浅谈冲乎尔水电站大坝倒垂线施工工艺

卯战革,李小红,杨松波

(中国水利水电第十一工程局有限公司,河南 三门峡 472000)

浅谈冲乎尔水电站大坝倒垂线施工工艺

卯战革,李小红,杨松波

(中国水利水电第十一工程局有限公司,河南 三门峡 472000)

倒垂线在大坝变形监测中是一个观测基准点,其安装精度的高低直接影响着大坝变形的观测精度。该文介绍了新疆布尔津河冲乎尔水电站大坝倒垂线的实施过程,包括倒垂线的钻孔、护管安装、倒垂孔有效孔径的测量,倒垂线锚块的安装、附体组的安装及实施控制工程。倒垂线实施结果表明,保证倒垂线的质量关键在倒垂孔的钻孔进度和有效直径的控制,文中的方法优点在于工期紧的情况下保证钻孔的有效孔径完成施工任务。大坝蓄水运行期间的观测结果显示大坝的变形符合一般的变形规律,坝体的垂直位移变形值在设计要求之内,说明倒垂线系统安装是成功的。

施工;倒垂线;有效孔径

1 概 述

新疆布尔津河冲乎尔水电站是布尔津河上规划的第五个梯级电站,水库总库容0.8×108m3,调节库容0.48×108m3,正常蓄水位 755.0 m,死水位 738.0 m,电站总装机容量11×104kW,最大坝高71 m,属中型Ⅲ等工程。

坝体共设置两层廊道,底层为690 m高程基础灌浆廊道和689 m高程排水廊道,上层廊道在5#～10#坝段为718.5 m高程廊道,在11#～18#坝段为725m高程廊道。坝体的变形观测布置分别在690 m廊道、718.5 m廊道、725 m廊道各布置1套静力水准进行垂直位移观测,各布置1套引张线进行水平位移观测,在坝顶1#～18#坝段设置1套真空激光准直系统进行垂直和水平位移观测。在每套引张线的端部各设置一个倒垂线测点,为引张线提供水平位移监测基准点,在倒垂线旁边设置双金属标为静力水准提供垂直位移监测基准点。

倒垂线在大坝水平位移监测中处于中心位置,埋设要求质量高,不仅能测读大坝不同高程的水平位移,又能为其它准直线提供位移基准值[1]。冲乎尔电站坝体中共设置5条倒垂线为引张线提供水平位移基准值,倒垂测点布置在廊道的中间位置,观测坝体的水平位移,为引张线提供水平位移基准点。在下闸蓄水前需要完成的倒垂钻孔198.5 m,其中有3个倒垂孔在725 m廊道钻孔穿过690 m廊道,具体见表1。

表1 倒垂线概况一览

冲乎尔电站采用南京南瑞集团公司生产的倒垂装置和垂线坐标仪,垂线坐标仪采用智能电容式坐标仪,辅以垂线瞄准器进行人工观测。

2 倒垂线的施工

2.1 倒垂线的钻孔

倒垂线的钻孔铅直度要求很高,钻孔把握不好就会报废,不但造成经济损失,而且影响施工进度[2],因此要选择专业的钻孔队伍。

使用ZL-150型地质钻机进行取芯钻孔,孔径Ф 220mm。钻孔前在钻孔位置搭设脚手架并把脚手架固定在廊道锚筋上,用来固定钻机。钻进时采用低转速、小压力、小水量的方法,经常检查钻孔偏斜值,每钻2 m即应检查一次[3,4]。钻孔的中心点水平、垂直误差应在±50 mm范围之内,如超限应及时采取相应措施加以纠正。钻孔倾斜测量与有效孔径的测量方法一致,使用浮筒和弹性置中器进行。

2.2 倒垂线保护管的安装及灌浆

钻孔完成检测合格后安装保护管,倒垂线保护管为Φ 168 mm×6 mm的无缝钢管,单节管长2.5 m,管端螺纹长150 mm。保护管在安装前应清洗、除锈、矫直,特别应逐根检查保护管头厚度是否相同,管材是否平直,对不合格的管材要更换。在安装保护管之前,要根据钻孔偏心检查资料,作出钻孔立面图和钻孔水平面中心投影图,根据图中孔口中心和孔底中心的偏移值,在保护管底部加工制作耳环,加管塞密封。保证护管底部应不渗水,底部0.5 m长加工成粗糙面,便于和水泥砂浆的结合。

安装保护管时,先在钻孔底部放入约0.5 m高的水泥浆,将保护钢管放入孔底后,再稍微提起,不得提出水泥浆面,用钻机或千斤顶进行固定。然后准确测定保护管的偏斜值。如果偏斜值过大,应加以调整直到满足要求。

保护管安装后,每下两根钢管检查一次保护管的偏斜,允许倒垂孔保护管的最大偏斜为1mm/10 m。当偏斜较大时在管口利用千斤顶进行调整或者取出保护管重新安装。保护管之间的丝口连接时,在螺纹上涂胶水,缠生料带,接好后用红丹漆密封,护管高出混凝土面50 cm。

保护管安装合格后,对保护管外壁与孔壁之间的空隙进行回填灌浆。灌浆采用无压自流方式,分2次灌注,第1次灌满至孔口,第2次为补灌。护管在安装过程中,保证护管中不能进水。最后对该管进行最终偏斜值检查和孔口保护。

2.3 有效孔径的测量

钻孔偏斜、护管安装以及有效孔径的测量,均采用浮筒与弹簧置中器进行测量控制。在护管的顶部用钢锯在护管四边缺口标记,用2根螺丝帽细绳挂在缺口上,构成直角坐标系,如图1,一般以平行坝轴线方向为X向,左岸为正,以顺水流方向为Y向,下游为正。

有效孔径测量时,护管上方放置浮筒和浮子,浮筒中灌水淹没浮子,用钢丝悬挂弹簧置中器放入钻孔中,弹簧置中器的四边为弹簧具有弹性,放入钻孔中在弹簧的作用下置中器紧贴管内壁,保证钢丝在弹簧置中器测点位置位于垂线保护管的圆心位置,此时测量出钢丝在护管口处坐标系中的坐标,即可知道测点处的护管偏差,见图2,弹簧置中器如图3。

用弹簧置中器从孔底开始测量,每隔2 m测量1次,直至孔口,24 m深的钻孔测量了13个数据,59 m深的钻孔测量了30个数据。在AUTOCAD程序中将测量的圆心围在建立的直角坐标系画出各个圆,求出各个圆的内切圆和圆心,即求出护管的有效圆和圆心。

经过测量,倒垂护管的有效孔径在133 mm～142 mm之间,完全满足要求。

图1 保护管口坐标的建立

图2 保护管有效孔径的测量

图3 弹簧置中器

2.4 浇筑观测墩台及观测架

预先制作观测架,观测架用L50×5 mm的角钢焊接制作,外刷防锈漆,角钢上开孔用来连接垂线坐标仪和垂线瞄准器。观测架下层用来固定垂线坐标仪,中部固定垂线瞄准器,上部放置倒垂浮筒。观测架与倒垂护管焊接固定,下部35 cm浇筑混凝土墩台。

2.5 锚块的安装

使用夹具把Φ 1.2 mm不锈钢丝和锚块连接在一起,安装上锚块上下各4个的限位螺丝,把钢丝和锚块放入倒垂护管中,在放置过程中,由于钢丝的弹性很好,注意不要把钢丝弄乱。锚块下到孔底后,按长度截断不锈钢丝。确认锚块到达孔底后把锚块抬高5 cm,用夹具和钢板不锈钢丝固定在观测架上。挂上细绳,根据有效圆心的位置,调节钢板位置使孔口处钢丝位于有效圆心的位置,螺丝固定盖板和不锈钢丝。

灌浆管伸入孔底,根据计算的水泥浆量,人工自流灌入水灰比0.5的水泥浆。检查钢丝的位置有无变化,若有变化及时调整。

锚块灌浆后的48 h需要不间断的人工看护,以防钢丝被人碰动使位置发生偏移,造成返工的严重后果。

2.6 安装浮体组

浮体组的安装应在锚块灌浆后的5～7 d进行,为确保水泥浆的强度,在灌浆后10 d开始安装附体组。先用浮子上的夹具把不锈钢丝和浮子连接,由于钢丝受力后会拉长,对于钻孔较深的孔,夹具固定不锈钢丝时应施加预拉力后固定,或者倒入部分变压器油后固定。根据计算,钻孔深度在24 m时Φ 1.2 mm不锈钢丝在40 kg的拉力下,伸长4.7 cm,钻孔深度59 m时不锈钢丝在40 kg的拉力下,伸长11.6 cm。

根据倒垂线的长度,变压器油可以淹没浮子或加之一定的高度,浮筒放置位置应是倒垂线与浮子处于自由状态,并处于油筒的中央。

2.7 垂线坐标仪的现场安装及调整

浮体组安装后即可安装智能电容式垂线坐标仪,按照坝体向下游移动为正,向左岸移动为正的方向调整坐标仪的安装方向,将仪器底板安装在观测架上,调整仪器底盘水平,仪器导轨平行于观测方向。将中间极固定在高强钢丝上,调整好中间极和底板之间的位置,焊接电缆接头,将接头进行绝缘处理。因为仪器要求极板之间的介质均匀,因此中间极固定在不锈钢丝上时,中间极的线头位置向下。

移动垂线坐标仪底座,调节垂线坐标仪量程,使垂线坐标仪的测量量程居中,固定垂线坐标仪。现场使用固定块和千分表,移动不锈钢丝,测取垂线坐标仪的数值,检验垂线坐标仪X方向、Y方向的仪器系数。

观测架的中间层安装垂线瞄准器,用螺丝初步把垂线瞄准器固定在观测架上,确定好游标卡尺在主尺上的读数,把左右游标卡尺放在设置好的读数上,移动垂线瞄准器,使通过瞄准器孔用目视线将瞄准孔和垂线不锈钢丝及瞄准针排列在一条直线上,左右读数都达到预定数值,固定瞄准器。

2.8 观测初始值选取

垂线坐标仪和垂线瞄准器安装完成后即开始观测,观测前先检查垂线是否处在自由状态,检查线体是否有异常,浮筒是否正常等。先进行垂线坐标仪观测,然后进行瞄准器观测,每次读数时瞄准步骤一致,游标卡尺的移动方向统一,以保证测量精度,垂线坐标仪和垂线瞄准器的数据校核,相差较大时立即检查原因进行复测。连续观测一周的稳定数据即可作为倒垂线的初始值。

3 倒垂线安装实施控制

在碾压混凝土坝施工中,预埋钢管并控制好钢管的垂直度,可以省去后期在碾压混凝土中的钻孔,考虑到预埋钢管后周围浇筑变态混凝土对施工进度造成一定的影响,没有预埋钢管,采取了后期钻孔的办法。

2009年5月中旬开始进行倒垂线和双金属标管的钻孔,最初拟用潜孔钻进行钻孔,经过十余天的钻孔,发现潜孔钻满足不了倒垂线和双金属标的钻孔要求,考虑到倒垂施工一旦出现偏差进行返工,将影响工期,甚至影响下闸蓄水,于2009年5月底更换人员和设备,使用2台地质钻机开始钻孔,1台钻机布置在718.5 m高程廊道和725 m高程廊道,进行3条倒垂线IP3、IP4、IP5的钻孔,1台钻机布置在690 m高程廊道,完成两条倒垂线 IP1、IP2。对于 IP3、IP4、IP5在上部钻孔完成后,精确测量出下部的位置才能进行690 m以下的钻孔,钻孔时岩芯提出和加长钻杆均在690 m高程廊道进行。

经过2台钻机不分昼夜近2个月的钻孔,顺利完成了5个倒垂孔198.5 m的钻孔,在钻孔完成后保护管也相继安装完成,对保护管进行测量后,其有效圆直径在133 mm～142 mm范围内,满足设计和规范要求,具体见表2。

表2 倒垂线完成情况一览

在每个倒垂护管完成检查合格后,开始浇筑倒垂墩台和观测架,安装锚头,之后安装浮体组,至 2009年8月中旬,全部完成5条倒垂线的锚头安装、浮体组安装及垂线坐标仪的安装和调试,在水库大坝下闸蓄水前全部安装并调试完成,进行监测。

4 结 语

冲乎尔水电站倒垂线系统经过3个月的精心组织施工,钻孔、保护管安装、锚块的锚固、浮体组的安装、垂线坐标仪的安装,在大坝下闸蓄水前倒垂线顺利完成施工,并取得初始值。钻孔有效孔径的控制是钻孔的关键,该工程中的5条倒垂线的钻孔有效孔径全部大于130mm,完全满足设计和规范的要求。在大坝蓄水期间倒垂线系统逐日进行了监测,结果显示大坝的变形符合一般的变形规律,水平位移变形值在设计要求之内,为坝体的变形提供了基准值,保证了大坝蓄水的顺利进行。

[1]DL/T5178-2003.混凝土坝安全监测技术规范[S].北京:中国水利水电出版社,2003:63-65.

[2]二滩水电开发有限公司.岩土工程安全监测手册[M].北京:中国水利水电出版社,1999:355.

[3]张平.水电工程大坝外部变形监测的施工[J].陕西水力发电,2000,16(1):51.

[4]祝德生,张辉,陈爱光.江垭大坝倒垂孔施工技术[J].探矿技术,1998,6(1):6-7.

Discussion on Construction Technology of Inverted Vertical in Dam of Chonghuer Hydropower Station

MAO Zhan-ge,LI Xiao-hong,YANG Song-bo
(11THEngineering Bureau Co.,Ltd.of China Water Conservancy and Hydropower,Sanmenxia,He'nan472000,China)

The inverted vertical in dam distortion monitoring is an observing reference point,the installation precision of which affects the observation precision.Here,taking Chonghuer Hydropower Station in Xinjiang for example,the application of the inverted vertical is introduced in detail,including its drilling,installation and measures,as well as the implementation and control for it.The results show that the key of the application for it is the control for the drilling prograss and effective aperture.Moreover,it is successful to use the inverted vertical system for the observation of dams,and the installation method as mentioned here is also successful.

construction;inverted vertical;effective aperture

TV698.11

A

1672—1144(2010)02—0142—03

2009-12-24

2010-03-10

卯战革(1972—),男(汉族),河南灵宝人,工程师,主要从事大坝安全监测工作。