長距離防滲墻頂部切除施工技術在芝瑞抽水蓄能電站中的應用

付 紅 剛, 楊 云 志

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 611730)

1 概 述

芝瑞抽水蓄能電站位于內蒙古自治區赤峰市克什克騰旗芝瑞鎮,為一等大(1)型工程。該電站裝機容量為1 200 MW,裝設4臺、單機容量為300 MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機,額定發電水頭443 m,額定流量78 m3/s。電站主要由上水庫、輸水系統、地下廠房、地面開關站及下水庫等建筑物組成。

該電站攔沙壩混凝土防滲墻軸線長度為411.16 m,設計墻厚0.8 m,墻體材料為C30混凝土,防滲墻頂高程為1 113.5 m,防滲平臺頂高程為1 115 m。

攔河壩混凝土防滲墻軸線長度為356.72 m,設計墻厚0.8 m,墻體材料為C30混凝土,防滲墻頂高程為1 103.5 m,防滲平臺頂高程為1 105 m。按照設計要求,防滲墻混凝土澆筑完成后應對防滲墻設計高程以上1.5 m高的墻體、浮漿等進行切除;同時,防滲墻與左右岸心墻基座接頭部位按設計圖紙要求切除40 cm寬后進行二期混凝土澆筑。

鑒于該電站下水庫攔沙壩混凝土防滲墻軸線長度為411.16 m,攔河壩混凝土防滲墻軸線長度為356.72 m,合計長度約為767.88 m,墻厚均為0.8 m,若采用常規破碎頭等擾動性較大的機械設備破除將可能對防滲墻自身的抗滲效果和結構穩定造成破壞;若采用人工配合電鎬等小型設備進行破除,其成本高,工期長,無疑將對工程進度和成本控制不利。

通過市場調查了解到常規的切除設備中,既不產生大的擾動、又能快速進行切除的設備主要有三種:劈裂機、圓盤切割機和繩鋸,其各自又有優缺點。劈裂機最大的缺點是需要在切除線上事先鉆許多劈裂孔,墻體劈裂后也不能形成整齊的切面,后期需要由人工對切面進行修整;圓盤切割機基本只能豎向切割而難以通過改造成為可旋轉的圓盤切割機進行水平切割,而且防滲墻頂部需要反挖形成狹窄的作業面,導致大型的圓盤切割機無法布置;繩鋸不僅施工方便,操作簡單,能夠對主體結構進行無損切割,擾動小,而且能夠適應現場復雜多變的地形條件,亦能滿足現場施工條件要求[1]。因此,最終決定選用繩鋸對防滲墻頂部進行切除。

2 防滲墻頂部切除采用的施工程序

防滲墻頂部墻體切除施工主要包括防滲墻兩側填筑面開挖、防滲墻導向槽拆除、防滲墻頂部墻體切除等施工項目。根據防滲墻、帷幕灌漿施工現狀及結構布置情況,最終對防滲墻頂部墻體采取分段切除的方式。首先對防滲墻、帷幕灌漿已驗收合格的墻體部位進行切除;對于未完成帷幕灌漿施工的部位待其驗收合格后再進行施工,以確保防滲墻頂部墻體切除不影響大壩主體結構施工。而且按照防滲墻槽段進行切割、根據繩長可跨多個槽段進行切割。

3 防滲墻頂部切除施工

3.1 施工布置

(1)施工供電。根據實際用電情況布置了箱變接動力電纜至壩面配電柜以提供施工用電及照明用電。

(2)施工供風?，F場供風主要為切割后基礎面清理及穿繩孔鉆設,現場采用20 m3油動空壓機移動供風。

(3)施工供水。主要用水項目為繩鋸切割用水等。采用1臺10 t灑水車在施工場地泵坑抽水用以提供施工期間的用水。用水量較大時,直接在排水泵坑布置1臺25Q8-35-0.85潛水泵(Q=8 m3/h,W=0.85 kW,H=35 m)接Φ25 mm軟管至施工作業面供水。

(4)施工照明。在防滲墻切除施工期間放置移動照明燈,采用Φ48 mm×3.5 mm鋼管搭設燈籠架敷設,對于鋼管與電纜線接觸部位采用木板與δ=5 mm的絕緣膠皮進行絕緣處理,電纜及燈籠架的高度不低于2.5 m。照明燈具選用LED防爆燈,能夠滿足防滲墻切除夜間施工的要求。

3.2 施工方法

防滲墻、帷幕灌漿施工完成后,對防滲墻兩側的施工材料、設備等進行清理,以便于下一道工序施工。然后采用破碎錘對導墻混凝土進行破碎,破碎后的混凝土塊采用1.2 m3反鏟+20 t自卸汽車運至無用料場。導墻拆除后露出防滲墻頂部墻體,然后根據切割路線采用水磨鉆和風鉆在防滲墻頂部設計高程鉆Φ100 mm的透孔以便于穿鋸繩,在墻體靠近繩鋸機側安裝膨脹螺絲,固定導輪與萬向輪,除首段防滲墻切割外,將后續防滲墻切割萬向輪固定于1.2 m×0.6 m×0.3 m移動混凝土板上,設備布置完成后,沿防滲墻設計高程水平切割墻體。對于墻體,按照防滲墻槽段進行切割。在槽段連接處采用破碎錘進行鑿斷,鑿斷后采用破碎錘就地破碎,1.2 m3反鏟裝20 t自卸汽車至無用料場;將切割完成的墻體豎向再次切割成不大于2 m長的混凝土塊,采用16 t/25 t吊車將其吊至20 t自卸汽車運至無用料場,再破碎成小塊或直接堆存。

3.3 施工工藝流程

施工準備→測量放線→導墻兩側土方槽挖→導墻拆除→繩鋸安裝→防滲墻頂部墻體切割→防滲墻塊體破碎→挖裝運輸。

(1)施工準備。熟悉圖紙:設計圖紙下發后,項目部全體技術與管理人員必須仔細研究并熟悉圖紙,理解設計意圖,提出問題清單,提請監理工程師組織設計交底,根據設計圖紙及交底要求制定施工方案。

安全技術交底:施工前必須進行施工安全技術交底。安全技術交底工作要充實,內容要有針對性和指導性并提出實際操作要求,全體參加施工的人員都要參加交底,形成書面的交底記錄。了解并掌握工程地質與水文地質資料;完成施工現場的風水電布置;施工材料的采購及試驗檢驗;機械設備進場后進行設備的報驗審批,未審批通過的機械設備嚴禁投入生產施工;制定切實可行的安全技術措施及操作規程。

(2)測量放線。根據測量控制網、設計圖紙、施工方案等相關技術文件確定土方槽挖的范圍、防滲墻設計高程等。用白灰撒出溝槽開口邊線,攔沙壩防滲墻的設計高程為1 113.5 m,攔河壩防滲墻的設計高程為1 103.5 m,采用油漆每隔20 m標記高程,然后采用墨斗等工具標記防滲墻頂部的墻體切割線,確保繩鋸切割部位準確無誤。不得對保留部分造成破壞。

(3)導墻兩側的土方槽挖。在導墻兩側開挖溝槽以便于導墻的拆除,溝槽頂寬1 m,開挖溝槽深度為1.5 m,坡度不陡于1∶0.5以確保溝槽穩定,盡量不擾動過渡Ⅱ區的填筑料。槽挖主要采用1.2 m3反鏟開挖,人工配合,將開挖出的過渡Ⅰ料堆存在溝槽旁至少2.0 m距離,堆放高度不超過1.5 m以確保施工安全,同時便于后期回填。

反鏟開挖時,應向機械司機進行詳細交底,其內容包括開挖斷面、堆土位置和施工要求等,由專人指揮并配備測量人員隨時進行測量,防止超挖。開挖過程中,應注意開挖區域是否有埋地管線、預埋接地等預埋內容,若有應注意避讓;對于部分反鏟無法開挖的部位,采用人工配合進行開挖。

使用反鏟進行溝槽開挖時,反鏟應位于開挖側以防止溝槽垮塌。若沿挖方溝槽移動時,施工機械距溝槽上緣的寬度不得小于2 m以避免垮塌。

開挖過程中,應盡可能對已填筑的大壩結構減少擾動,不得對保留部分造成破壞。

在帷幕灌漿、防滲墻施工過程中,對防滲墻兩側大壩填筑面的污染部分應挖除至壩面以外。

(4)拆除導墻。防滲墻導墻采用破碎錘破除,其破除的大小滿足反鏟裝自卸汽車要求即可。導墻破除露出鋼筋后,采用剪鉗或電焊對導墻結構內的鋼筋進行割斷。

作業時,應保持安全距離,防止破碎混凝土塊傷人,采用警戒帶對破碎錘施工半徑以內進行封閉,禁止施工人員進入以確保施工安全。

破碎后的混凝土塊采用1.2 m3反鏟裝20 t自卸汽車運至無用料場,對于部分較小的碎渣采用人工進行清運,禁止其遺留在大壩填筑面內。

(5)繩鋸的安裝。繩鋸機(凈重380 kg)采用25 t吊車吊至施工工作面,人工利用繩鋸機底部車輪進行位置調整。

剪繩:根據現場繩鋸機擺放的實際位置及切割墻體的長度選定鋸繩長度,測量好其長度后用剪線鉗剪斷。

拔膠:用鉗子拔出繩子兩端頭至第一粒串珠處的橡膠(有彈簧的一并拔出)并預留適當的長度,不能露出基體。

扭圈:將繩子繞過設備飛輪及被切割對象,手拉鋸繩、磨平混凝土銳角形成所需鋸路后,選擇一自由端進行扭圈。為避免產生偏磨,一般要求初始扭圈次數盡量在3～4圈/m或以上。隨著繩子消耗的不斷增加,理論上扭圈次數應不斷增加。

對接:將扭圈完成后的繩子兩端頭塞入接頭內,用液壓鉗壓實。注意液壓鉗壓實接頭時其壓實部位應距兩端口一定距離,否則鋼絲在接頭處因不能自由彎曲而容易產生斷裂;接頭兩端應與串珠端頭接觸,否則接頭處的串珠因一端失去固定力而容易產生松動。繩鋸使用的初始階段宜采用大接頭,待其消耗過半后可換用小接頭。

根據外露的防滲墻頂部墻體,采用水磨鉆或風鉆在防滲墻槽段連接位置鉆穿繩孔,繩鋸沿混凝土切割線布置,安裝膨脹螺絲,固定導輪、萬向輪,采用1.2 m×0.6 m×0.3 m預制板進行萬向輪的固定,預制板內設單層雙向Φ16 mm@20 cm鋼筋網,預制板重約518 kg,大于繩鋸機重(380 kg)。繩鋸機與導向輪固定牢固后,根據確定的切割路線將金剛石繩鋸按一定的順序纏繞在主動輪和輔助輪上,必須注意繩子的方向應與主動輪的驅動方向一致。導向輪的邊緣與穿繩孔中心對準,確保切割面具有有效的切割速度并沿混凝土切割線進行。

安裝完成后,連接主電纜線并要求連接牢固,不得出現松動現象。

安裝調試好繩鋸機、準備開啟之前,仔細檢查繩鋸機的各個關鍵部件是否連接正常,安裝好安全防護裝置。安裝完成后對繩鋸切割工作面采用臨時圍擋或警戒帶進行維護,非機械操作人員禁止進入。

仔細檢查驅動飛輪、繩鋸環繞平面是否與待切割面處于同一個平面內。

繩鋸安裝使用過程中,應按照使用說明書進行操作。

(6)防滲墻頂部墻體的切割[2]。繩鋸機安裝調試完成后,啟動電動馬達,通過控制盤調整主動輪的提升張力,保證金剛石繩適當繃緊,啟動循環冷卻水,再啟動另一個電動馬達,驅動主動輪帶動金剛石繩索回轉切割。切割過程中必須密切觀察機座的穩定性,隨時調整導向輪的偏移以確保切割繩在同一個平面內。

切割過程中,通過操作控制盤調整切割參數以確保金剛石繩運的轉線速度在20 m/s左右;另一方面,切割過程中應保證有足夠的沖洗水量以保證對金剛石繩的冷卻和把磨削下來的粉屑帶走。水平切割時,水平孔口的冷卻水加入點隨鋸縫移動。冷卻水量要適當,過少的水量會燒毀繩鋸的注塑層,過多的水量會造成繩鋸打滑或拋光。切割時必須保證無粉塵噴出,噴出的水呈霧狀和水汽為最為合適。切割操作應做到速度穩定,參數穩定、設備穩定。

繩鋸切割完成后,對已切除面高程進行復核,若其未切除至設計高程,則可采用人工利用風鎬進行處理以確保防滲墻頂部墻體清除至防滲墻設計高程。施工過程中,不得對保留部分造成破壞,不得損傷預埋接地等預埋件結構。

當繩鋸機在導軌上快要運行到終點位置時,只要場地條件允許,應采用前后導軌置換的方法繼續進行鋸切作業。只有在場地條件不允許的情況下,方可采用移機剪繩的方法繼續進行鋸切作業,以免造成繩鋸的浪費。

根據現場實際布置情況,導向輪若安裝在已切割的防滲墻墻體上,在不影響切割的情況下可將剩余面直接切透;導向輪安裝在正在切割的墻體時,在其剩于大約0.3～0.5 m2時停止切割,拆除導向輪,可將剩余面繼續切透。

(7)防滲墻塊體的破碎與挖裝運輸[3]。繩鋸切割過程中,必須按照防滲墻槽段切割,待完成一個槽段切割后采用破碎錘對已切墻體槽段連接處進行鑿斷并將其破碎成小塊,其大小能夠滿足1.2 m3反鏟裝自卸汽車要求即可,將所破碎的混凝土塊運至無用料場。對于切割完成的墻體豎向再次切割或鑿斷成不大于2 m長的混凝土塊,采用手風鉆在混凝土塊端頭各0.5 m位置鉆Φ50 mm孔(共2個孔)作為吊孔,采用25 t/16 t吊車將其吊至20 t自卸汽車運至無用料場,再破碎成小塊或直接堆存。挖裝運輸完成后,在反挖溝槽兩側設安全防護欄桿且需滿足安全要求。

4 繩鋸使用中的常見問題分析及解決辦法[4]

4.1 斷繩

斷繩主要包括鋸繩斷裂、接頭斷開兩種情況。

(1)原因。①機器沒放平穩或轉輪較松而導致繩鋸運轉不平穩、抖動頻繁,致使其中間斷繩及接頭頻繁斷裂。②追求切割效率、強行下刀導致繩鋸運轉弧度過大,張緊力過大,進而引起鋼絲繩斷裂。③注塑繩鋸使用一定時間后,將會有部分冷卻水及切屑注入到塑料和鋼絲繩之間,如果其停留時間過長,將會導致鋼絲繩生繡變脆,導致鋼絲繩中間提前斷裂。④接頭型號與金剛繩不匹配,接頭壓不緊。

(2)解決辦法。①在使用過程中應維護保養好設備以確保機器性能,盡量保持繩鋸運轉的平穩度,減少抖動。②合理調節繩鋸機行走的速度,在使用“自動”檔時,應合理調節繩鋸機主電機的電流旋扭使其不要過大,以免繩鋸因張力過大斷繩。③不要將使用過的繩鋸停放過長時間,比如半年以上。④金鋼繩專用接頭的型號要與金剛繩匹配,避免其過大或過小。此外,壓接頭的壓機不能有磨損,否則會造成壓不緊的情況出現。

4.2 偏磨

繩鋸使用過程中,串珠沒有沿圓周面均勻磨損而僅磨損串珠的某一面,導致串珠的某一面磨損嚴重甚至磨至鋼絲繩,而另一面則仍有較厚的工作層,此稱為偏磨。偏磨將導致繩鋸壽命大大縮短、提前報廢。

(1)原因。①使用前,根本沒有扭轉或扭轉圈數不夠。②下刀過大,繩鋸對切割對象施壓過大,導致串珠與切割對象摩擦力過大,從而阻礙了串珠繞鋼絲繩軸線轉動。③因橡膠的軟硬度不同而不能根據實際情況調整圈數,或因繩鋸沒拉緊。

(2)解決辦法。①按照規范使用要求并根據其使用程度在繩鋸對接前將繩鋸預扭轉(常規新繩鋸繞三圈;對使用過的繩鋸視具體情況繞圈,正?？衫@5圈)。②減小繩鋸的張緊度,降低電流。③應對不同廠家或不同型號的繩鋸加以區分,應根據實際情況調整圈數,安裝時一定要拉緊繩鋸等。

4.3 串珠錐度過大

繩鋸使用時,串珠的前端(前進方向一端)的磨損一般快于后端、出現一定的錐度(<0.2 mm)屬于正?，F象。但如果串珠前端直徑與后端直徑差超過0.2 mm時則可定為錐度過大。錐度過大反映串珠磨損過快,將導致繩鋸壽命偏短。

(1)原因。①切割時電流過大,因強行下刀而導致繩鋸串珠磨損加快。②切割線速度偏低而導致串珠磨損加快。

(2)解決辦法。①適當降低下刀速度。②適當提高線速度。

4.4 串珠松動及竄動

在繩鋸使用過程中,所使用的固定材料不能牢固固定串珠,從而使串珠繞鋼絲繩轉動或沿鋼絲繩竄動,使部分串珠間距發生變化,甚至出現串珠擁擠的現象。

(1)產生的原因。①切割時,由于繩子的局部彎曲半徑過小,彎曲應力過大,導致串珠與橡膠脫開,失去了橡膠對串珠的固定能力,易產生串珠松動。②冷卻水不到位或冷卻效果不佳,導致橡膠過熱老化而失去了對串珠的固定能力,易產生串珠松動。③繩子出現卡繩。應避免強拉強扭,否則串珠易被拉脫而產生松動。

(2)解決辦法。①切割時,采用導向輪合理調整鋸繩的彎曲半徑。②切割時,確保有充足的冷卻水使鋸繩處于冷卻狀態。③繩子出現卡繩時應適當放松鋸繩,對卡繩進行處理后再進行施工。

5 結 語

采用繩鋸對防滲墻頂部混凝土澆筑塊進行切除時其切割功率可達6 m2/h?？紤]到單次轉運設備、穿繩等準備工作需要3 h,每天正常切割時間為5 h,對于寬度為0.8 m的防滲墻,單臺切割機每天可切割37.5 m左右,施工效率較高。

對內蒙古芝瑞抽水蓄能電站防滲墻頂部混凝土澆筑塊切割,所采用的施工方法對防滲墻主體結構零損傷,切割面光滑、平整,施工噪音小、無粉塵、無廢氣排放,施工效率高,既能夠滿足不擾動防滲墻主體結構的要求,又能夠快速進行切割,進而降低了施工成本,亦保證了施工質量,大大加快了大壩施工進度,所取得的經驗可供類似工程參考。