江苏沙河抽水蓄能电站水工建筑物布置及主要施工工艺

85江苏沙河抽水蓄能电站水工建筑物布置及主要施工工艺章鸿津全先成江苏沙河抽水蓄能发电有限公司江苏沙河抽水蓄能电站位于江苏省天目湖旅游度假区内，电站距溧阳市区18km，距常州市区103km。电站利用已建沙河水库为下水库，上水库建于龙岕沟源荒田冲，开发条件优越，水源有保证。电站安装2×50MW的单级可逆式水泵水轮机发电电动机组，主要担负江苏省电网的调峰、填谷，需要时承担电网的调频及紧急事故备用。电站距负荷中心近，只需架设约30km、220kV线路即可接入江苏省电网，是江苏省内比较好的中型抽水蓄能电站站址。1997年9月，江苏省国际信托投资公司、江苏省电力公司、江苏省溧阳市投资公司三单位出资成立了江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，负责江苏沙河抽水蓄能电站的建设及运营工作。1998年9月18日开工，2001年1月15日上水库下闸蓄水，建设周期仅为2年零4个月，施工进度快，为电站按时发电创造效益奠定了坚实的基础。2002年6月15日，第一台机组投入运行，7月30日，第二台机组投入商业运行。1工程概况电站枢纽建筑由上水库、输水系统、厂房及变电站等组成。厂房及变电站位于龙兴亭山坡西侧，厂房设计为一井两机的竖井半地下式布置，变电站为地面敞开式布置。1.1上水库工程上水库工程由主坝、东副坝、库盆等组成。水库总库容262.27万m3，其中：正常运行发电库容205.55万m3，正常蓄水位EL136.00m，正常消落水位120.00m，死水位EL116.00m。主坝、东副坝均采用钢筋砼面板堆石坝，坝顶高程EL137.00m，坝顶宽6.0m。主坝最大坝高47.0m，长528.71m，上游坝坡1：1.4，下游坝坡1：1.3~1.4；东副坝最大坝高30.0m，长234.7m，上下游坝坡均为1：1.3。环库公路全长1566.99m，其中：北库岸长568.55m，南库岸长235.53m。北垭口截水墙全长110m，高7.5m，为钢筋混凝土结构。1.2输水系统工程输水系统沿水竹沟山到龙兴亭山脊东西向布置，其中引水系统由上进出水口、上游事故检修闸门井、引水隧洞上平段、竖井、下平段、压力钢管（钢主管、钢岔管、钢支管）组成，尾水系统由尾水隧洞、下游事故检修闸门井、下进出水口等组成。上、下进出水口水平距离808m，输水道平均长度890m，上、下游正常蓄水位相差117m。上游输水采用一洞两机布置方式，隧洞内径6.5m；进入厂房前一段为钢管，钢主管内径5.0m，钢管在厂房竖井井壁上游侧约20m处经钢岔管分为两支管，内径3.4m，靠近厂房变为2.8m，与主阀延伸段相接。尾水隧洞采用单洞单机布置，两洞轴线距离20m，隧洞内径4.8m；上、下进出水口采用侧式布置，下进出水口通过长459m的尾水渠与下水库相接，尾水渠呈梯形断面布置。输水系统主要工程特性见下表1-1。1.3主、副厂房及220kV变电站工程厂房位于龙兴亭山坡西侧，主、副厂房分地面、地下两部分，为一整体建筑物。采用一井两机的竖井半地下式布置，地面以下采用圆筒式砼结构，内径29m，外径31m，井壁砼衬砌厚1.0m（水轮机层以上），竖井开挖总高44m。地面以上厂房采用钢筋砼框架结构，厂房总长51m，宽33.5m（其中主厂房宽23.4m，副厂房宽10.1m），高21.6m。安装场在竖井北侧，地面高程为23.50m与进厂公路相接。在高程-1.40m～86输水系统主要工程特性表表1-1工程项目特性参数上进出水口防涡梁段13m、扩散段27m、渐变段10m、前池95m。上事故闸门井闸室段长9m，竖井φ9m(地下)、φ9.6m(地上)，高68.25m上平洞开挖φ7.5m，衬砌φ6.5m，闸室前长43m，闸室后长18.1m竖井开挖φ7.5m，衬砌φ6.5m，长122.81m(包括上下弯段)。下平洞开挖φ7.5m，衬砌φ6.5m，长380.98m。引水系统压力钢管段主管内径5.0m，长59.04m；支管内径3.4~2.8m，长25.566m+29.149m尾水洞开挖φ6.1m,衬砌φ4.8m，洞长2×91.7m,明管2×15m。下事故闸门井闸室段长8m，竖井断面8×7m，高41.9m。下进出水口防涡梁段14m、扩散段21m、渐变段8m、前池80m。输水系统尾水系统尾水渠梯形断面，底宽50m，上口宽100m，边坡1∶20.65m，距竖井井壁8m外设置一环向排水廊道，宽2.5m、高3.2m，廊道顶至EL20.0m设有孔径65mm的竖向排水孔，形成排水幕；井周围岩体的地下水通过排水孔进入排水廊道，经排水管流入厂房渗漏集水井。220kV站位于厂房下游侧，紧靠地面副厂房，面积80×57.5m，场地地面高程23.35m。电站内四周设有环向道路，宽4m，高程为23.20m，与进场公路相通。完成的主要工程量详见表1—2。完成的主要工程量汇总表表1-2序号工程名称单位上水库输水系统厂房及变电站合计1土方开挖m3211296169014308274111372石方开挖m393675918189712962712482833石方洞挖m31333888231201702164土石方回填m317194517710111693502155坝体填筑m39117789117786砼浇筑m3302974316714887883517钢筋制安T14371883109644168喷砼m32483552102840639砌石m3249091909331194712110帷幕灌浆M163274151665211固结灌浆M4321107302051525612回填灌浆m23265132545813金结制安T48327454202施工期管理2.1主要施工过程概述电站土建工程施工重点是厂房（关键线路），其次重点集中两头（上水库和尾水系统），难点是地质条件差、施工工艺复杂、库区灌浆要求高，因此施工程序和总进度安排的思路是“确保中间，抓住两头”，优质高效安全地完成本工程建设。关键线路厂房工程关系到电站87发电目标的按期实现，两头抓好关系到上水库蓄水目标按期实现。2.1.1上水库工程为确保上水库蓄水目标按期实现，负责主体土建工程施工的中水十四局项目部精心组织、科学管理、果断决策、狠抓落实，与建设单位、监理单位、设计单位密切协作，在施工上先后掀起了坝体填筑、面板砼浇筑两个施工高峰。施工高峰期，仅上水库施工区就投入大型施工机械43台套，高峰施工人数达675人。根据施工进度要求及本工程设计特点，确定的上水库施工关键路线为：①坝基开挖→②坝体填筑→③坝体砂浆护面→④面板砼浇筑⑤→面板“SR”止水→⑥坝前铺盖⑦→上水库初期蓄水。2.1.2输水系统工程输水系统的施工主要分三个主工作面同时展开，由上施工支洞进上平洞和竖井上口段工作面，下施工支洞进压力钢管段、下平洞和竖井下口段工作面，另外有下进出水口、尾水洞和尾水渠工作面。2.1.3厂房及变电站工程因厂房竖井上部沉凝灰岩性质较差，开挖井壁有滴水现象。围岩节理裂隙发育，属于Ⅱ～Ⅲ类。扩挖时采取先将竖井口上部开挖约4m深，并做了钢筋砼锁口衬护。保证了后续扩挖和砼施工期井口的安全稳定。2.2影响施工的主要因素电站土建工程虽然按期实现了各项工期目标，但施工过程中也经历了许许多多的困难与挫折。1、由于垫层料加工系统临时征地问题的影响，致使加工系统投产过晚，严重影响了坝体的前期填筑强度，加大了坝料二次倒运量，增大了后期填筑强度；2、1999年入梅后的6月7日至7月3日，溧阳市连续遭遇了四次强降雨，平均降雨量达537.1mm，为多年平均梅雨量的2.19倍，下水库（沙河水库）超过历史最高水位0.35m，尾水围堰遭受严峻考验，工程被迫多次停工，工期损失严重。3主要施工方法及工艺3.1上水库工程3.1.1断层处理坝基开挖过程中，对出露的断层及软弱结构面，按设计要求进行槽挖。槽挖深度一般为断层宽度的1.5倍，采用7655手风钻造孔，小药量爆破，人工配合反铲作槽内清理。对趾板上游、下游(包括趾板宽度)一定范围内（由设计现场确定）断层槽布置锚杆，回填250#砼，并进行固结灌浆，对坝基础内其它范围内的断层槽，清理干净后则按设计要求铺设土工布，再由底而上分层铺筑反滤料。3.1.2坝体填料开采爆破试验在库盆开挖范围选取弱风化岩石区分别进行了3次主、次堆石爆破试验，每次试验布置爆破孔3~4排。过渡料爆破试验4次，每次试验布置爆破孔4~5排。爆破均采取毫秒微差挤压爆破技术，微差时间：t=50ms；起爆方式：“一”型；起爆网络：非电毫秒雷管延期，导爆索网络，直线形起爆。3.1.3坝体填筑坝体填筑前，通过碾压试验确定了碾压参数。填筑工序为：测量放线→卸料→平料→洒水→碾压→检查1）测量：放出坝轴线、坝料分界线以及坝轴坐标网络和高程点，以便进行地质编录和基础分区分段验收。2）平料：除周边小区料、垫层料需人工配合反铲进行平料外，其余均用推土机平料。883）碾压：除小区料采用HP-1000-7小型振动碾碾压外，其余均采用W1603D、BW217D重型振动碾碾压（采用错距碾压法）。4）检查：除有经验的工程师在施工全过程进行直观检查外，由试验室按规范规定频率进行取样试验检查。3.1.4面板砼工程1、施工程序（详见图1-1）图1-1面板砼施工程序框图2、施工方法采用两套无轨滑模，配合两套可拆卸式钢木组合结构侧模（兼滑模轨道）进行面板砼浇筑，以满足进度要求。主模长13.2m，宽1.2m；每套侧模单边长76.2m，一次安装到顶，侧模单块长2.0m；东副坝等厚面板施工时，对侧模进行重组装配满足施工要求。面板砼浇筑可由中心条块向两侧跳仓浇筑，在上进出水口两侧各有2块大于12m宽的非标准块，对于此段平面折线砼浇筑采用沿接缝旁增加辅助轨道的方法施工。其它非标准块沿周边立侧模作轨道也采用滑模施工。周边三角块也采用滑模浇筑施工，施工上采取了滑平移和一端转动法。砼浇筑入仓，按厚度25～30cm均匀铺设。为确保面板砼出模后不出现变形，振捣器垂测量放样接缝处砂浆垫层设置橡胶垫、止水铜片打设插筋架设钢筋网卷扬机安装安装溜槽安装侧模滑模就位砼浇筑砼养护拆除侧模滑模换位、吊离89直坡面插入到新浇筑层底部以下5cm，采用直径Φ50mm的插入式振捣器及时振捣，对于接缝止水处采用直径Φ25mm的小直径振捣器。振捣时间为15～25S，目视砼不显著下沉不出现气泡，并开始泛浆为准。面板砼塌落度按3~7cm控制。刚脱模后的砼，为达到保温、保湿的目的，采用在滑模后拖一块长8～10m的塑料布保护，防止表面水份过快蒸发而产生干缩裂缝。初凝的砼，用淋湿的草袋全面覆盖，在已浇面板顶敷设塑料花管，喷水进行养护。3、面板砼材料及配合比面板砼设计标号250#，抗渗标号S8，抗冻标号D100，原材料选择如下：水泥：安徽宁国水泥厂生产的P.O525水泥；外加剂：南京NSJ-9-1型引气减水剂（掺0.6%）；粗骨料：小石、中石采用平桥王村及青山料场碎石；砂：选用安徽广德砂，细度模数FM=2.99；砼坍落度根据施工环境、气候等进行调整，如阴天控制在3~5cm，晴天控制在5~7cm，以确保砼施工质量。3.2输水系统工程3.2.1引水竖井（含上下弯段）开挖（YD0+70.32~YD0+193.13）竖井开挖采用先导井后扩大、手风钻钻爆开挖、喷锚支护跟进的方法施工。导井断面尺寸2×2m，正反导井同时施工，导井贯通后，自上而下进行扩挖。不良地质地段采用喷锚支护方式，锚杆为Ⅱ级螺纹钢筋，间排距1.5m，长度一般为3m，用手风钻造孔，注浆机注浆，人工安装。喷砼采用喷浆机干喷法施工，砼厚度一般为10~15cm，局部采用挂钢筋网支护。上下弯段开挖采用下导洞领先、扩挖跟进的方式，导洞断面尺寸4×4m，手风钻造孔，人工装药，非电雷管起爆，周边孔光爆，3m3装载机配10t自卸车出碴。为有利于竖井施工，在上弯段顶部和下弯段底部均作了超挖处理（吊装场和装碴场）。3.2.2下平段及尾水洞砼下平洞、尾水洞砼衬砌各用一套自制全断面钢模台车，台车自重约40t，机械牵引，堵头模板采用木模板，背方、拉筋固定。砼施工分段长度7.5m，每段全断面一次浇筑成型。砼浇筑时采用泵送入仓，左右对称下料，人工平仓