何 玉

(遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110003)

金窩水電站為引水式水力發(fā)電站，該電站機(jī)組是目前亞洲單機(jī)容量最大、水斗數(shù)最多的沖擊式水輪機(jī)。金窩水電站主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、地面廠房系統(tǒng)等建筑物構(gòu)成。電站于2004年8月開工，2008年底投產(chǎn)發(fā)電。

壓力管道斜井高達(dá)550m，其中壓力管道中斜井全長299.7m，開挖直徑為4.8m，鋼管安裝直徑為3.6m，鋼管外部回填60cm厚的C20混凝土。因通往中斜井的唯一通道中一平段支洞位于懸崖峭壁上，開挖期間是利用8t索道作為運(yùn)輸通道。壓力管道中斜井回填混凝土設(shè)計方量為2371m3，加上超填近3000m3混凝土，若全部混凝土均通過8T索道進(jìn)行運(yùn)輸，受索道運(yùn)行限制，無法滿足壓力管道中斜井混凝土回填強(qiáng)度需要。

如何解決中斜段回填混凝土運(yùn)輸通道是整個金窩水電站是否能按合同工期順利發(fā)電的瓶頸。若從中二平段支洞運(yùn)輸混凝土，需要搭設(shè)高空腳手架，安全隱患比較突出;若從中一平段支洞運(yùn)輸，必須采用索道運(yùn)輸，不但存在安全隱患，而且還存在索道運(yùn)輸混凝土組合料的速度較慢，不能滿足施工進(jìn)度要求。

最后經(jīng)過參加各方的多次討論研究，決定通過蝶閥室交通洞上平段，采用臥泵將混凝土輸送到壓力管道上斜段上口，再利用上斜井壓力鋼管內(nèi)部搭設(shè)的混凝土溜管，將混凝土輸送至上斜井下口(即中一平段)自制的鋼板料斗里(4m3左右)，然后在中一平段經(jīng)過人工二次拌合混凝土，再采用布置在上中一平段的HBT60混凝土輸送泵，泵送至中斜井上口，最后利用已安裝在中斜井壓力鋼管外壁鋼管上搭設(shè)的溜管，將混凝土輸送到中斜井倉內(nèi)。從而達(dá)到壓力管道中斜井回填混凝土按進(jìn)度計劃順利完成的目的。

在金窩水電站壓力管道中斜井混凝土回填施工過程中，利用兩次混凝土泵送、兩次混凝土拌和、兩次混凝土溜筒，混凝土輸送垂直距離高達(dá)415m，解決了金窩水電站壓力管道中斜井混凝土回填的難題。

1 混凝土溜管在上斜井內(nèi)和中斜井內(nèi)搭設(shè)

1.1 混凝土溜管在上斜井壓力鋼管內(nèi)搭設(shè)

采用50×5的角鋼和Φ16鋼筋相結(jié)合的方式，在上斜段壓力鋼管內(nèi)安裝人工爬梯，鋼筋爬梯采用角鐵焊接在壓力鋼管內(nèi)，上斜段共長223.8m，鋼筋爬梯分四段，每段50m，每段鋼筋爬梯單獨(dú)焊接，鋼筋爬梯端頭制作一個掛鉤，將掛鉤掛在吊耳上。每段鋼爬梯頂部焊制一個平臺，平臺約為1.5m2，供施工人員休息之用，鋼爬梯每10m就和壓力鋼管進(jìn)行焊接，焊接采用Φ25。角鐵50×5作為鋼爬梯加固附件，對每段鋼爬梯加固3道。

溜管安裝采用從下而上安裝，并采用”U”型Φ25鋼筋將溜管牢牢的焊接在壓力鋼管上，溜管采用法蘭盤聯(lián)接，每節(jié)溜管6m，每3m就采用U”型Φ25鋼筋卡焊接一道。溜管采用φ200mm鋼管。

1.1.1 鋼筋爬梯安全應(yīng)力計算

(1)鋼筋爬梯采用 Φ16鋼筋制作，梯步為30cm，梯寬為40cm，每50m鋼爬梯所用鋼筋的長度為:50×2+(50/0.3+1)×0.5=184m。

每段鋼爬梯的質(zhì)量:

G1=KG/M×L=3.85×184=708kg (1)

(2)每段爬梯同時上3個人，每人按100kg計算，行走加速度保守估計2m/s2，再加上運(yùn)輸?shù)囊还?jié)鋼管重量合計總計:

G2=100×3+600+208=1108kg (2)

(3)合計共重:G=G1+G2=1.82(t)。

(4)根據(jù)圖1所示。受力分析得:

F+μ*N=G (3)

N=mgcosθ (4)

G=mgsinθ (5)

因鋼管的摩擦系數(shù)可忽略不計，所以所有焊接點(diǎn)的剪力為F=G=1.82*sinθ≈1.53(t)。

圖1 鋼筋爬梯的受力情況分析

(5)每段鋼爬梯(50m)焊點(diǎn)設(shè)為6對(每10m一對)，采用Φ25直接焊接在壓力鋼管上，每個Φ25鋼筋焊點(diǎn)焊接高度和寬度定為5mm，則每個焊點(diǎn)的焊接面積為8.635mm2，查《簡明施工計算手冊》知焊點(diǎn)的剪力屈服點(diǎn)為110N/mm2，則每個焊點(diǎn)的平均受力:為0.951t，12個焊點(diǎn)為11.4t。

取安全系數(shù)為5.0，則12 個焊點(diǎn)承受安全力:f安=11.4/5=2.28T，所以，f安＞F。

因此采用Φ25鋼筋焊接鋼爬梯，可確保鋼爬梯受力。

1.1.2 混凝土溜管安全應(yīng)力計算

混凝土溜管采用Φ200鋼管，壁厚5mm，每節(jié)(長6m)重208kg，采用法蘭盤連接，溜管與壓力鋼管內(nèi)壁之間用鋼筋Φ25焊接牢固，用“U”鋼筋骨卡固定起吊起，每節(jié)焊接2對焊點(diǎn)。根據(jù)圖1可知每節(jié)溜管的下滑力為G=mgsinθ=0.174(t)?；炷猎诹锕軆?nèi)的最大摩擦阻力為混凝土(6m為一計算單元)在溜管內(nèi)的下滑力f，從而作用溜管的摩擦阻力為f=m1a*=25.709×6=154(kg)=0.154(t)，而每對焊點(diǎn)安全受力為:

f安=0.951×2=1.9t(每節(jié)溜管為兩對焊點(diǎn)，一對焊點(diǎn)就足以確保安全受力)。

由于焊點(diǎn)的安全受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溜管及混凝土作用在溜管上摩擦阻力之和，所以每節(jié)溜管焊接一對焊點(diǎn)就可確保溜管的受力安全。

1.2 混凝土溜管在中斜段壓力鋼管外壁搭設(shè)

混凝土溜管采用φ200mm鋼管，沿壓力鋼管軌道上鋪設(shè)，將溜管安裝到斜段待澆筑部位，混凝土垂直運(yùn)輸方式采用鋼管溜管進(jìn)行混凝土澆筑，隨著澆筑高度的增大割除混凝土溜管，為了施工安全和施工進(jìn)度，將溜管澆筑回填混凝土內(nèi)。確?；炷磷畲笙铝细叨葹?m。

因溜管沿壓力鋼管底部安裝，鋼管溜管長度為6m，采用焊接方式將溜管焊接在壓力鋼管軌道及加固錨桿上，為防止骨料分離，每在距離混凝土澆筑面3m處設(shè)置一個彎頭，彎頭對著巖壁，以減緩混凝土的沖擊力，最大程度地減小混凝土骨料分離。見溜管彎頭示意圖2。

圖2 溜管彎頭示意圖

2 混凝土級配

因中斜段混凝土垂直運(yùn)輸需要經(jīng)過上斜段，為防止混凝土的分離，加大混凝土的和易性，增大混凝土的坍落度，是十分必要?；炷敛捎靡患壟銫30混凝土，并在混凝土中加入NF高效減水劑可以增強(qiáng)混凝土的粘聚性與和易性，減小用水量，確?；靥罨炷翝仓枬M。

3 基礎(chǔ)巖面處理

經(jīng)監(jiān)理工程師驗收后的基礎(chǔ)巖面，需先撬挖松動石塊，清除浮碴、泥沙和污物，因壓力管道鋼管安裝后，高度太大，人員向上背運(yùn)清理后的雜物、浮碴時，會造成極大疲勞，為減緩施工人員過度疲勞，采用人工接力的辦法，多增加施工人員，每10m高安排一個接力人員。從而加快基礎(chǔ)巖面雜物及石碴的處理。

4 混凝土澆筑

4.1 混凝土運(yùn)輸、入倉

中斜段混凝土由布置在蝶閥室交通洞洞口的拌和站拌制，拌制后卸入到混凝土輸送泵內(nèi)，由混凝土輸送泵卸入上斜段鋼管溜管內(nèi)?；炷两?jīng)過上斜段直接溜到布置在中一平段的自制的鋼板料斗內(nèi)，在料斗旁邊布置一臺HBT60混凝土輸送泵，自制鋼板混凝土料斗布置在混凝土輸送泵上方，采用人工的方式直接將一級配混凝土瀉在臥泵料斗里，然后采用混凝土臥泵再次泵至中斜段鋼管外壁溜筒內(nèi)，最后混凝土沿管卸入倉內(nèi)。

平倉主要采用人工手持鐵锨配合插入軟軸式振搗棒進(jìn)行平倉。

振搗采用φ50mm電動軟軸插入式振搗器振搗，振搗由有經(jīng)驗的混凝土工按規(guī)范操作，防止過振和漏振。每一位置的振搗時間以混凝土不再顯著下沉，不冒氣泡，并開始泛漿時為準(zhǔn)。

4.2 上下聯(lián)系

安裝一部電話，上下各派一個專門聯(lián)絡(luò)通訊，另外配用一對講機(jī)，鋪助通訊，確保信息暢通無阻。

5 安全防護(hù)措施

(1)金窩水電站壓力鋼管內(nèi)鋼爬梯安裝，尾于高危地下斜井施工，施工難度大，為確保施工安全，在施工期間要嚴(yán)格按照《安全生產(chǎn)法》、局《安全生產(chǎn)、文明施工管理規(guī)定》和項目部的各項規(guī)章制度執(zhí)行，確保安全生產(chǎn)能持續(xù)有效。

(2)為確保上斜井溜管的安裝，在安裝溜管時，實行從上向下吊運(yùn)材料，每次吊運(yùn)的溜管只能為一根，施工人員和施工材料一塊上下，利用布置在上平段的卷揚(yáng)機(jī)和專用卷揚(yáng)機(jī)起吊平臺，采用卡環(huán)、鐵絲、鋼絲繩將溜管固定好后與施工人員一起下溜至施工位置，然后，施工人員確認(rèn)將溜管焊接牢固后，再將綁縛溜管的鋼絲繩解除。

(3)項目部在鋼爬梯及溜管安裝前，首先由工程技術(shù)部和安全部等部門抽出相關(guān)人員組成評價小組針對施工現(xiàn)場環(huán)境和特點(diǎn)，進(jìn)行危險源和環(huán)境因素的辨識、風(fēng)險評價、風(fēng)險控制、并編寫出合理有效的“應(yīng)急預(yù)案與響應(yīng)控制程序”“危險源辨識、評價”“環(huán)境因素識別、評價”對所確定的重大危險源和重大環(huán)境因素制定合理的控制措施及方案。

(4)在上斜井施工的操作人員，為確保人員的墜落傷害，需掛安全繩，特別是在上斜井施工的人員，需將安全繩牽引至上平段，派專人負(fù)責(zé)安全繩的牽掛工作。

(5)鋼爬梯及溜管安裝前，經(jīng)現(xiàn)場安全技術(shù)交底清楚，并經(jīng)施工人員進(jìn)行書面安全交底工作方可組織實施。交底有接受人簽字。

(6)鋼爬梯及溜管安裝工作面，專業(yè)電工牽引專用照明線路。并由專業(yè)電工現(xiàn)場進(jìn)行照明線路管理。確保鋼管內(nèi)的用電安全

(7)在進(jìn)行鋼爬梯或溜管安裝時，傳送材料時下面不得有人，防止墜物砸傷。

(8)施工休息時不準(zhǔn)坐在爬梯上或不安全的地方，應(yīng)該坐在休息平臺上休息，在休息時要將安全帶掛在平臺上面的爬梯上。

(9)施工人員不準(zhǔn)穿膠底易滑鞋作業(yè)，衣服要輕便。

(10)當(dāng)日完工后，應(yīng)仔細(xì)檢查崗位四周情況，如發(fā)現(xiàn)有隱患的部位應(yīng)及時進(jìn)行修復(fù)并交代下班施工人員，凡患有高血壓，心臟病者不得上斜井操作。

(11)工人的工具及零配件要放在工具袋內(nèi)，穿防滑鞋，袖口、褲口要扎緊。

(12)凡在斜井施工的人員，不準(zhǔn)連續(xù)作業(yè)，不準(zhǔn)加班作業(yè)，更不準(zhǔn)疲勞作業(yè)。

(13)鋼爬梯和溜管在拆除時，邊拆除邊進(jìn)行壓力鋼管焊點(diǎn)處理，處理采用打磨機(jī)進(jìn)行打磨，打磨面符合設(shè)計要求。

(14)拆除采用從上到下的方式進(jìn)行，拆除的材料防止墜落，拆除過程中，下面嚴(yán)禁存人。

(15)必須派專業(yè)焊工對鋼爬梯及溜管進(jìn)行施焊，施焊的質(zhì)量符合規(guī)范及設(shè)計要求。

(16)溜管采用新購置的新鋼管，壁厚為5mm，在混凝土澆筑過程中，不需要更換 溜管等設(shè)施，如需更換，需上報特殊施工安全措施后才準(zhǔn)予施工。

(17)在中斜井澆筑過程中，不準(zhǔn)作業(yè)人員在斜井內(nèi)上、下。同時為了保證中一平段施工人員的安全，需要在中一平段上游設(shè)置一個防護(hù)圍欄，防護(hù)圍攔采用架管扣件和5cm厚木板進(jìn)行封堵防護(hù)，避免混凝土及墜物傷害。

(18)為了防止下溜的混凝土濺出傷害臥泵混凝土工及相關(guān)人員，需要在中一平段設(shè)置一個緩沖平段，緩沖平段采用鋼模板扣制，并在混凝土出口處設(shè)置安全防護(hù)板。

(19)為了確保溜管的安全受力，采用鋼線繩、卡環(huán)將溜管從下到上依次綁定，具體方法是在每節(jié)溜管U型固定卡處，鋼絲繩打結(jié)采用卡環(huán)進(jìn)行連接，并將鋼絲繩牢牢的掛上平段吊運(yùn)鋼管的天錨上。

6 結(jié)語

金窩水電站壓力管道中斜井混凝土回填施工，改變了傳統(tǒng)施工方法，采用了溜筒和臥泵聯(lián)合輸送混凝土的方法，通過兩次混凝土泵送、兩次混凝土拌和、兩次混凝土溜筒，在確保施工安全和質(zhì)量的情況下，為金窩水電站順利按期發(fā)電做出了巨大貢獻(xiàn)。