中小水电发电引水系统施工技术

　随着广大设计人员环境保护意识的加强，近年来，越来越多的中小水电工程发电引水系统采用隧洞形式，尽量避免选用渠道、明钢管引水等形式，以尽量减少工程建设对耕地的占用以及对环境的影响。芙蓉水电工程的发电引水系统由进水口、引水隧洞、调压井、隧洞式压力管道等组成，是十分典型的组合方式。该工程施工布置简单、实用，应用了混凝土泵、滑模等施工技术，投资省，施工进度快，符合目前我国民营水电站投资的总体要求。

一、发电引水隧洞设计

　　芙蓉水库位于浙江省常山县芙蓉乡，是一个以防洪、发电为主，结合灌溉、供水等综合利用的水利工程。水库总库容9580万m3，电站总装机容量16000kW。

　　芙蓉水库发电引水隧洞全长1682m。进水口为竖井式进水口。引水隧洞为有压圆形洞，隧洞开挖洞径4.0m，纵坡i=0.01。调压井为扩大上室的简单圆筒式调压井。调压井竖井开挖直径4.4m，衬后直径3.4m，上室开挖直径7.0m，衬后直径6.0m。调压井上室高16.0m，竖井高53.1m，调压井总高69.1m。

　　压力管道由上平洞段、斜洞、下平洞、岔管及支管组成。上平洞段为引水隧洞的延伸，采用C20钢筋混凝土全断面衬砌，衬后断面直径3.2m。斜洞倾角为45º，开挖洞径4.2m，衬后内径3.2m，首部39.58m为钢板内衬段，其余均为钢筋混凝土衬砌。下平洞总长 235.25m，开挖洞径3.6m，钢板内衬，外包C20素混凝土，衬后洞径2.6m，在隧洞出口前将钢管直径渐缩至2.2m。岔管位于隧洞出口，采用“卜”形岔，分岔角为58º，钢岔管和支管均采用C15混凝土外包。

　　为了保证施工工期，桩号1+045处设施工支洞，支洞开挖断面为3.5×3.5m城门型断面。

二、施工总布置

　　共设三个进洞点，即进水口、施工支洞、厂房下平洞。根据实际地形情况及施工工期需要，进行隧洞施工布置。

　　1．施工供风

　　进水口工区布置6m3/min空压机二台，用于进水口边坡石方开挖、闸门竖井开挖及平洞开挖。支洞工区布置10m3/min空压机一台，用于引水平洞及调压井石方开挖。下平洞工区布置6m3/min空压机一台，用于下平洞及斜洞石方开挖。

　　2．生产和生活用水

　　进水口生产生活用水取用溪水和山涧水；支洞工区生产用水从支洞明渠灌溉取水，生活用水取用自来水；下平洞施工生产用水从溢洪道▽180m处修筑的浆砌石坝内引接，生活用水取用自来水。

　　3．施工用电

　　在进水口、支洞及下平洞附近安装200 KVA变压器各一台，变压器旁边装有低压总配电箱，各工区生产、生活用电均可从变压器低压端接出。

　　4．砂石料系统

　　砂石料筛分系统布置在拦河坝上游200m处，砂石料加工采用装载机喂料，自制钢筋网筛粗筛分后，将过筛的半成品混合料运至振动筛分机上进行筛分，筛分机上安装二台水泵进行冲洗，经振动筛分后黄砂、骨料按设计要求进行分档堆放，利用2t农用自卸车将砂石料运至各施工作业面。

　　5．混凝土拌和系统

　　进水口布置350搅拌机一台，混凝土60泵一台，水泥库房一间。支洞口布置350搅拌机一台，水泥库房一间，混凝土采用0.4m3工程车运输。下平洞出口布置350搅拌机一台，黄砂、骨料料仓三处，水泥库房一间，混凝土80泵一台。

三、隧洞开挖

　　隧洞开挖采用预留光爆层二次爆破法进行掘进，即施工时超前开挖直径为2.0m的小导洞，预留50cm光爆层，二次爆破成洞的方法进行施工。

　　1．钻孔与爆破

　　采用YTP-24气腿风钻配φ42合金钻头湿式凿岩，利用各工区空压机供风，镀锌管导入。小导洞与扩洞工作面前后距离控制在6m以上。爆破采用2#岩石粉状炸药和乳胶防水炸药装药，毫秒差非电导爆管簇联起爆。

　　2．布孔与钻爆参数

掏槽眼布置9孔，其中空孔4只，装药孔5只，孔向相互平行，孔间距7～10cm，顺洞轴线方向垂直掌子面，孔深2.5m。崩落孔23只，孔深2.3m，沿掏槽眼周围渐开布置，孔间距70～90cm。周边孔20只，孔深2.3m，沿开挖轮廓线匀均布置，打孔外扒角为2°～4°。

3．通风与除尘

　　采用11kW轴流风机“压入式”供风，φ500风筒导入，进洞300m后，则采用混流式通风，同时增加一台11kW风机进行吸出，风筒选用胶质材料做成，悬挂在洞壁一侧。为保证洞内施工作业环境符合卫生条件，爆破后及时对炮碴进行喷雾、洒水等综合性防尘措施。

　　4．运输与排水

　　采用HB-60型耙式装岩机配2m3农用自卸车出碴，循环作业，每200m设回车道一处。隧洞内为自流排水，支洞下流及进水口则采用2.2kW水泵抽水。

四、隧洞混凝土衬砌

　　1．平洞抹底混凝土衬砌

　　隧洞抹底混凝土以50m为一个单元进行，采用人工清基并清洗干净，每5m断面岩壁两侧画出抹底高程线。混凝土开仓前，排净岩石面的积水和积碴后，采用二台0.4m3工程车运输混凝土，由里向外浇筑，插入式振捣器振捣密实，人工抹平。

　　2．进水平洞混凝土衬砌

　　水口方洞全衬段采用钢模板立模，人工双胶轮车运料，插入式振捣，由里往外，按先底板、后边墙、再顶拱顺序施工。进水渐变段混凝土衬砌为方变圆结构，模板采用松木板加工制作，在木工房加工完成后，运至现场进行拼装。采用方木进行支撑固定，对拼装的细小缝隙，用胶带纸进行贴面。人工进料平仓浇筑。浇筑时，注意模板两侧混凝土下料应均匀上升，防止模板移位。

　　3．闸门井混凝土衬砌

　　闸门井混凝土衬砌从下往上、分层分块进行，施工时分为11层，采用混凝土泵输送混凝土入仓浇筑。模板采用标准钢模，U形卡扣连接，钢管围檩对撑固定。混凝土浇筑采用插入式振捣器振捣，人工平仓，混凝土下料40cm厚开始振捣。

五、调压井混凝土衬砌

　　调压井垂直高差达69.5m，高程275m以下井身段混凝土采用滑模工艺衬砌，高程275m以上扩大上室段采用吊罐提升混凝土，人工立模浇筑。

　　1．滑模衬砌混凝土提升系统布置

　　沿调压井中心线位置292m高程布置钢结构天梁一道，天梁顶设滑轮组，利用2t卷扬机进行提升。

　　2． 模板拼装

　　采用标准钢模板。模板竖向围檩采用100#槽钢，竖向围檩与滑模平台梁焊接，水平围檩采用∠75×6角钢三道，模板高度150cm，每块模板宽度20cm，每块模板与水平围檩采用钢筋焊接固定。为便于滑升，模板拼装时下口必须保持6～10mm的锥度。

　　3．起始块混凝土施工

　　调压井施工时需保证斜洞作业面的交通畅通，调压井起始块混凝土施工设在井身229m高程，为增加混凝土与岩石面的剪切摩擦力，施工时在起始块混凝土衬段布置了Φ25锚筋12根。混凝土浇筑采用临时提升机架吊混凝土入仓，插入式振捣器振捣。

　　4．混凝土浇捣与模板滑升

　　调压井井身混凝土施工时，初浇高度控制在60～70cm，待下层混凝土贯入度阻力值达到5～35kg/cm2时，开始提升3～5个千斤顶行程，适时对模板结构及液压系统进行检查，一切正常之后方可继续进行浇筑。浇筑时采用插入式振捣器振捣，每浇20～30cm混凝土后，提升3～5个千斤顶行程。绑扎钢筋、浇筑混凝土、模板滑升须连续循环进行。模板高差不得大于40 mm，且相邻两个提升架上的千斤顶高差不得大于20mm。

　　5．钢筋绑扎

　　钢筋由钢筋厂下料加工，受力钢筋采用绑扎搭接，搭接长度45d，下料后的钢筋由提升机吊笼运输至滑模平台，进行人工绑扎。

　　6．混凝土运输

　　混凝土由支洞口搅拌机拌料，2台0.4m3工程车装料并运至调压井吊罐内，由2t卷扬机提升

复合土工膜（复合防渗膜）分为一布一膜和两布一膜，宽幅4-6m，重量为200—1500g/平方米，抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高，产品具有强度高，延伸性能较好，变形模量大，耐酸碱、抗腐蚀，耐老化，防渗性能好等特点。能满足水利、市政、建筑、交通，地铁、隧道、工程建设中的防渗、隔离、补强、防裂加固等土木工程需要。常用于堤坝、排水沟渠的防渗处理，以及废料场的防污处理。

六、高压管道钢管制作与安装

　　1．制作

　　斜洞钢管按1.8～2m长单节制作，其余直管按6～8m长一节制作运现场。岔管整体制作并经振动时效处理和水压试验后运现场安装。2．压力钢管安装工艺流程

　　压力钢管安装配备固定龙门架和10t电动葫芦用于现场装卸作业。

　　斜洞钢管用汽车将钢管运到隧洞出口，用固定龙门架将钢管吊装到自制的小车上（小车安放在铺设的轨道上），人工推运到弯管位置，用卷扬机将放置在轨道上的钢管逐节拖到安装位置，用钢丝绳将钢管固定在洞壁锚筋上。待弯管安装固定后，自下往上逐节安装。

　　高压平洞钢管用汽车将钢管运到隧洞出口，用固定龙门架吊装到自制的小车上（小车安放在铺设的轨道上），人工推运到安装位置，从上游往下游逐节安装。

　　岔管、厂房进水管先安装岔管，然后从蝶阀端从下游往上游安装支管，将凑合节设置在弯管与岔管之间。

　　安装前钢管的中心控制点放样在隧洞顶部，高程点设置在隧洞两侧洞壁上，用水泥钉或红漆作标志。

七、斜洞及下平洞混凝土衬砌

　　下平洞及斜洞下弯段为钢衬回填混凝土衬砌，施工时以12m钢管段长为一个浇筑单元进行衬砌回填，端部采用木模板封堵，钢筋内拉条固定。混凝土泵管从模板口导入，80电动泵将混凝土送进浇筑仓面。钢管下半部采用插入式振捣器振捣，上半部结构利用混凝土泵的挤压力挤压密实。泵送混凝土浇筑时，特别需控制好混凝土料的和易性，做好管顶排气排水工作。

　　斜洞段钢筋混凝土衬砌采用标准钢模板立模，环向围檩采用钢管加工制成，立模时将围檩与钢模板用铁丝吊牢，采用钢管对撑的办法进行支撑加固。

　　混凝土浇筑用泵送混凝土入仓，插入式振捣器振捣。钢筋运输采用洞顶斜拉钢丝索，卷扬机牵引，将已下料好的钢筋装入吊篮内，通过定滑轮匀速滑动，将钢筋从斜洞顶运到施工作业面。混凝土浇筑按9m分块进行衬砌施工。

八、隧洞喷混凝土施工

　　喷混凝土所用的黄砂对细度模数、含泥量及含水量要求较高，施工时应严格把好黄砂质量关。

　　隧洞喷射混凝土施工时，按先底拱--边拱--顶拱的顺序进行，喷头与受喷岩石面距离控制在100cm左右最佳，喷嘴方向应与工作面垂直，螺旋式喷射，做到岩石面凹凸部位有效衔接。

　　喷射混凝土一次喷射厚度控制在5cm左右，第一层喷射混凝土终凝后，立即进行第二层喷射，直至达到设计厚度，如遇终凝超过1小时，则用高压水冲洗干净后，再进行第二层喷射。

　　喷混凝土终凝2h后即进行喷水养护，在14d内应使喷层表面经常处于湿润状态。

九、结语

　　芙蓉水库工程发电引水系统施工进度快、安全、投资省，质量符合设计和有关规程规范要求，已正常运行半年，施工经验可供类似工程参考。