蕪湖發電廠五期取水構筑物水下工程施工技術

謝玉立，汪傳松

(安徽水利開發股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

蕪湖發電廠五期取水構筑物水下工程施工技術

謝玉立，汪傳松

(安徽水利開發股份有限公司，安徽蚌埠 233000)

本文重點介紹蕪湖發電廠五期取水構筑物水下爆破開挖、水下錨桿施工、水下基床整平、水下混凝土澆筑、取水頭及引水管水上浮運與沉管安裝等水下工程施工技術的實際應用情況，供同行在同類工程施工中參考。

蕪湖發電廠;水下工程;施工技術

1 工程概況

蕪湖發電廠位于蕪湖市北四磯小山丘東面的長江右岸邊，以長江為供水水源，距市區約16km。本期建設取水頭2個，采用一機一管。根據水下地形圖，取水頭基本布置于廠址前沿－12.0m左右等深線深水岸線處，兩取水頭間距30m，取水頭采用水下淹沒式鋼制蘑菇形結構，直徑10m、高10.5m，側面四周進水窗高3.5m。引水管共2根，中心距30～3.8m。引水管由三部分組成：其與取水頭連接的一段引水管為2根φ3200mm鋼沉管，單根長約25m;與鋼沉管連接的中間段斷面尺寸為每孔3.0m×3.0m、壁厚0.8m的矩形鋼筋混凝土雙孔溝浮運段，長度約為61m，每段20m左右;浮運段至循環水泵房前的一段為斷面尺寸每孔3.0m×3.0m、壁厚0.8m的矩形現澆鋼筋混凝土雙孔溝(大開挖段)組成。總長約140m左右。如圖1、圖2所示。

圖1 取水建筑物平面布置

2 取水構筑物水下工程總體施工流程

取水構筑物水下工程分別包括取水頭、引水鋼管段、預制鋼筋混凝土雙孔溝浮運段，其中取水頭單個重量150t，引水管預制浮運段單節重量達360t。主要施工內容包括：水下基槽爆破開挖、取水頭安裝、水下鋪設基床墊層、引水管(包括鋼管及預制鋼筋混凝土雙孔孔溝)制作、浮運及就位安裝、水下回填保護等。總體施工流程如圖3所示：

圖2 取水建筑物剖面

圖3 總體施工流程

3 水下爆破開挖

爆破開挖范圍共分三部分：2個取水頭基槽、2道引水鋼管基槽及1道預制鋼筋混凝土雙孔溝基槽，爆破方量約4萬m3。基巖水下爆破利用水上平臺進行水上鉆孔填藥爆破，基巖爆破前用挖泥船或水沖法將表層浮泥及軟土挖除。

3.1 施工測量

a.施工區域標識：在基槽成型開挖區域內，利用岸標(插旗)和水中浮標相結合來標示基槽開挖范圍。

b.開挖標高的測量：采用水壓力測深儀結合測深標桿對基槽開挖標高進行測量。

3.2 表層土挖除

將抓揚式挖泥船拖運到開挖區內拋錨定位，按照標識逐次開挖基槽表層土，將開挖的浮泥、軟土及卵石方用開底駁運往指定地點堆放。當潛水員水下摸測后，確定已挖到基巖，并且開挖范圍已滿足要求時，再由潛水員在水下用高壓水槍配合，采用氣舉法清淤設備將基巖面反復清理沖洗干凈。

3.3 水下爆破

a.爆破方法：鉆機鉆孔，深孔裝藥，加強松動爆破。炸藥選用防水型乳化炸藥，雷管采用毫秒延期電雷管。

b.爆破次數和區段劃分：水下爆破分14次爆破區進行爆破，取水頭頭部為4次爆區，引水鋼管段為6次爆破區，箱涵為4次爆破;水下不宜分層爆破，因此，一次爆破到設計標高。為提高開挖效率，爆破后塊石粒徑控制在50cm以下。

c.爆破設計：根據《工程爆破實用手冊》，查表計算確定各項爆破參數。在實際作業過程中由爆破員根據每次施爆點的實際情況，對上述參數進行合理調整，報經項目負責人批準實施。

d.鉆孔與裝藥：利用鋼浮箱與型鋼拼裝成鉆孔平臺，用2臺XJ－100型地質鉆機鉆孔;成孔后用塞子將孔口封堵，以防止雜物進入孔內，在陸上將炸藥和起爆體裝入塑料管，兩端封起后由潛水員根據編號裝入相應炮孔，然后連接起爆網絡引爆。

e.水下爆破施工工藝流程

施爆區調查→爆破設計→配備專業施爆人員→爆區放樣→布孔→鉆孔→爆破器材檢查→炮孔檢查→裝藥連接網絡→布置安全警戒→起爆→清除盲爆→解除警戒→測定爆破效果。

4 取水頭水下安裝

取水頭部位細部結構如圖4所示。

4.1 水下錨桿施工

根據設計要求，取水頭下部需鉆25個φ150，深度為3m的錨桿孔，錨桿孔內插入φ40單根長度為4.30m的錨桿，再在孔內灌入C35不離析細石混凝土作為錨固。

圖4 取水頭細部

4.1.1 水下鉆孔

鉆孔擬采用一臺G－3型工程勘察鉆機固定到工程船上，工程船在現場拋錨定位，用陸域測量儀器測量鉆孔的位置，在確認無誤后進行開鉆。在啟動鉆機之初，測量河床的實際深度，以確保鉆孔深。在鉆孔前，先派潛水員在需鉆孔的位置對基床上的碎石進行清理，以防鉆頭打滑。當一個孔鉆好后，潛水員潛入水下，用麻布將孔堵牢，以防泥砂及碎石進入孔中。按上述方法鉆完取水頭的全部孔洞。

4.1.2 安裝錨桿

潛水員潛入水下，將洞口上的麻布取出，將錨桿插入孔洞中。錨固混凝土采用不離析細石混凝土，因數量較小，故在工程船上隨拌隨灌。灌孔時，將細石混凝土裝入一只容積為0.6m3左右的鐵桶中，鐵桶底部焊接一段設有閥門的鐵管，將鐵桶沉入水下，鐵管管口對準錨桿孔后開啟閥門，使混凝土流入錨桿孔中。當混凝土灌至孔口時，潛水員用手將混凝土壓實。

4.2 水下混凝土基礎澆筑

取水頭混凝土設備基礎厚5m，混凝土澆筑分兩次進行，如圖4所示。第一次澆筑取水頭設備底面以下3m厚的部分，并在設備周邊的兩次澆筑界面上預埋插筋，待首次混凝土達到一定強度后安裝取水頭，取水頭安裝就位后再第二次澆筑基礎上部2m厚部分。澆筑方法如下：

4.2.1 鋼模框水下安裝

a.在陸上制作混凝土基礎澆筑鋼模框，制作時需在鋼模框頂面縱軸線位置上焊接短鋼管，以便在水面上定位測量控制。

b.鋼模框座底位置細石找平：由于爆破形成的基坑底部坑洼不平，在鋼模框座底位置采用拋灑細石，潛水員水下刮尺找平。

c.起重船在陸域測量儀器的控制下移至取水頭部位置，將鋼模框調整至設計要求的位置時，松放主鉤，使鋼模框沉入到基床上。陸域測量鋼模框的兩根測桿，確認鋼模框位置正確后潛水員水下拆扣，如有誤差時，重新安裝，直至符合設計要求。

d.鋼模板安裝時，盡量注意水流的影響，潛水員在水下調整伸縮支腿使模板調平加固。用重球檢查鋼模板的垂直度;澆筑面插筋事先焊接成整體并吊掛在鋼模框上沿。

4.2.2 水下混凝土澆筑

a.將2艘工程船用型鋼連接固定，托運至取水頭位置拋錨定位，形成混凝土澆筑平臺。

b.在澆筑平臺上事先布置好多個澆筑導管，導管間距3.0m，平面上呈梅花形布置，外緣導管距模板表面最大距離不宜大于2.0m，導管下口距基底0.3m左右。

c.采用預拌混凝土，江邊設一臺HB60混凝土輸送泵，將混凝土輸送到水上澆筑平臺的集料斗上，澆筑時集料斗內的混凝土依次從中部導管逐步向外緣導管輪流均勻布料，連續澆筑，保證基礎混凝土澆筑面均勻抬升，并一次澆筑完畢。

d.達到第一次澆筑的總方量后，由潛水員用刮尺對混凝土面進行水下整平，并檢查預埋插筋有無上浮或偏位，有問題及時處置。

e.第二次混凝土澆筑在取水頭安裝就位后進行，澆筑方法同第一次。

4.3 取水頭就位

取水頭在陸上江邊進行制作，制作位置必須滿足起重船直接吊裝，必要時用挖泥船疏浚以滿足起重船起吊時的吃水深度。在取水頭安裝前，事先做好測量桿的安裝工作，測量桿安裝位置見圖5。

圖5 取水頭測量桿安裝示意圖

取水頭安裝采用吊重為240t的固定扒桿起重船進行施工。起重船在現場拋錨定位，移船至取水頭所在位置，起重船主鉤上掛四根吊索(φ60的鋼絲繩，每根鋼絲繩長度為20m)，吊索末端用4只50t卡環與取水頭的吊點連接。檢查測桿架、吊具索具無誤后，起吊取水頭，移船至取水頭安裝位置，在陸域測量人員指揮下，調整好取水頭軸線位置，將取水頭松放至水中。

當取水頭底部松放到接近鋼模框上口邊時，停止松放，潛水員潛入水下探摸取水頭底部與鋼模框位置情況。在確認無誤時松放取水頭，使取水頭沉入鋼模框中。在取水頭進入鋼模框中后，潛水員在水下不停檢查取水頭與鋼模框內預埋插筋是否碰擦，確保取水頭沉放到設計位置。

5 引水管道安裝

5.1 水下基床拋石及整平

基床碎石墊層施工采取水上方駁運輸、人力拋填的方法。拋石開始前事先做好導標設置及拋石船駐位工作。縱向設置中心導標，橫向設分段標，根據分段施工順序，拋石船依導標定位。

基床拋石完成后，需對基床進行整平，本工程需對基床進行細平，由于精度要求很高，故采用導軌刮道法進行，即采用水下整平船結合基床導軌控制整平精度。整平船用方駁改裝，其主要裝置是刮道，方法是在方駁的船邊伸出兩根工字鋼(或鋼軌)作為刮道支架，支架外端安裝滑輪，用重軌做成的刮道通過滑輪吊掛在水中;基床導軌即是在基床兩側各埋入一根導軌(鋼軌)，擱置在事先已安置好的混凝土小型方塊上，小型方塊間距5m左右，方塊與導軌之間墊厚薄不一的鋼板，將導軌頂標高調整到基床的設計整平標高。其實施步驟如下：

a.由岸上測量人員與潛水員水下配合安裝調平基床導軌，控制鋼軌撓度在1cm以內。

b.整平船下放刮道，橫置在兩側的導軌面上，刮道底面即為基床整平面標高。刮道的撓度控制在1cm以內，刮道兩端應伸出導軌外每端不少于1m。

c.整平船在基床上橫向駐位，所用碎石裝在船上，在潛水員的引導下，將船上石料通過浮鼓式漏斗向水下運送。然后潛水員在水下利用刮道沿導軌面前移，將高出的碎石搬走，并填平刮道下的空隙。多余碎石用吊籃吊上船，不足的碎石由船上補充，如此達到整平要求。

5.2 預制管段水下沉管安裝

預制混凝土引水管總長度為57.76m，總重量為2500t左右，分成7節制作，每節重量在360t左右。混凝土引水管預制時，需在每節引水管四角預埋吊點，并在中軸線的兩端埋設預埋鐵件，以便安裝測量桿。如圖6所示。

預制混凝土引水管安裝，采用600T起重船，運用吊沉法進行安裝作業，步驟為：施工準備→水上交通管制→浮運→管段就位→管段初次下沉→靠攏下沉→著地下沉。

圖6 預制矩形雙孔溝埋件位置

a.浮運：起重船在現場拋錨定位，通過起重船上的錨機收絞錨纜，使起重船移至預制現場，松下起重船的兩副主鉤，使主鉤頭對準需吊裝的涵管上方起吊。當提升到一定高度后，停止起吊，啟動移船錨機，將船移至靠岸側第一根涵管安裝位置。

b.管段就位：調整船位，利用預制雙孔溝上部的測桿對其進行粗定位，如圖7所示。

圖7 管段沉放測量裝置

c.管段下沉：當涵管軸向位置達到設計要求，涵管靠岸側端部距現澆涵管約50mm時，松放起重船主鉤，使涵管沉放至水中。當涵管沉放至離基床約10～30cm時，停止松放，陸域儀器測量涵管的位置，當軸線方向還在設計軸線時，將起重船向岸側已現澆施工完成的引水涵管移動，使兩管口貼緊，此時潛水員下水探摸涵管在水下的情況，主要包括：涵管對接間隙、涵管左右偏差。當上述兩項均正常時，通知起重船松放涵管，直至著床。潛水員再次探摸涵管的情況，如位置均達到設計要求并陸域測量也為合格時，拆除起重船主鉤，再拆除測量桿。如達不到設計要求時，將涵管吊離基床，重新調整涵管位置，如基床高不符合要求時，重新進行基床整平。直至合格為止。

重復上述工序，安裝完全部混凝土涵管。

5.3 預制管段接頭模袋混凝土施工

土工模袋是由雙層化纖織物(織造型)制成的連續不同間距(厚度)的平面袋裝結構材料，本工程預制管段接頭采用矩形無濾點模袋，模袋寬50cm，充實厚度為250mm，最薄厚度為220mm。灌口直徑φ200mm，每2m布置一個，模袋沿管段接縫鋪設，然后固定底部，混凝土澆筑從兩邊對稱澆筑，每次澆筑2m，兩側澆筑完成后，最后一次澆筑上側。

5.4 引水鋼管沉管安裝

引水鋼管安裝采用240t起重船進行施工。

a.施工準備：由潛水員潛入水下測量取水頭引水鋼管口端及混凝土涵管鋼管接口的直線距離，并以此對陸上已制作好的引水鋼管進行截短或接長。

b.浮運：將引水鋼管兩端用橡膠圈套密封，起重船在現場拋錨定位后，移船至鋼管制作現場，起重船掛好鉤后，啟動主卷揚機，將引水鋼管拔正后再吊離地面。移船至鋼管安裝位置。

c.就位下沉：松放引水鋼管至水下。當引水鋼管底部接近涵管接口及取水頭接口時，停止松放，潛水員潛入水下探摸管口接頭的情況，同時指揮起重船調整船位，將鋼管沉入兩接口之中。當兩接口處的對接情況達到設計要求后，潛水員檢查引水鋼管與支撐墩的擱置情況，如有懸空時，用鋼板墊實。在確認鋼管各處擱置良好時，松下起重船的主鉤。潛水員再次檢查管口對接情況，如不符合要求，可重新吊起，調整支撐墩的高程及引水鋼管的位置，使對接達到設計要求。

d.哈夫接頭安裝：哈夫接頭由起重船配合安裝，先將哈夫接頭的上蓋蓋在鋼管接頭上，再將下蓋用起重船吊起托在管底。在兩法蘭中間墊上橡膠墊塊，用螺絲將兩法蘭聯接好。

6 水下拋石回填

取水頭及引水管安裝就位后，為保證其安全穩定，首先回填袋裝碎石墊層，然后在其周圍采用拋石填筑保護。基槽水下拋石回填仍然采取水上方駁運輸、人力拋填的方法。拋石開始前事先做好導標設置及拋石船駐位工作。縱向設置中心導標及邊際導標，橫向設分段標，根據分段施工順序，拋石船依導標定位，人工拋填。靠近引水管周邊采用碎石拋填，以免造成管身損傷。回填至設計高程后，采用水下整平船粗平即可。

7 結語

蕪湖發電廠五期取水構筑物水下施工項目繁多，施工難度大，由于采取了合理的施工方法，工程按期完工，交付使用后幾年來，工程運行情況良好。

劉殿中，楊仕春．工程爆破實用手冊［M］．第二版．北京：冶金工業出版社，2003．

Construction Technology of Stage V Water Intake Structure Underwater Project of Wuhu Power Plant

XIE Yu-li，WANG Chuan-song
(Anhui Water Resources Development Co．，Ltd．，Bengbu233000，China)

This paper focuses on introducing actual application condition of underwater project construction technology such as water intake structure underwater blasting excavation，underwater anchor bar construction，underwater base bed leveling，underwater concrete pouring，water intake head and diversion pipe floating transportation on water，immersed pipe installation，etc．in stage V project of Wuhu Power Plant，thereby providing reference for similar companies in the same project construction．

Wuhu Power Plant;underwater project;construction technology

TV671

B

1005-4774(2013)09-0007-06