木座水电站气垫式调压室施工.doc

1木座水电站气垫式调压室施工张贵华 王子明 高宏伟（长江三峡技术经济发展公司火溪河监理部 四川 绵阳）摘要：木座水电站气垫式调压室是在引进国外先进技术，并借鉴国内同类工程，大胆创新，采用钢包罩方案代替“水幕” 超压闭气方案克服了国内同类工程漏水、漏气严重，几天就须补气的现象木座水 电 站气垫式调压室一次性充气成功，标 志着气垫式调压室工程技术在国内首次获得成功在环境保护要求越来越高的今天，对中小型水电 站的设计、施工具有十分重要的意义关键词：木座水电站 气垫式调压室 施工1、 概述木座水电站位于四川省绵阳市平武县，是涪江上游左岸最大的一级支流火溪河水电规划梯级开发“ 一 库四级” 方案的第三级， 为引水式电站电站装机容量100MW，设计 水头 262.7m，引用流量 43.02m3/s是国内引进国外先进技术采用气垫式调压室工程技术施工的第四座电站于 2005 年 5 月开工，2007 年 10 月 1日并网发电2、气垫式调压室设计2.1 气垫式调压室选址气垫式调压室对围岩的地应力、透水性、稳定性等要求较高，根据 设计要求在压力管道（管）0+165m 、（管）0+55m 及气室探洞（气）0+090m 处开挖旁洞，进行常规压水试验、高压压水试验 、水力 阶撑试验和水压 致裂法三维地应力测量。

并在（管 0+55 处 ）开挖长 110m 的 3#地质探洞，根据 试验 数据及探洞开挖揭示的地质资料，确 定在压力管道左 侧沿 3#地质探洞方向布置气垫式调压室 2.2 气垫式调压室设计气垫式调压室工程包括气垫式调压室、气垫式调压室连接井、气室交通洞、空压机室和气垫式调压室气水系统组成气垫式调压室长 72m，开挖断面 为 18.3×13m(高×宽)的城门型；气垫式调压室连接井长 15m，开挖断面 为 4.5 m×4.5m(宽×高 )的城门洞型，在 压力管道( 管)0+55 处 与气室端 墙(气)0+00 相连，i=0.12 的坡度，兼作施工和检修通道；气室交通洞长 102m，开挖断面为 5.0 m×5.0m(宽×高) 的城门洞型，起点位于引水隧洞2k11+900 处与气室上游 墙(气)0+69.5 相连，气室交通洞在施工完建后进行封堵；空压机室布置在压力管道施工支洞内气垫式调压室围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，并有 F1 断层、J1 挤压带通过一期支护采用系统锚喷支护，局部稳 定性较差的岩体需采取锚杆加密、加深等加强支护措施，保证 岩体永久稳定并对 F1 断层、J1 挤压带进行裂隙固结灌浆处理，固结灌浆孔孔深 8m，间距 2m，沿挤压带及断层走向间错 布置，固 结灌浆压力为4.5MPa。

气垫式调压室防渗措施原设计方案为超压水幕式，即在气室顶部设置水幕廊道，通过水泵加压在气室周 围形成一个连续的超压水幕伞，达到闭气目的 为增强气室的闭气性，并借鉴 国内已建气垫式调压室的经验，气垫式调压室的防渗方式由原来的超压水幕式调整为罩式，即气室通过一层薄钢板达到闭气目的气垫式调压室永久衬砌采用钢筋混凝土内夹钢板衬砌，砼衬砌厚度为 1.2m钢筋混凝土用以固定钢板和承受机组丢弃或增负荷引起的地下水压力和气室气体压力之间的差压钢板仅 起闭气作用，厚度 为 12mm，材 质为 Q235钢板呈倒“U”形，内嵌在钢筋混凝土中，内 层混凝土厚 40cm，外 层混凝土厚 80cm，钢板上设置锚筋， 锚筋与钢板、内外层钢筋连接，使钢板与 钢筋砼联合受力，确保内、外压力变化时结构的安全稳定在整个钢筋混凝土外侧岩体设置平压系统，用以平衡气室钢筋混凝土外侧水压力和气室气体压力平 压系统由平压管和平压孔组成，平压管与平压孔相连，并与气室内水垫连通，平压 孔伸入岩体 4m气垫式调压室气水系统包括二台 15 m3/min、PN4.0MPa 的充气空压机和二台 3m3/min、PN4MPa 的补气空压机，充气、补气管路和气压、水压量测系统。

调压室初充气完成后，当调压室内 PL 值由于漏气下降至 补气值时，工作空压机自动启动向调压室进行补气，保证调压室气压的 PL 值 在设计范围内3、气垫式调压室施工施工程序：开挖支护→底板砼浇筑→一层边墙砼浇筑→平压孔造孔及平压管安装→边墙外层钢筋安装→龙骨及钢罩安装→边墙内层钢筋安装→边墙砼浇筑→顶拱外层钢筋安装→灌浆管预埋→顶拱钢罩安装→顶拱内层钢筋安装→顶拱内层砼浇筑→顶拱内层砼浇筑→回填、接触灌浆3.1 开挖3气室开挖在原有的 3#探洞的基础上进行,采用先打中导洞 6m×6.5m(宽×高)领进，按 i=0.2 的坡度上爬，开挖 时先不出渣，用反铲进行平整后，在石渣上搭设脚手架进行钻爆开挖，按照上述方法边垫渣边开挖至桩号气 0+70 处，高程为▽1276，顶 部及边墙预留保护层 (2～3m)进行光面爆破中部导洞拉槽完成后进行顶部的反向光爆扩挖扩挖 过程中在气 0+0～0+30 段常发生掉块、塌方现象，经设计现场勘察，根据已揭露的地质条件认为，存在 F1 断层及 J1 挤压破碎带，裂隙组合不利，造成部分块体塌落，存在较大的安全隐 患 经研究决定，暂停气室开挖，对 (气)0+0 ～0+30 段 顶拱进行安全处理。

处理措施主要有：① 对气室内部进行危石清除，然后进行锚喷 支护，支 护参数为：锚 杆直经 Φ25，间排距 1.5m，梅花型布置,奇数排 L=4m，偶数排 L=5 m；钢筋网直经 Φ8mm,间排距 15×15cm,喷砼厚度 15cm；对( 气)0+00～0+30 段断层 F1 和挤压破碎带 J1 进行深孔锚杆(L=9 m、Φ32@3×3 及@1.5×1.5)、 锚筋束(3Φ25@1.5×1.5)加固，并进行裂隙高压固结灌浆处理( 孔深 8 m、排距 2 m、每排两孔、压力 4.5Mpa)②在气室顶拱安装多点位移计及锚杆应力计，观测断 层及挤压带及附近岩体的收敛变形，为施工提供理论数据 后依据设计通知，更改气室方案，采用钢包方案代替“ 水幕”超压闭气方案，气室长度增加 12 m，气室桩号变更为(气)0+00～0+72，并增加气室交通洞气室中上部石渣通过气室交通洞运出气室边墙采用中部导槽领进，周边光爆扩挖跟进的方式系统锚杆支护紧 随开挖，开挖完成部分后及时进行锚杆支护 开挖采用人工手持 YT-28 手风钻进 行钻孔，采用锲形掏槽方式，孔深 2～2.5m ，孔径Φ40，周 边光爆，周边孔距 40～50cm，辅助孔孔间距 60～80cm ，人工装 2#乳化炸药,非电毫秒延期雷管微差挤压爆破。

由于气室开挖质量要求较高，开挖采取“ 短进行尺、小药量、弱爆破”中 导洞开挖完成后，选取典型断面进行边墙及顶拱的爆破试验，在取得较好的爆破参数(周边孔间距 30cm～40cm、线装药密度80～120 g/m、钻孔深度 2.2～2.8 m)后进行保护层开挖，并根据实际地质情况作相应的调整，在爆破的过程之中，每次爆破后， 查看残孔壁是否有裂痕，并根据具体情况调整药量或装药方式出渣采用钣铲、装 载 机(ZLC40 侧翻式)配合 8T自卸汽车经压力管道、进厂交通洞运至弃渣场气室交通洞开挖采用人工手持 YT-28 手风钻钻孔，自制简易工作平台，人工装 2#乳化炸药,非电毫秒延期雷管微差挤压爆破，全断面开挖成型，周边采用光面爆破4气垫式调压室洞挖自 2005 年 7 月开工到 2006 年 11 月 7 日洞挖全部结束历时 15 个月，其中由于设计变更影响约 7 个月3.2 衬砌3.2.1 平压系统施工平压系统由平压管主管、支管和平压孔组成主管 为 ф100 钢管，支管为 ф100钢管，平 压孔为 ф60，孔深 4m，主管、支管和平压孔 间排距均为 2.0m平压孔采用手风钻钻孔，主管与支管采用焊接连接，支管插入平压孔内 80cm，孔口用水泥砂浆封堵。

3.2.2 钢罩施工3.2.2.1 钢罩制作钢罩在加工厂制作，加工厂内布置有 W12-20X2000mm 型三辊卷板机一台，16T 汽 车吊一台，加工平台、防腐车间和材料、半成品堆放场钢罩所用材料为 Q235C 钢板，厚度 δ＝12mm,规格为 2m×6.5m墙面钢罩制作：墙面钢罩钢板共计 202 块，钢板重量约为 201t为加强钢罩的强度，防止钢罩钢板在运输 和安装过程中发生变形，便于安装，在 钢罩背面采用∠100×100×7 角钢进行加固，角 钢间距为 1000×1000mm顶拱钢罩制作：墙面钢罩钢板共计 72 块，钢板重量约为 103t顶拱钢罩半径为 R=6.986mm，圆心角为 109°21′46.8″(109.363°)的圆弧型结构，每延米13.34m2，气垫式调压室顶 拱共需用钢板 939m2顶 拱钢罩钢板由卷板机弯制成型，并在钢罩钢板后加圆环型加强钢板钢罩面板采用 2m×6.34m 和 2m×7.0m(长×环向宽)钢 板对接而成每 2m 宽设三道加强环，加 强环采用 δ＝16mm、宽 250mm的钢板制作下料及坡口采用半自动切割机切割，焊接焊缝制成 15°单边坡口在加工厂焊缝采取自动焊或手工电弧焊焊接。

钢罩制作长、 宽偏差值在±5mm 以内， 对角线差偏差值在 2mm 以内3.2.2.2 钢罩防腐钢罩钢板防腐在钢板加工厂进行，制作好的钢板由 8T 轮式吊车吊装在 3×6m的涂装台车上，通过轨道直接运进防腐车间进行防腐作业钢罩外壁喷涂水泥浆，内壁喷涂环氧金钢砂防腐涂料，涂层厚度为 200μm喷涂前将钢罩表面铁锈、油 污、 焊渣等污物清除干净 经除绣后的钢材表面尽快涂装，在晴天和正常大气压 条件下，最 长不超过 24h5环氧金钢砂防腐涂料由环氧树脂加入着色颜料，耐磨颜料，金钢砂及助剂等为 A 组分，以固化剂为 B 组分的双组分常温固化环氧特种漆具有良好的耐水性，耐油性，耐碱性和良好的附着力，防腐性能良好漆膜坚韧，耐磨防滑，光亮且无毒 3.2.3 钢罩安装3.2.3.1 施工准备在气室内共设置两台钢模台车和一台吊车平台钢模台车由珩架、模板和行走机构组成 钢模台车由 20#工字钢和 ф150 钢管制作， 结构尺寸：长× 宽×高为10×8×16m台 车行走由电机驱动，行走 轮轨道由 38kg/m 轨道制成钢模台车除用于砼浇筑外， 还兼做平压 系统、 龙骨和钢罩安装等施工平台由于气室底板为凹型结构，16t 汽车吊车在气室内无法展开施工，故制作了一台吊车平台，将 16t 汽车 吊车置于吊车平台。

吊 车平台规格尺寸为：4.41×10m，为珩架式结构平台行走由两台 电机驱动，行走 轮轨 道由 18kg/m 轨道制成吊 车平台载吊车可在钢模台车下部穿行，将平 压管、 龙骨和钢板等吊装就位从而充分利用吊车，方便了施工，加快了施工进度3.2.3.2 龙骨安装为固定钢罩钢板，便于安装和保证钢罩刚度，在 钢板后加设龙骨架 龙骨架采用 10#槽钢，间距为 2000-2500mm龙骨架由安装 锚杆固定，安装 锚杆L=1.8m，间距 2m×2m，锚入岩石 1.0m龙骨架安装 时，首先测量放线定位以确保龙骨安装在同一个平面上，按设计尺寸调整好后，采用∠63 #角钢与墙面上的安装锚杆进行焊接加固 3.2.3.3 钢罩安装墙面钢板安装：吊车平台载吊车在轨道上行走至安装位置，伸出吊车支腿固定，进行吊装作 业每个安装 单元为 4×13m，即 4 块钢板顶拱钢板安装：由于顶拱钢板安装的位置过于狭小，顶拱岩面与钢罩钢板安装位置相距 800mm除去 顶拱外层钢筋网，只有 500-600mm 的安装空间，无法直接吊装就位为此，在 16T 汽车吊延伸安装一个小型的鸭嘴式吊装导向架，把吊车吊钩延伸到钢罩钢板上方，进行吊装作业。

钢板吊装就位后采用 5T 手动葫芦进行微调每个安装单元 长为 10m，即 2×5 块钢 板 钢罩安装中心的极限偏差应小于 25mm始装节的里程偏差不应超过±5mm始装节两端管口垂直度偏差不 应超过±3mm 钢罩安装后，管口椭圆。