陽江抽水蓄能電站2號支洞封堵施工技術的研究與實施

李 霞

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

陽江抽水蓄能電站位于廣東省陽春市與電白縣交界處的八甲山區,其開發任務以輸水發電為主。電站上水庫總庫容為2 836.5萬m3,正常蓄水位高程773.7 m;下水庫總庫容為3 105萬m3,正常蓄水位高程103.7 m。引水隧洞的最大靜水壓力高達800 m水頭,最大動水壓力約為1 108 m水頭。

抽水蓄能電站相比常規水電站最為突出的特點就是其超高的水頭作用及水道檢修。抽水蓄能電站水道的施工支洞設置有堵頭,由于其水頭高,灌漿壓力大,對堵頭封堵的整體性、實體及灌漿施工質量要求非常高。因此,如何快速、安全、優質、高效地完成堵頭的封堵施工就顯得尤為重要。

由于該電站高壓輸水隧洞支洞封堵處的操作空間有限,為避免混凝土振搗不均勻、不密實,最終選用高流態混凝土澆筑以提高混凝土的流動性和密實性。在混凝土澆筑過程中安裝了溫度計并在線監測,將其觀測成果與數字模擬溫度曲線進行對比,繼而及時調整混凝土的入倉溫度及通水冷卻;合理確定灌漿參數與灌漿壓力,加強對薄弱環節的灌漿。筆者以陽江抽水蓄能電站2號施工支洞堵頭封堵為例,對支洞封堵施工技術的研究與實施情況進行了介紹。

2 2號施工支洞的封堵

2號施工支洞的堵頭與引水中平洞Y1+158.861處相接,高程為351.512 m,洞口側終點高程為346.17 m,總長度為81.234 m。2號施工支洞堵頭混凝土施工共分Ⅳ期。2號施工支洞堵頭混凝土分倉剖面情況見圖1。

圖1 2號施工支洞堵頭混凝土分倉剖面圖

(1)Ⅰ期混凝土縱向長27 m,襯砌后的斷面尺寸為5.9 m×4.836 m～5.5 m×4.436 m(寬×高),為城門洞型,底板、邊墻混凝土的襯砌厚度為0.88～1.08 m,頂拱厚0.88～2.58 m,混凝土標號為C25W10F50,二級配,外摻MgO。Ⅰ期混凝土布置了回填、固結、帷幕與接觸灌漿,其中施工方案為固結灌漿7排,入巖深度為3 m;帷幕灌漿4排,入巖深度為8 m,化學灌漿4排,入巖深度為6 m;在Ⅰ期混凝土外側布置了2排接縫化學灌漿,入巖深度為3 m。

(2)Ⅱ期混凝土布置于引水中平洞與Ⅰ期堵頭混凝土之間,其為實堵段,混凝土標號為C25W10F50,二級配,外摻MgO。在Ⅱ期混凝土靠引水中平洞側布置了2排固結灌漿孔,入巖深度為8 m;在靠近Ⅰ期混凝土側布置了2排固結灌漿孔,入巖深度為3 m。

(3)Ⅲ期混凝土布置于I期堵頭混凝土外側,襯砌后的斷面為馬蹄型(3 m×3.5 m ),底板襯砌厚度為1.4 m,邊墻襯砌厚度為2.33 m,頂拱襯砌厚度為1.58 m,混凝土標號為C25W10F50,二級配,外摻MgO。Ⅲ期混凝土共布置了16排固結灌漿孔,入巖深度為3 m。

(4)Ⅳ期混凝土布置于I期堵頭混凝土與進人孔鋼管之間,為實堵段,總長度為26 m,混凝土標號為C25W10F50,二級配,外摻MgO。Ⅳ期混凝土與I期混凝土及進人鋼管之間需要進行接觸灌漿。

3 2號施工支洞封堵采用的施工方法

3.1 基礎清理

首先檢查其基礎面是否存在欠挖。對于局部欠挖的部位采用風鎬處理或挖掘機+液壓油錘破碎處理,敲除銳角巖石和倒角巖石,由人工清、撬松動的石塊,人工配合裝載機裝自卸汽車出渣,同時清理堵頭段、噴混凝土,避免形成滲漏通道。待施工斷面滿足設計要求后,用高壓水槍或高壓風槍沖洗巖面以保持巖面清潔濕潤、無積水、無松散石渣、灰塵、油污及雜質。

3.2 澆筑堵頭Ⅰ期混凝土

堵頭Ⅰ期混凝土澆筑縱向分2倉,按照底板+邊墻(部分)、剩余邊墻+頂拱的順序施工。

(1)支撐系統的搭設。底板邊墻設置C28 mm鋼筋立柱支撐腳手架及模板系統,立柱底部采用手風鉆鉆孔,孔深20 cm,孔徑42 mm并采用M20砂漿固定。

上部邊頂拱部分采用“滿堂腳手架+拉筋+組合定型鋼模板”施工。腳手架搭設的橫向間距為60 cm、縱向間距為60 cm,步距為120 cm,并按相關規范要求設置剪刀撐;邊墻采用“滿堂架+可調托撐+模板背楞支撐”;對于頂拱開挖鍵槽的部位采用“滿堂架+C22 mm鋼筋拉桿固定”,拉桿長2.5 m,入巖深度為2 m,外露0.5 m、間排距為1.5 m×1.5 m。

(2)測量放樣。根據設計圖紙測量放出準備立模分塊樁號的邊線,將建筑物體型的控制點線放在明顯地方,確定鋼筋綁扎和立模邊線并作好標記,在插筋上定出架立筋的點位并焊接加固架立筋。嚴格按放出的邊線及高程點位進行后續工序的施工。

(3)鋼筋綁扎。鋼筋安裝前,先依據施工詳圖所示的尺寸、位置進行精確的測量放樣,然后按照測量點放線標點定點、定位安裝。搭設骨架支撐鋼筋,然后按主要受力鋼筋和分布鋼筋的布局走向按其順序的先后將鋼筋穿插成型。對于底層或前后左右相鄰的先澆混凝土塊露出的鋼筋接頭需要采用特制的扳手調直校正后方能進行新的鋼筋安裝。鋼筋接頭需按施工圖紙規定采用焊接或綁扎搭接,其搭接長度必須符合設計和相關規范要求。主筋接頭采用焊接,其焊接長度為:單面焊不小于10倍鋼筋直徑,雙面焊不小于5倍鋼筋直徑,同一斷面的鋼筋接頭不得超過50%且接頭布置在拉應力較小處,不同截面的接頭應錯開50 cm。

(4)模板安裝。堵頭Ⅰ期混凝土模板采用兩層4.5 mm厚的竹膠板,模板背楞采用5 cm×10 cm方木,間距0.15 m,方木與定型桁架采用鐵絲固定牢固。兩層模板拼裝的接縫應錯開50 cm以上,拼縫必須嚴密并貼雙面膠。所有模板就位和安裝后必須按相關規范要求精確校核其位置,使模板位置符合設計及規范要求,模板表面應光潔、平整。模板安裝偏差的檢查采用全站儀進行,預留孔洞結構的尺寸采用鋼卷尺尺量檢查。對于邊墻部位,每隔2～3 m預留30 cm×30 cm振搗孔,以便于混凝土振搗。

(5)混凝土澆筑?；炷敛捎? m3混凝土罐車運輸至現場,HBT60混凝土泵泵送入倉,兩側對稱均勻下料以防止單側受力集中,保證支撐結構的穩定性,采用插入式振搗棒振搗,將下料厚度控制在50 cm以內?；炷翝仓陂g其入倉強度不宜過高,控制底板部位混凝土的澆筑速度,避免模板整體上浮。對于邊頂拱部位的混凝土可以按照正常速度澆筑,澆筑期間設專人旁站。

施工時建立了BIM三維仿真數字模擬,在混凝土澆筑過程中安裝了溫度計并在在線監測的同時與數字模擬溫度曲線進行了對比,以便及時調整混凝土的入倉溫度及通水冷卻[1],控制通水冷卻速度、溫度及在線監測混凝土溫度。

3.3 回填灌漿

回填灌漿利用頂拱預埋的固結灌漿孔進行?；靥罟酀{孔采用YT-28氣腿鉆鉆孔,孔徑為42 mm,孔深入巖10 cm?；靥罟酀{在襯砌混凝土達到設計要求的強度后進行,共分為兩個次序[2],先施工頂拱兩側Ⅰ序孔,再施工正頂拱Ⅱ序孔,灌漿由低的一端向高的一端進行?；靥罟酀{的壓力為0.5 MPa,在灌漿孔口處安裝壓力表以控制灌漿壓力?；靥罟酀{采用水灰比為0.5∶1的水泥漿。對于空隙大的部位,如果使用水泥砂漿,其摻砂量不得大于水泥用量的200%?；靥罟酀{在規定的壓力下停止吸漿并繼續灌注10 min即可結束。

3.4 固結灌漿

鉆孔完成后應采用壓力水對孔段的孔壁和裂隙以從孔底向孔外沖洗的方式進行沖洗,沖洗時間可至回水清凈時止且其不大于20 min。沖洗用的水壓采用灌漿壓力的80%且不大于1 MPa。選取5%的灌漿孔在灌漿前進行單點法壓水試驗,壓水用的壓力為灌漿壓力的80%且不大于1 MPa。固結灌漿采用純壓式、孔內卡塞、分段灌漿法,第1段卡塞設在襯砌混凝土與巖體結合的部位(騎縫卡塞),第2段卡塞深度為入巖2～3 m。固結灌漿按照“環間分2序、環內分2序”的原則由低到高、由底部向頂拱的原則施灌,由兩端向中間推進。固結灌漿采用五級水灰比:3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1(重量比),采用3∶1的比例開灌。灌漿壓力達到最大設計壓力后,待其注入率不大于0.3 L/min后繼續灌注30 min即可結束該孔的灌漿。

固結灌漿壓力的控制原則:第001段灌漿時,PQ值(壓力×注入率)按照不大于30 MPa·L/min的要求控制灌漿壓力的提升;第002段及以下灌漿時,PQ值(壓力×注入率)按照不大于40 MPa·L/min的要求控制灌漿壓力的提升。

灌漿結束后及時進行驗收,對于驗收合格后的灌漿孔及時進行封孔施工。固結灌漿的封孔采用化學灌漿[3],灌漿壓力為2～3 MPa。封孔完成后切除化學灌漿管,磨平孔口,要求其與混凝土表面齊平。

3.5 進人孔鋼管的安裝

進人孔鋼管在鋼管加工廠組圓并焊接成10 m/節,進人孔鋼管采用12 t隨車吊運輸至現場并卸車,由“人工+手拉葫蘆”將其移動至安裝位置。進人孔鋼管的現場焊接采用剖口焊方式,進人孔鋼管的焊縫按二類焊縫進行質量控制。普通管節的安裝質量控制要求為管節管口中心的最大偏差為20 mm;鋼管安裝后管口的圓度偏差不大于鋼管內徑的5‰,且其最大不應大于40 mm;對于管口,至少測兩對直徑;控制環縫的間隙和錯邊量,其錯邊量應不超過鋼管壁厚的10%,且其最大不應大于2 mm,將其間隙控制在0～4 mm。

焊接完成后進行超聲波探傷檢測, 管節的安裝質量采用全站儀及游標卡尺檢查。

3.6 Ⅱ～Ⅳ期混凝土施工

(1)準備工作。將Ⅰ期混凝土進行鑿毛處理[4]并將灌漿滲漏的水泥漿液清理干凈,預埋接觸及接縫灌漿管(現場預埋管采用壁厚1 mm的鋁管,配套同閥門使用)。經現場試驗得知,壁厚1 mm的鋁管能夠滿足灌漿要求。

(2)模板安裝。堵頭模板可根據分塊端部的開挖斷面采用木板現場拼裝,將堵頭模板的一端固定在進人孔鋼管上,另一端與開挖面緊密接觸,采用錨桿或插筋焊接拉筋進行固定。在堵頭模板頂拱設一個寬60 cm,高度不小于40 cm的進人孔作為澆筑材料輸送等進出倉面的施工通道,該進人孔待混凝土澆筑至頂拱時及時封閉。

(3)混凝土澆筑?；炷敛捎帽盟腿雮}、兩側對稱均勻下料以防止其單側受力集中,以保證進人孔鋼管的穩定性。采用插入式振搗棒振搗,將兩側下料高差控制在50 cm以內?；炷翝仓陂g其入倉強度不宜過高;必須控制混凝土的澆筑速度,避免鋼管整體上浮?；炷翝仓陂g設專人旁站,嚴格控制混凝土的澆筑速度、下料位置和振搗情況。采用“高流態混凝土+串筒”的方式施工,混凝土澆筑至鋼管底部時敲擊鋼管以解決封堵混凝土骨料分離、混凝土流動性差及進人孔鋼管底部澆筑不密實等問題。

3.7 接觸與接縫灌漿

化學接縫灌漿按照“環間分兩序、環內加密”的原則由低到高、由底部向頂拱的順序施灌?；瘜W接縫灌漿孔按設計要求深入巖體,采用全孔段灌漿壓力為設計壓力。接縫化學灌漿的總體施工程序為:由低到高、由底部向頂拱的原則施灌[5]。在接縫混凝土預留的灌漿孔上采用YT-28氣腿式鉆機進行鉆、掃孔施工,鉆孔直徑為42 mm。接觸灌漿采用預埋灌漿管路施灌。

化學灌漿前,連接注漿管路并經現場施工技術管理人員檢查合格后采用壓縮空氣將孔內的積水排除后開始注漿。開灌時,打開排氣管閥,采用低壓慢灌將孔內的空氣及水完全排出,當漿液從排氣管排出時漿液充填滿孔段后可關閉排氣閥門,逐級加壓施灌。開始灌注時,采用低壓大排量快速充填灌注孔,當回漿管返原漿后關閉回漿閥、提升壓力,觀察孔內的進漿量和壓力裝置。當灌漿壓力不變、流量持續下降時,上升1個壓力等級(1 MPa)繼續灌注。當上升1個壓力等級、流量無明顯變化時,可再升1個壓力等級。待化學灌漿壓力達到設計壓力且注入率為0.05 L/min后,繼續灌注30 min或到達膠凝時間后可進行閉漿。

4 結 語

陽江抽水蓄能電站2號施工支洞堵頭于2021年6月15日開始施工,已于2021年10月30日完成,較常規施工方案節約工期近3.5個月,混凝土施工單元評定優良率為94.2%。通過采用“高流態混凝土+串筒控制通水”冷卻速度、溫度及在線監測混凝土溫度,同時針對薄弱部位進行補強灌漿等施工措施,降低了堵頭充水后的滲流量,提高了堵頭運行的安全性,滿足了抽水蓄能電站在高水頭條件下對堵頭封堵的整體性、實體及灌漿施工高質量的要求。筆者總結并形成了《高壓輸水隧洞支洞封堵混凝土施工工法》。該堵頭封堵施工技術不僅適用于水電站支洞封堵混凝土工程施工,還適用于礦山工程、公路工程、鐵路工程等封堵工程,應用前景廣闊。