高海拔區深斜井襯砌施工技術研究

周 峰，侍克斌，白現軍

(1.新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052;2.葛洲壩新疆工程局，新疆 烏魯木齊 830000)

布侖口—公格爾水電站位于新疆維吾爾自治區阿克陶縣境內，是蓋孜河流域梯級開發中的第一級水電站，主要任務是灌溉、發電和防洪。水庫正常蓄水位3 290.00 m，總庫容6.44億m3，總裝機容量200 MW，保證出力69.8 MW。其中引水系統的壓力管道段含有傾角60°、總斜長656 m的斜井段，為了便于施工，斜井段沿斜長分為3段，中間由水平段連接。引水斜井段位于2 632.6～3 220 m之間的高海拔區，由于氣壓低、缺氧，施工機械的穩定運行和施工效率大大降低，這既影響了施工安全又增加了施工成本，施工難度很大。在斜井段襯砌施工過程中，對襯砌施工方案、混凝土澆筑、灌漿等方面做了一系列的研究改進，取得了良好效果。

1 斜井襯砌施工方案

布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段分為上斜井段、中斜井段和下斜井段，如圖1所示。上斜井段斜長296 m，傾角為60°，縱坡1∶0.577 8，中心線3 223.0～2 950.0 m高程;中斜井段斜長280 m，傾角為 60°，縱坡 1∶0.577 8，中心線 2 950.0～2 719.5 m高程;下斜井段斜長80 m，傾角為60°，縱坡1∶0.577 8，中心線2 719.5～2 632.6 m高程。斜井段開挖斷面直徑4.2 m，襯砌后直徑為3.0 m，采用鋼板襯砌，回填C20混凝土，厚60 cm(見圖2)。在鋼板與混凝土之間進行接觸灌漿，在頂拱120°范圍內進行回填灌漿，對圍巖進行固結灌漿，灌漿深度2.0 m，間、排距2 m，梅花形布置。

圖1 斜井襯砌施工布置示意

圖2 斜井襯砌示意

斜井段施工通道有3 223 m高程上平洞、2 950 m高程中平洞、2 719.5 m高程的水平洞、2 632.6 m高程下平洞等，故在進行壓力管道斜井段混凝土施工時，充分利用現場施工條件，進行合理的布置，上、中、下斜井段分別采取不同的入倉手段，以確保斜井混凝土的正常施工。

布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段總斜長長度很大，為更好的順利完成各項工作，采用鋼管段安裝與外包回填混凝土交叉同步進行的方式進行。先由金屬結構安裝施工隊與土建施工隊伍進行下彎段的鋼管安裝及混凝土澆筑施工。完成后，由金屬結構安裝施工隊進行鋼管安裝至一定長度(一般不超過50 m)，就進行混凝土回填施工，待該段混凝土完成后，進行上部鋼管段的安裝，再進行回填混凝土安裝施工，依次類推完成整個斜井段的施工任務。

具體施工方案為上斜井段混凝土回填從2 950 m高程的中平洞開始，采用混凝土輸送泵完成上斜井段下彎段和上斜井段下部混凝土回填(共完成約140 m)，當混凝土輸送泵輸送能力不能滿足高度要求時，上斜井段混凝土入倉采用從壓力管道高程3 223 m的上平洞進入，通過架設的兩套Φ150混凝土溜管溜送入倉，完成整個上斜井段混凝土回填施工任務。

中斜井段施工布置與上斜井段基本相同。先采用混凝土輸送泵從2 719.5 m高程的水平洞進入，完成中斜井段下部長約125 m范圍內的回填混凝土施工，然后采用Φ150混凝土溜管從2 950 m高程的水平洞進入，完成剩余部分的中斜井混凝土回填施工，混凝土輸送泵布置在壓力管道2 719.5 m高程的水平洞。

下斜井段施工布置采用混凝土輸送泵從2 632.6 m高程的下平洞進入，完成下斜段全部長約80 m范圍內的回填混凝土施工。

2 斜井襯砌施工

壓力管道斜井段襯砌施工工藝流程為:施工準備→鋼管安裝→混凝土回填→灌漿。

2.1 施工準備

斜井段襯砌施工的施工準備主要是施工定位測量工作，即先采用激光儀標定斜井段中心軸線，再配合放樣儀來測量控制壓力鋼管安裝施工用的軌道位置?？紤]到斜井放線的特殊性，需在斜井水平洞內布設控制點，控制點由施工水平支洞洞外控制點導入。對斜井中心軸線、軌道位置線和導線點要定期進行檢查、復測，確保測量控制精度和準確性。

2.2 鋼管安裝

斜井鋼管安裝施工如圖3所示，斜井段水平洞的首端節鋼管安裝是控制斜井軸線和斷面的關鍵。每個斜井壓力鋼管的安裝都是從其下部的水平洞開始，先安裝下部的水平洞的首端節鋼管，再從下往上依次逐節進行鋼管安裝，直至該斜井的上部轉彎處鋼管節段與上部水平洞的首端節鋼管相貫通。壓力鋼管每節段為5 m，在洞外由鋼板拼接而成，再經過運輸由施工水平支洞進入斜井段。進行鋼管安裝前先要進行軌道鋪設，并架設卷揚機、電動葫蘆、轉向輪、工作臺等設備，軌道鋪設必須嚴格控制在設計位置，并做加固處理，這樣才能準確控制好鋼管安裝后的軸線，達到安裝質量要求。然后在鋼管的安裝，鋼管連接安裝采用手工焊對接工藝，焊縫質量檢驗由業主聘請第三方進行專業的質量檢驗與施工方自檢相結合的方式，嚴格控制焊接質量。

2.3 混凝土回填

由于水平洞支洞內均有安裝壓力鋼管所需要的軌道，混凝土罐車無法直接把混凝土運送至斜井上部井口，因此在水平支洞端頭布置混凝土泵，混凝土拌和站完成混凝土攪拌后利用混凝土罐車運送至混凝土泵位置，混凝土泵輸送混凝土進行回填施工。

進行斜井段下部混凝土施工時，采用混凝土輸送泵通過泵管直接入倉的方式，施工結構如圖4所示。施工時混凝土泵布置在彎段的下游側，應盡量縮短泵送距離。進行斜井段上部混凝土施工時，利用混凝土泵把混凝土輸送至斜井井口位置。在斜井井口彎段設受料斗，受料斗底部下接錐管直接插入下部的溜管內，通過溜管將混凝土溜送至澆筑倉內。由于斜井傾角很大，混凝土澆筑的工作面基本為水平面，入倉混凝土利用軟軸振搗器完成振搗。

圖3 斜井鋼管安裝施工示意

圖4 斜井混凝土施工示意

混凝土溜管選擇受混凝土入倉強度、混凝土下落高差、壓力鋼管安裝運輸和斜井斷面尺寸及超欠挖等的限制。同時如果選擇小孔徑溜管，混凝土輸送強度和溜管內空氣補充率將大大降低，容易發生堵管現象。本壓力管道斜井段，混凝土設計工程量為6.78 m3/m，混凝土落差控制在2 m以內，下落速度較快，對管路的磨損較大，因而工程溜管采用Φ150泵管，每個斜井段布置兩套溜管。施工時可以同時使用，并且當一條溜管堵管之后，另一條溜管仍然可以繼續進行。根據現場的施工條件，溜管布置在鋼管運輸軌道的外側，距離軌道約20 cm，兩側對稱布置。利用壓力鋼管安裝運輸臺車運輸溜管至安裝部位。溜管管路的安裝以不影響斜井壓力鋼管的運輸安裝為宜。

混凝土施工過程中的通訊采用對講機進行溝通，在洞內下料處(混凝土輸送泵處)布置2臺(一臺備用)、倉內布置2臺(一臺備用)，洞外按照正常施工需要配置通訊資源，將斜井倉內、受料斗(混凝土輸送泵處)和拌和站協調統一起來，澆筑過程中以斜井倉內為指揮中心，混凝土輸送系統堅決服從井內人員的指揮。

3 斜井段襯砌施工中技術改進

布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段襯砌施工由于地處高海拔區且斜井坡度很陡、斜長很長，施工中遇到了很多困難，但通過多項技術改進，很好的解決了這些問題，主要體現在:

(1)斜井段回填混凝土施工中，陡傾角、長斜井采用不設置任何緩沖設施的溜管輸送混凝土，混凝土質量成為關注的焦點。為保證混凝土質量，對混凝土拌和與運輸環節，施工方試驗室人員實時進行監控，并且試驗人員要跟蹤到倉號，根據實際情況及時調整配合比。

(2)混凝土回填施工時，混凝土振搗密實是保證混凝土質量的關鍵。但是斜井開挖斷面的局部欠挖，壓力鋼管的加勁環，加固壓力鋼管和溜管的錨筋等都嚴重影響著混凝土振搗工作的順利進行。在使用常態混凝土的斜井段，施工方加強責任管理，嚴格控制每一倉混凝土的振搗密實。在本引水斜井的上斜井段，成功采用了自密實混凝土的施工。自密實混凝土具有較好的流動性、充填性、窄間隙通過性和抗離析性，是依靠自身重力就能自動密實的混凝土，可以很好的解決上斜井段混凝土振搗的難題，提高了施工效率。

(3)斜井襯砌采用先將壓力鋼管安裝一段，然后進行混凝土回填，鋼管安裝與回填混凝土交叉同步進行。斜井軸線和斷面由首端節壓力鋼管安裝來控制。施工進度和施工質量均滿足要求。

(4)斜井段回填混凝土施工中，深長倉內人員交通問題比較突出，倉內因鋼管安裝完后局部空間尺寸不能滿足人員上下的要求，施工人員沿軌道加固插筋上下存在較大的安全隱患。施工時利用了壓力鋼管加勁環，在鋼管背面焊接爬梯，并在已安裝鋼管上口搭設環向平臺，施工人員通過平臺至鋼管背部，沿施工爬梯進入混凝土澆筑倉內，順利解決了狹小空間內施工人員移動的問題。

4 結語

改進后的襯砌施工技術在布侖口—公格爾水電站壓力管道斜井段已得到成功應用，其不僅克服了施工難度大、技術要求高、安全因素復雜等困難，而且具備施工操作簡單、加快施工進度、大大降低施工成本的優點，在陡傾角、長斜井的襯砌施工中有廣闊的推廣應用前景。

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