可拆卸式压力钢管封堵引水隧洞施工支洞的施工技术

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程背景

目前，水电站工程中，为满足水电站流道进人检修的要求，需在流道平洞段布置检修进人通道。在现有技术中，流道取水口的检修进人通道可借助进水口闸门后的通气孔或人行栈桥，流道下平洞的检修进人通道可借助机组球阀的进人孔，而流道中平洞的检修进人通道只能利用施工支洞来进行改造。在国内外工程中，一般采用在施工支洞封堵混凝土中预留钢管，并在外侧设置进人门的方式作为后续检修通道，工序繁多，工期较长。

厄瓜多尔保特-索普拉多拉水电站项目流道引水隧洞长达4.8km，衬砌后典型断面为直径6.7m的圆，施工支洞断面为6.5m×7.15m，根据技术规范和设计要求，在施工支洞与引水隧洞交叉口的位置需进行封堵。经深入研究及分析，为满足引水隧洞进人检修的要求，同时达到缩短工期的目的，并且方便人员进出快捷，可采用装有滑轨、可拆卸式的压力钢管进行支洞封堵。可拆卸式压力钢管封堵设计及施工在国内外水电站工程中尚属首例，几乎没有可借鉴的经验，因此，对此项目的研究与实施被列为索普项目一项重大的技术攻坚难题。

2 主要技术方案

2.1 可拆卸式压力钢管设计

为满足高水头水电站压力钢管放空进人检修的要求，需在支洞封堵位置布置检修进人通道。由于此段施工位于工程关键线路上，若按常规混凝土预埋钢管的方式进行施工，工序复杂且工期长，因此，项目部考虑采用装有滑轨、可拆卸式的压力钢管进行封堵。可拆卸式压力钢管封堵由15节压力钢管组成，其中中间3节为滑动门，滑动门由一组内径为5m可拆卸结构式的压力钢管伸缩节组成，设计长度为6m，主要依靠储备区的卷扬机进行牵引移动。

2.2 可拆卸式压力钢管制造

国内项目压力钢管在厂内一般是以瓦片的形式运至现场进行组圆焊接，考虑到工期的紧迫性，减少现场工序时间，项目部采取厂内组圆、打磨及内支撑施工，形成每个单元长度为2m、直径5m的管节整体运输至现场。

2.3 可拆卸式压力钢管安装

安装流程：φ500mm排水管安装→底板垫层浇筑→台车轨道安装→地锚、天锚、滑轮组和卷扬机、运输台车安装调试→首装节运输→首装节安装定位、加固→剩余管节运输→剩余管节安装定位、压缝、加固→管节安装→焊接、探伤、验收→可拆卸段轨道及其相应埋件安装→钢管内支撑拆除→管节缺陷消除→管节焊缝位置防腐。

2.3.1 φ500mm排水管安装

根据设计图纸及现场情况，进行预拼装、开制坡口，预拼装完成后，装车发运至安装现场，卸车后采用滚杠配合倒链将排水管拉运至安装部位，使用千斤顶、倒链、托架等工装进行排水管安装，安装完成后进行焊接、打磨、验收，验收合格后进行底板垫层浇筑。

2.3.2 地锚、天锚、滑轮组、卷扬机、轨道及台车安装

(1)地锚、天锚安装

根据地锚、天锚布置示意图，土建单位钻孔预埋锚杆，锚杆注浆后，进行锚杆质量检测和拉拔试验并提交检测报告，方可安装天锚、卷扬机、导向滑轮等。

(2)滑轮组和卷扬机安装

选用1台5t卷扬机，采用20t滑轮组，一台卷扬机、一套滑轮组的载荷为20t。卷扬机、滑轮组安装合格后，天锚系统需做载荷试验(可以采用管节进行载荷试验)。

(3)轨道和台车安装

根据支洞钢管安装中心线，用测量仪器放出两根台车轨道中心线，并以此为基准进行轨道安装。轨道安装要求如下：

①轨道安装后，轨距偏差不应超过±10mm，轨道实际中心线与基准偏差不大于10mm，轨顶高程偏差不超过±20mm；

②轨道安装应严格控制其跨距和接头错牙。轨道安装完成后，台车在轨道上全程空载运行1～2次，运行时用一个模拟工装，对隧洞断面尺寸进行检查，将影响台车行走和钢管通过的障碍物(如突出的岩体等)清理干净。

2.3.3 管节运输

所有压力钢管管节均从钢管堆放场地运至开关站倒车进入支洞，然后进入压力钢管安装部位。

压力钢管分为15个运输单元(上、下游侧各有6个运输单元，可拆卸段为3个运输单元)，压力钢管管节起吊、公路运输最大单元节外形尺寸为φ5.448m×2.42m(外径×管长)，最大吊装运输重量大约9.059t。所有压力钢管管节均使用板车运输，钢管管口平行于平板车，以水平方式运输。运输前，钢管单元节制造合格，管节编号、周长和中心标记应清晰准确，且装车、卸车、安装用吊耳焊接完成。钢管装车时，管节出水口在上(箭头向上)，进水口在下，管节的上中在车板的左侧。钢管重心应与平板车中心重合，平板车倒车进入2#支洞交通洞。

(1)装车手段：在堆放场，采用门机或汽车吊装车，现场采用天锚卸车、翻身，台车运输到安装部位。

(2)运输路线：钢管堆放场地→开关站→施工支洞→支洞卸车、翻身运至安装部位。

(3)运输顺序：上、下游侧第一节压力钢管→上、下游侧其余压力钢管→中间可拆卸段压力钢管。

2.3.4 钢管单元节起吊、翻身、运输到安装部位

采用钢筋制作爬梯或铝合金爬梯作为施工人员上下管节工具。吊装时起重指挥人员指挥明确，与卷扬机操作人员保持通讯。

用一台5t卷扬机、滑车组吊钩吊挂压力钢管管节上吊耳，将管节吊起、卸车、翻身，最后吊放至运输台车上。管节吊放到运输台车上后，必须用钢丝绳、导链等将压力钢管牢固捆绑。第一次将压力钢管在洞内拖运时，不要摘除卷扬机、滑车组吊钩，在吊钩保护的情况下将压力钢管与拖车一起短距离往返拖运几次，检验压力钢管与拖车的拖运稳定性，确认钢管稳定后再摘除吊钩。

用3t卷扬机通过导向轮水平拖移钢管与台车。拖移过程中应保持缓慢、匀速、平稳；运行时设专人进行监控，监控人员应随时观察钢管的稳定状况，并与指挥人员保持联络，确保钢管运输的安全。

压力钢管管节到达安装部位后，采用4台32t千斤顶、配合管节顶部锚杆、倒链将压力钢管顶起约20mm，将钢管节适当加固后，退出运输台车。

依次进行管节的调整、加固、焊接、探伤、防腐和验收工作，其中始装节安装精度应满足《压力钢管安装检测标准》对始装节的要求。

2.3.5 管节压缝、加固、焊接、探伤

(1)管节调整压缝

钢管管节就位后，根据测放的基准点进行调整，先将钢管左、右中高程调整到位，然后调整管口上、下中左右及铅锤重心的位置，重点控制钢管中心的高程和左右偏差及环缝间隙；用经纬仪或线锤和钢尺检测钢管的安装中心及里程，用水准仪或钢丝线和钢尺检测钢管的高程，用千斤顶、导链、墙面锚杆调整钢管安装位置，符合要求后，从上中向左、右两侧至下中压缝(采用压码进行压缝)，压缝时应根据两管口的制造周长差进行合理的错牙过渡，同时应注意监测管口的安装偏差，环缝定位焊完后，管口安装偏差检测合格，即可进行钢管加固。

(2)管节加固

管节底部采用两根16#工字钢配合钢板、膨胀螺栓与地面加固，管节侧面、顶部在洞壁和管壁之间用[16槽钢分3个点进行支撑加固(尽可能与岩石锚杆的根部焊接)。环缝定位焊缝应有一定的强度，但其厚度一般不应超过正式焊缝的二分之一，通常为8mm，焊缝长度40mm～60mm，间距约400mm。

2.3.6 可拆卸段管节安装

待上下游侧管节拼装完成后，方可进行可拆卸段管节安装。

可拆卸段管节安装前需要先做以下工作：以上下左右中心为基准均分管节管口，测量第6、第10节管节之间间距(设计图纸尺寸为5960mm)，间距尺寸满足图纸尺寸要求时安装可拆卸段管节，间距尺寸不能满足图纸尺寸要求时则对第6、第10节管节进行修割(需以可拆卸段中心线为基准进行修割)，管口采用半自动切割机(带磁力)进行修割，修割后第6、第10节管节之间间距为5970mm(其中10mm为便于安装可拆卸段中间节余量)。

在修割第6、第10节管节的同时，需要将吊装上下游侧管节的天锚系统移至吊装可拆卸段管节位置，布置可拆卸段管节运输轨道。待第6、第10节管节管口修割、打磨完成及天锚系统、轨道布置完成后，进行可拆卸段管节安装。可拆卸段管节为3个运输安装单元，装车手段、运输方式、进洞方式及吊装方案同上述管节和钢管单元。

运输安装顺序：可拆卸段上游侧管节(M-10)→可拆卸段下游侧管节(M-8)→可拆卸段中间管节(M-9)。

可拆卸段上游侧管节(M-10)、下游侧管节(M-8)与相应管节拼装时需要预留10mm间隙，管节拼装好后，局部点焊加固，管节底部增加支撑。

待管节M-10、M-8拼装完成后，测量两管节之间距离和测量可拆卸段中间管节(M-9)尺寸，然后安装、焊接可拆卸段中间管节(M-9)，焊接完成后采用活动脚手架平台进行可拆卸段管节相应附件安装，最后检查可拆卸段管节止水情况。

2.4 可拆卸滑动式压力钢管两端混凝土衔接浇筑

可拆卸式压力钢管与2#支洞上下游引水隧洞衔接处的混凝土浇筑是施工质量控制重点之一，同时，为避免压力钢管上浮错位，左右移动，压力钢管外包混凝土回填技术措施也尤为重要。

2.4.1 引水隧洞结构混凝土与压力钢管连接处混凝土施工

引水隧洞衬砌后典型断面为直径6.7m的圆，而可拆卸式结构是由内径为5m的压力钢管组成，为使引水隧洞流道衬砌混凝土与压力钢管封堵紧密衔接，采取由直径6.7m圆渐变至压力钢管相接处的浇筑方案，并通过增加挂钩、优化混凝土分缝的方式达到压力钢管与混凝土紧密衔接的效果，以满足过流期间密封不漏水的要求。

2.4.2 压力钢管外包混凝土回填技术措施

可拆卸段上下游两侧的压力钢管外包混凝土回填采用自下而上分3层浇筑，分层厚度分别为1.55m、2.4m、4.15m。混凝土浇筑时采用两台泵机沿侧壁对称下料，分层摊铺和振捣，缓慢浇筑，防止下料过快导致浮力增大，进而造成压力钢管变形。

在混凝土浇筑过程中，现场控制混凝土入仓速度，以防止因混凝土浇筑上升的速度过快而导致压力钢管出现抬动、挤压或位移等情况出现。同时组织专人对压力钢管位移或变形进行观测。

3 总结

厄瓜多尔保特-索普拉多拉水电站采用可拆卸滑动式压力钢管封堵施工支洞，利用滑轨进行移动，方便快捷，便于后期流道放空后人员进出检修管理；采取厂内组圆、打磨及防腐，减少了现场施工工序，缩短了工期；采用天锚、卷扬机及滑轮组系统进行整节吊运和拼装，施工中未出现安装事故；采用外包混凝土快速回填，质量满足要求，工期仅2d，缩短了关键线路工期；成功缩短工期近1个月，经济效益和社会效益显著。

本技术在厄瓜多尔保特-索普拉多拉水电站施工过程中的成功应用，为电站按期发电、确保工程质量、实现环保目标创造了条件，效益极为显著。