起的振捣不足而产生的质量问题。（5）混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性能。由于自密实混凝土具有高流动性、抗离析、免振捣、良好的力学性能和耐久性能、浇筑速度快等优点，60混凝土工程既能避免因施工空间小、施工安全风险高等引起的振捣不足产生的质量问题，又能有效避免回填混凝土的“脱空”现象；且自密实混凝土可依靠自重均匀地填充缝隙各处，结合斜进特点可提高单仓浇筑长度，从而可为满足周宁抽水蓄能电站首台机组发电目标加快进度，确保施工安全，保证施工质量。经参建各方共同调研及多轮专家评审，最终确定钢衬回填混凝土采用C20F50一级配自密实混凝土，并由常规的12 3 0 m一仓调整为6 0 m一仓。3钢衬回填混凝土施工根据施工总进度计划，1号引水系统、1号尾水系统先过水发电，总体上先进行1号引水系统、1号尾水系统钢管安装及回填混凝土施工，再进行2 号引水系统、2 号尾水系统钢管安装及回填混凝土施工。钢衬回填混凝土采用分段安装分段回填混凝土循环施工方法。单条引水下斜井包括斜直段、上弯段和下弯段三部分。斜井直线段长度2 5 3 m，上弯段长度2 8.2 m，下弯段长度2 7.3 m；下弯段技术超挖部位分1仓，其余下弯段分2 仓（包含定位节）；斜直段分3 仓，每循环6 0 m；上弯段共2 仓，平洞段钢管安装原则上按18 m一仓，安装后进行回填混凝土施工；钢管端部预留1m不回填以便与后续钢管进行环缝对接。3.1斜井钢衬回填混凝土施工准备（1）埋件埋管安装。混凝土浇筑前进行斜井钢衬段接地扁钢、回填灌浆管、接触灌浆管等安装，回填灌浆钢管采用锚筋铁丝或膨胀螺栓固定在顶拱岩壁上，接触灌浆管采用FUKO管十PE管十钢管的布置形式，在钢管底部设置金属固定夹十支撑筋的形式对预埋管进行固定。预埋件均通过测量放线确定出设计安装位置，预埋件施工时要确保位置准确，按设计要求施工。预埋灌浆管需进行加固和密封措施，确保浇筑过程中点位不发生偏移和堵管，埋设安装时应详细记录施工过程，埋设完毕经检验合格后方可进行混凝土浇筑。（2）建基面及施工缝凿毛、清理。撬除岩面松动岩块，清除喷混凝土及锚杆施工时的残余砂浆，同时清除钢衬外表面的浮锈及其他有害物质，仓位准备就绪后用高压水冲洗干净抽排积水，同时清仓、凿毛及混凝土浇筑时应特别注意对预埋件保护。（3）溜管搭设。溜管采用2 19mm6mm钢管。考虑斜井深度大，普通溜管磨损严重，为提高耐磨性，选用锰钢管加工，每7 节（2 1m）设置1个缓冲器，每个缓冲器设置1个微型附着式振捣器，便于下料，斜井回填混凝土共安装1路溜管输送，若溜管存在堵管，可通过每7 节缓冲器上的合页开口进行疏通。混凝土浇筑时在底部设置分料口，上部设置下料斗，搅拌车运输混凝土至下料斗。当人仓下料垂直高度大于1.5 m时，加挂溜筒，以减小混凝土骨料分离。混凝土料输送钢管布置在轨道一侧，每节溜管（3 m/节）上设置圆钢吊耳，吊耳与插筋之间采用钢筋焊接牢固，插筋应深人基岩。每6 m（2 节）采用2g14mm拉条与插筋焊接加固，插筋应深人基岩。每21m（7 节）溜管上设置圆钢吊耳，采用1根g10mm钢丝绳与吊耳、插筋连接牢固，插筋应深人基岩。3.2混凝土浇筑自密实混凝土水平运输采用7.5 m混凝土搅拌车，中平洞为保障载人小车的钢丝绳及水平滑轮通过，设置了两个混凝土条带同时设行车停止挡车板，挡车板采用在沙袋后面加钢结构和$2 5 mm锚杆（锚杆孔内不注浆）缓解搅拌车冲击力，并在搅拌车倒车卸料时由专人指挥；斜直段下料采取在上弯段附近设置可移动式料斗，料斗及溜槽采用$48 mm钢管搭设固定，并与轨道锚杆焊接牢固，溜槽加集料斗配$2 19mm6mm溜管入仓。仓面验收之后，混凝土下料前先用水泥砂浆湿润溜管。混凝土人仓时应尽量使混凝土先低后高进行，钢管两侧各布置一根软式溜筒，左右侧均匀下料，防止混凝土过高堆积，避免钢管发生侧向移动。发现发生变形、移位时，及时采取措施进行处理。钢管外新浇筑的混凝土抗压强度达到5 MPa以上，方可继续安装钢管，在混凝土回填后至少14d内不允许拆除钢衬的内部临时支撑。3.3混凝土浇筑速度控制经计算，得出新浇筑混凝土理论上允许的最大深度为5 9.6 9 4m，最不利深度时钢管最大受压部位是新、老回填混凝土交界面与压力钢管的交叉位置。考虑到施工过程中的相关荷载等因素，初步取安全系数为1.8，混凝土初凝时间按6 h考虑，则可以得出斜井回填混凝土的上升速度应控制在5.5 2 7 m/h以内。引水下斜井平均超挖约为3 0 cm，6 0 m 长仓面实际浇筑方量约为1611.42m，1车7.5 m混凝土需3 0 min下完料，浇筑速度约15 m/h，6 0 m 长仓面需浇筑时间约4.5 d，现场实际施工过程中浇筑速度约为0.5 6 m/h，可满足稳定性要求。3.4压力钢管变形预防及抬动观测措施回填混凝土浇筑期间，每节钢管内部均采用两层井字型支撑作为支撑，为防止两端管口受混凝土外力而发生管口变形，在钢管两端管口分别设置一道八卦型支撑。钢管四周采用工2 8 工字钢进行支撑，可以防止在混凝土浇筑过程中产生左右及上下位移。为了能够在回填混凝土浇筑过程中对压力钢管的浮动进行实时观测，减小变形风险，在钢管腰线位置安装61浅议周宁抽水蓄能电站大倾角长斜井钢衬外包回填混凝土施工优化抬动观测仪。回填混凝土浇筑过程中，特别是最底层回填混凝土浇筑过程中，专人进行钢管抬动的数据观测，如果出现异常情况，立即停止混凝土浇筑，及时采取处理措施，处理完成后方可继续进行施工。3.5堵管预防及处理措施为减少混凝土落度损失影响其流动性，根据溜管下料状态及仓面混凝土质量情况，对施工配合比依据骨料含水等变化进行适当微调优化。为减少混凝土车辆现场下料时间，采用7.5 m搅拌车运输，在下料点喇叭口设置钢筋网，防止超径石和混凝土结块进人管内导致堵管；浇筑过程中如出现缓冲器处破口漏浆问题，可采用橡胶皮包裹等临时措施处置，待收仓后进行补焊；每仓次浇筑完后对溜管进行彻底清洗，清除管壁灰浆结块。浇筑过程中安排专人巡视，负责检查下料情况，并定时对缓冲器处附着混凝土砂浆进行清理。同时配置应急人员，出现堵管后迅速进行检查、割刀开口、管道疏通等处置。3.6冲击回波法检测钢衬外回填混凝土脱空情况钢衬外回填自密实混凝土密实检查采用冲击回波法替代传统的敲击法，加强对钢衬外回填混凝土密实度检测，根据检测结果及时调整、优化混凝土配合比和施工工艺。在下斜井首段（下弯段）、引水平洞及尾水平洞首段自密实混凝土施工后，由业主委托第三方物探中心立即采用冲击回波法探测其脱空情况，1号引水平洞段检测、尾水等部位检测结果均满足要求。4施工安全保证措施周宁抽水蓄能电站引水系统下斜井钢衬外包回填混凝土施工由于施工空间受限，作业环境差，因此触电、物体打击、室息等安全风险大，为保障安全施工制定形成一套防范机制。4.1安全保证体系建立健全的安全保生产证体系，层层落实安全生产责任制，强化全员安全意识。每周由设备物资科牵头对斜井提升系统进行一次安全检查。4.2安全保证措施安装作业全部在洞内进行，用电安全尤为突出，预热、焊接、消氢处理等用电量都非常大，为此选用优质的导线，并由专业电工进行电气设备安全操作，加强检查、维护，执行严格的用电安全规程。日常电工作业时，必须保证两人以上，一人作业，一人监护。施工照明用电采用2 4V照明灯具，所有动力线、照明线穿绝缘线管。施工人员乘坐运输小车采用6 t双筒绞车做牵引限载8 人，并设置限载保护器、限位开关和平衡油缸，防止过载、过卷跳绳事故的发生。严禁超载小件运输需防护，绞车启、停速度逐渐增大或减小。4.3应急措施整个施工过程严格执行先通风后检测（对有毒有害气体含氧量进行检测）再作业的步骤，针对受限空间、钢结构及混凝土施工中容易出现的安全问题，制定了专项的高处坠落、触电、机械伤害、物体打击、交通运输等专项应急方案。5结语工程钢衬外包混凝土采用自密实混凝土施工，与原定的斜井每12 m作为一个浇筑单元的方案，斜井浇筑单元长度调整为6 0 m，减少无损检测、缝面处理、交接验收等时间，缩短工期近16 0 d，同时有效解决了斜井角度陡、钢衬回填空间狭小的受限空间施工安全、质量两大难题，取得了比较理想的成果，可为类似工程施工提供参考。