斐济水电站小断面竖井施工技术

1、斐济水电站小断面竖井施工技术【摘要】斐济南德瑞瓦图水电站工程引水系统调压井 高约90m，内径2.5m (开挖直径3.3m),采用混凝土衬砌。 本工程在施工过程中针对工程特点，对开挖及支护、混凝土 衬砌施工分别采用了矿用凿井井架和倒吊滑模系统等施工 技术，并取得了成功。本文详细介绍了该工程的施工方法， 为类似工程施工积累了成功经验并提供借鉴。【关键词】调压井 ，凿井井架， 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中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：1 工程概况南德瑞瓦图 ( Nadarivatu )水电站工程位于斐济 Viti Levu

4、 岛中南部， 工程的主要作用是拦河蓄水发电。 工程主要包括： 拦河坝、引水系统、电站厂房、 132KV 开关站和输变电线路 系统等。工程坝址位于 Qaliwana 和 Nukunuku 河流汇流处， 工程以上控制流域面积 92.7km2 。挡水建筑物为混凝土重力 坝，最大坝高41.5m，坝顶长度87.84m ,活库容1,000,000m3, 最大库容2,000,000m3。引水系统的引水流量15m3/s，厂房位于 Ba 河上，总装机 44MW ，装机两台 5 喷嘴垂直冲击式 水轮发电机组，每台 22MW 。引水系统包括进水塔、引水隧洞、调压井、压力管道和 岔管等主要建筑物，引水流量为15 m3

5、/s。引水隧洞总长约1936m，走向为NE77.02 °，底坡0.987%，横断面选用马蹄 形断面。引水隧洞出口接压力管道，管道总长约1450m，管径为2.25m。调压井位于引水隧洞出口上游约140m处，采用阻抗式调压井，调压井高约90m,井身为圆形断面，内径2.5m。调压井开挖直径 3.3m，采用喷混凝土作为初期支护， 永久结构采用混凝土衬砌。调压井通过水平连接洞与引水隧 洞相连。2 施工方案确立引水隧洞调压井开挖直径仅为 3.3m,断面较小，施工作 业面狭窄，且地质条件差，以川、W类围岩为主，岩体破碎， 成井条件差。国际工程对施工安全有着较国内更为严格的要 求，其所采用的施工规范

6、均为较为先进的欧美规范（ASTM 、EM、BS等国际规范系列）。结合本工程特点并针对其所采 用规范的要求，通过对技术可行性、安全性及经济性等因素 的综合分析比较，本工程制定了完善可行且安全性高的施工 方案。2.1 开挖施工方案 调压井开挖施工对正井钻爆施工和反井钻机施工进行了比选。正井钻爆法施工相对传统、工作效率较低，本工程 调压井施工受作业面狭窄等条件限制，只能采用人工出渣； 反井钻机施工需从国内海运专用设备，成本较高，另外反井 施工需下部引水隧洞提供作业面，开工日期需视隧洞施工进 度情况确定，且底部出渣施工干扰较大。经过对多种因素的 综合分析比较，确定采用正井钻爆的施工方法，为提高施工 安

7、全性并弥补施工效率低的缺点，在施工中引入了在国内矿 井施工中广泛应用且技术较为成熟的凿井井架系统。2.2 混凝土衬砌施工方案 调压井混凝土衬砌施工采用施工效率高、质量好的滑模施工工艺。但调压井开挖直径仅为3.3m，断面小，施工作业面狭窄，不具备多工序平行作业条件，无法采用常规滑模系统钢筋安装与混凝土浇筑平行施工工艺。为此，施工中对传 统的滑模施工工艺进行了优化调整，以适应本工程的施工条 件。具体作法为：采用钢筋与混凝土浇筑顺序施工的方案， 即首先一次性完成滑模施工部分混凝土结构的所有钢筋安 装，然后安装滑模系统，进行衬砌混凝土浇筑。由于滑模系 统的安装在钢筋安装完成后进行，导致滑模的爬竿不能采

8、用 常见的预埋形式布置，为解决该问题，采用倒吊支模法，将 爬升系统的液压千斤顶布置于调压井井口，采用钢管垂直连 接下部的滑模，将常见的“爬升”形式改为了“提升”模式3 开挖及支护施工3.1 施工方法简述开挖施工采用正井法施工。采用手风钻钻孔，光面爆破 掘进，人工装渣；出渣方式采用人工直接装吊桶提升，由于 地质条件较差，井筒施工采用短段掘进方式，循环进尺有效 段高1.5m;钻爆、出渣、喷锚支护交叉进行。3.2 凿井井架提升系统垂直提升设备选型是竖井施工的关键，为了提高施工效 率，确保施工的安全性，本工程借鉴相关行业类似工程的成 功经验，引进了在国内矿井施工中广泛采用的凿井井架提升 系统，其施工工

9、艺成熟，安全性高。调压井施工采用I型钢管凿井井架提升系统，其主要配 置包括：(1) 井架：I型矿用凿井井架1套，高12m，顶部为 天轮平台，设置有凿井提升天轮 1 个、吊盘悬吊天轮 2 个、 稳绳悬吊天轮 2 个；中部设置一层作业平台，安装有自动翻 渣装置；(2) 主提设备：JTK1.2 X 1提升绞车1台，负责装碴提 升、人员上下和小型材料运输；( 3)吊盘绞车： JZ-5/400 型凿井绞车 2 台；( 4)稳绳绞车： JZ-5/400 型凿井绞车 2 台；( 5)封口盘：位于井口，采用钢结构现场制作，封口 盘将井口完全封闭，设置封口门供渣桶及吊笼进出；( 6)吊盘：吊盘为双层钢结构，上层

10、盘为保护盘，下 层盘为工作盘，上、下层间距 3.0 m;悬吊点设在上层盘， 吊盘用两根钢丝绳悬吊，吊桶提升用的 2 根稳绳也悬挂于吊 盘上盘;信号系统设在下层盘。3.3 开挖施工 在施工准备期内，凿井井架组装、提升设备和提升设施 安装期间，利用挖掘机，手风钻配合人工开挖完成井筒临时 锁口施工;锁口下开挖 25m 后，安装封口盘、吊盘和井架操 作平台，吊挂管线，再进行井筒的正式掘砌施工。井筒开挖采用手风钻钻孔， 光面爆破掘进， 钻孔深度 2m， 有效进尺1.5m;出渣采用人工装渣，提升容器为 1m3翻转 式渣桶，采用井口自动翻渣，石渣由溜槽卸入集渣坑中，然 后采用装载机装自卸汽车运至渣场；锚喷支

11、护、出渣交叉进 行，根据地质条件，在掘进 36m后，进行喷锚支护，此种 方法简化了施工工艺、缩短了围岩暴露时间，有利于提高机 械化程度和快速施工，且安全性好。在施工中遇到断层破碎带或岩性较差等不良地层， 采取缩小掘进段高、增加锚网喷临时支护、改善光爆效果等 措施。4 混凝土衬砌施工4.1 滑模设计4.1.1 设计思路 所有结构钢筋绑扎完成后进行滑模安装及衬砌混凝土 浇筑，对前期开挖及支护施工中使用的吊盘进行改装，作为 混凝土浇筑施工的下料平台，与滑模系统配合施工，并对滑 模滑升摩阻力和拉杆的抗拉强度进行复核。4.1.2 滑模结构组成（1）模板系统 模板系统包括模板、环梁、辐射梁、提升架、操作盘

12、、 辅助盘等。模板由 P1015 组合钢模板拼装组成。环梁用于固 定模板承受水平荷载和竖向荷载，并将其传递到辐射梁上， 环梁和辐射梁采用角钢桁架式结构。混凝土的侧压力大部分 通过环梁传递到辐射梁上，由 8 根对称布置的辐射梁支撑环 梁承受混凝土的侧压力。（2）操作平台系统 操作平台系统主要包括井口提升系统平台、吊盘受料平 台、滑模上部浇筑平台及下部抹面平台。 井口提升系统平台由开挖施工时的封口盘改造而成， 由“井”形钢梁、盖板及井盖门组成。滑升系统的液压控制 台和穿心式千斤顶布置其上。井口提升系统布置见图1。图 1 井口提升系统布置图（图中单位以 mm 计） 吊盘受料平台由开挖施工时的吊盘改装

13、而成，由吊 盘、集料斗、分料溜槽和下料溜桶等组成。 滑模上部浇筑平台由木板铺设在滑模上层环梁和辐 射梁上形成，作为混凝土浇筑平仓、振捣的作业平台。 滑模下部抹面平台主要供混凝土浇筑后抹面作业使 用，由吊杆、横梁、脚手板及护栏组成，悬吊于滑模底层环 梁桁架上。滑模结构示意见图 2。图 1 滑模结构示意图（图中单位以 mm 计）4.2.3 液压滑升系统 液压提升系统是滑模向上滑升的动力装置，由拉杆、液 压千斤顶、液压控制台和油路等组成。拉杆是千斤顶提升滑 模的轨道，采用 48mm x 3.5mm钢管组成，由井口伸至滑 模底部，将滑模与井口的液压千斤顶连接。拉杆采用内套钢 管连接，16mm高强螺栓固

14、定，连接要求同一高程上接头 不超过 2 个，且相邻支撑杆接头应错开。液压千斤顶采用 8 台 HY-60 型穿心式楔块千斤顶。液压控制台选用 ZYXT-36 型自动调平液压控制台。4.2 滑模施工4.2.1 施工准备 滑模施工前必须做好各项准备工作，主要包括井口作业 平台形成，爬杆、千斤顶安装、液压系统准备，滑模组装， 井口拌和系统形成等工作。滑模按设计图纸在加工车间制作后，运至调压井井口平 台进行组装，采取整体吊装下放至工作面。滑模系统组装完 成后，进行空载滑升试验，确认滑模系统可正常运行后方可 进行调压井衬砌混凝土施工。4.2.2 滑模施工（ 1 ）初始滑升首批入模的混凝土分层连续浇筑至60

15、70cm高后，当混凝土强度达到0.20.3MPa时，便开始试滑升。试滑升是 为了观察混凝土的实际凝结情况，以及底部混凝土是否达到 出模强度。因全部荷载已由拉杆承受，此时应特别注意拉杆 有无弯曲、扭动变形，千斤顶、油管接头有无漏油现象，模 板的倾斜度是否正常等。（2）正常滑升 滑模经初始滑升并检查调整后，即可正常滑升。正常滑 升时应控制速度为 3060cm/h，每次滑升 2030cm，控制 日滑升高度为812m。滑升时，若脱模混凝土有流淌、坍 塌或表面呈波纹状，说明混凝土脱模强度低，应放慢滑升速 度；若脱模混凝土表面不湿润，手按有硬感或伴有混凝土表 面被拉裂现象，则说明脱模强度高，宜加快滑升速度

16、。模板 在滑升过程中随时检查偏移情况，及时进行纠偏处理。4.2.3 滑模纠偏（ 1 ）产生偏移的原因滑模发生偏移主要由两种原因造成：模板内混凝土的 侧压力不均衡而使模板发生偏移；千斤顶不同步造成模板 产生倾斜，甚至发生扭转。如果不及时纠正，会随着倾斜模 板的上升而发生偏移。为防止模板发生偏移，针对产生的原 因不同，应采用不同的措施进行预防和纠偏，纠偏按渐变原 则进行， 1 次纠偏不能过大，否则会造成局部变形过大，混 凝土保护层不一致，模板及平台过分倾斜，拉杆弯曲变形， 滑升阻力增大。（2）测量控制 模板初次滑升，其设计的断面尺寸必须准确，当模板组 装好之后，要求精确的对中、整平。之后，在井口上

17、方中心 位置放置铅垂，垂线穿过滑模上预留的中线孔，下放到模板下方。在滑升过程中，时刻观察模板与垂线的相对位置。（3）改变下料方向与初次滑升模板固定 下料正常时应对称下料，当模板发生偏差时，有意改变 下料方向， 保证模板不继续偏离设计线。 在整体滑升过程中， 应避免下料不均匀而对模板产生不均衡侧压力，因此要求混 凝土下料对称均匀，必须遵守入仓、平仓、振捣、滑升的顺 序。（4）拉杆水平连接 与常规滑模的爬杆不同，此滑模系统的拉杆由井口一次 安装至井底，拉杆长度较大，在外力作用下有可能产生侧向 位移或扭动，为了防止此类现象发生， 在施工中采用 48mm x 3.5mm钢管在拉杆之间设置水平连接，以避免其发生扭动，水平连接杆每 6m 设置一层。（5）对千斤顶不同步进行限位和纠偏 模板在滑升过程中发生偏移，最主要的原因是千斤顶不 同步，即模板中心线与井壁的中心线不重合。 在滑升过程中， 通过中垂线发现模板有少量偏移（一般在± 1cm 以内），利