水利工程輸水泵站施工技術(shù)研究

梁修坤

廣東華隧建設(shè)集團股份有限公司 廣東 廣州 510000

1 工程案例

在水利工程建設(shè)中的補水泵站科學、合理施工，能夠極大提高施工工藝水平，延長補水泵站的使用壽命。因此，為使其達到生態(tài)補水系統(tǒng)的建設(shè)要求，需要積極采取相關(guān)施工技術(shù)，逆作井在補水泵施工中具有較多的優(yōu)勢，例如占地少、支護簡單以及安全系數(shù)高等，因而得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時，為保證補水泵質(zhì)量，補水泵站的地質(zhì)多以填石為主，對方案進行及時優(yōu)化和完善，防止在施工中多次開挖，最大程度降低工程施工成本，滿足施工要求。

本文所引用的工程項目是廣東某大型水系聯(lián)通工程下的一個子項目——榕江關(guān)埠引水工程。本工程項目包括多個建筑項目，例如引水隧道、高位水池、輸水隧洞、涵管等，項目總長近30km。

圖1 榕江關(guān)埠引水工程地理位置圖

2 水文地質(zhì)與施工難點

2.1 水文地質(zhì)

通過實際調(diào)研得出，補水泵站的地質(zhì)情況如表1所示。該位置的總體高程為＋8.1m，地下水位則為＋3.8m。

表1 補水泵站地質(zhì)情況

2.2 施工難點

由于本次項目中的補水泵站施工位置、地層以及地質(zhì)條件相對復(fù)雜，加之在前期的勘測中所得數(shù)據(jù)和實際現(xiàn)場施工存在偏差，導(dǎo)致補水泵站的原有設(shè)計方案無法滿足施工要求。所以，為保證施工能夠順利進行，首先需要依據(jù)現(xiàn)場的實際環(huán)境進行補水泵站施工工藝的完善和優(yōu)化，將原有的施工工藝更改為逆作法施工，能夠確保補水泵站施工質(zhì)量和施工效率。除此之外，該項工程的主要施工難點還在于：①當實際開挖2m后，發(fā)現(xiàn)在1.5m以下全部為回填土塊，和地質(zhì)報告中的數(shù)據(jù)信息不相符。因而再次走訪調(diào)查后得出，該地的駁岸背水位置以回填土塊為主。通過實地勘測，整個施工場地較小，大型機械設(shè)備無法進場施工，導(dǎo)致開挖難度進一步增大。②補水口的位置與該地主河道和泄洪道相連，每日漲潮落潮次數(shù)為兩次。而在補水口一側(cè)的駁岸以重力式墻為主，以砌體結(jié)構(gòu)為主要材料，因而能夠?qū)Ⅰg岸直接砌于巖石中，但由于駁岸長期未能得到有效維護，導(dǎo)致已出現(xiàn)多處漏水問題。在原有的施工圖紙中，主要采用單重管旋噴樁止水幕布的方式進行施工，但受到施工現(xiàn)場實際情況的影響，導(dǎo)致該方案無法具體落實。通過分析和研究，選擇逆作井的方式進行排水的開挖。③由于補水泵的安裝要求較高，需要有精確的安裝精度，同時需要具有較強的承載能力，所以施工應(yīng)選在退潮時完成，在此階段的主要工作內(nèi)容包括泵筒吊裝、定位、底部灌漿等[1]。

3 方案優(yōu)化

3.1 施工優(yōu)化

對于地質(zhì)報告與實際施工情況不相符等問題，作為施工方需要積極予以解決，通過與監(jiān)理方、設(shè)計方以及勘查方組織相關(guān)會議的方式，依據(jù)實際測量結(jié)果，對施工圖紙進一步優(yōu)化，改變原有的沉井設(shè)計，將其變?yōu)槟孀骶ǎ鐖D2所示，采用逆作井的方式對取水口以及補水泵站采取圍護模式，加強保護。當完成圍堰施工后，對取水口位置的駁岸進行有效破除。同時設(shè)置相應(yīng)的龍門架與吊裝設(shè)備，利用人工操作的方式，將塊石以卷揚機的方式運送到地面上。退潮后，需要及時利用水泵進行強排施工，直到封底完成相關(guān)施工工作[2]。

圖2 逆作井法圖示

3.2 水利機械與金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

為達到水泵啟動、調(diào)節(jié)以及檢修標準，單機的出口位置以手動閥為主。除此之外，由于水泵機組的揚程較高、出水管道長，所以需要設(shè)置水泵控制確保輸水效率的提升，同時能夠最大程度減少工程項目的投資。水泵機組出水管在引出泵房后需要與輸水鋼管相接，通常情況下輸水管道較長且所經(jīng)地勢的高差也相對較高，所以在輸水管位置的合理距離內(nèi)安裝相應(yīng)的閉式止回閥，確保水泵安全。與此同時，為確保設(shè)備在后期能夠順利檢修與安裝，需要在泵房中設(shè)置相應(yīng)的起重設(shè)備。泵房一般以圓筒結(jié)構(gòu)為主，因此，采用4t的單梁環(huán)形軌道即可作為起重設(shè)備。其具體操作方式以地面操作為主，整機的功率為8.2kw。需要注意的是，應(yīng)保證最低的泵站水位運行低于安裝具體高程。泵站的運行高程需要低于所設(shè)計的洪水水位，為科學將泵房內(nèi)集水井的積水排出，需要安裝相應(yīng)的排水泵，排水管道以熱鍍鋅鋼管為主。

3.3 電氣設(shè)計

為滿足補水泵站在日常工作中的用電負荷、停電檢修時的用電，需要設(shè)置站用變壓器，依據(jù)具體負荷進行容量的確認和電壓等級的確認。補水泵站中的設(shè)備控制需要留有充足的控制信號與運行信號反饋，可以采用如圖3所示一體化泵站控制柜，從而保證后期的補水泵站的自動化控制。除此之外，為避免補水泵站受到雷電等自然災(zāi)害的控制，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)損傷，需要加強避雷裝置的安裝，使得避雷帶能夠和基礎(chǔ)接地網(wǎng)能夠有效連接。

圖3 一體化泵站控制柜

4 復(fù)雜環(huán)境下補水泵站施工工藝分析

4.1 圍堰設(shè)計

在實際施工過程中，施工方發(fā)現(xiàn)補水泵處于泄洪道附近，因此，為確保補水泵站能夠正常施工，應(yīng)加強圍堰工作，進而提高施工質(zhì)量。為此，需要施工人員依據(jù)施工的總設(shè)計圖紙，將補水泵站的總圍堰高度設(shè)置為高于水面0.8m位置，堰頂?shù)膶挾仍O(shè)置在1.5m為宜。對于圍堰的迎水面與背水面的坡度比例設(shè)置在1:1.2，最后，采取填充黏土的方式，做好防滲墻的施工工作。

4.2 逆作法工藝流程

逆作井的位置主要與河道相鄰，且距離較近，所以，需要綜合考量工期與圍堰堰頂?shù)臉烁吒叨取?yīng)將地坪放坡開挖到7.12m左右為宜，利用放線定樁、高程放線的方式進行后續(xù)的施工，采用架設(shè)龍門架和電動卷揚機的方式，進行樁孔開挖。

4.3 封底

由于泵站補水口的底板與泵站底板之間存在一定差值，因此需要在大逆作井內(nèi)鉆一口小逆作井，以保證泵站順利完工。建造一個泵站；水站的建設(shè)應(yīng)保證水站中心點準確，合理定位于第一封底之間。模板完成后，應(yīng)及時進行混凝土澆筑工作。在此過程中，混凝土澆筑主要分為兩層，底板厚度控制在0.2m至0.9m之間。為了在混凝土澆筑后進行良好的維護，必須確認混凝土的質(zhì)量符合施工要求，驗收標準如表2所示。混凝土凝固后，應(yīng)及時檢查其強度。如果強度符合施工要求，應(yīng)按施工要求打一口小逆作井井。上述工作完成后，供水泵站開挖進入中風化花崗巖。因此，應(yīng)及時檢測花崗巖土層的承載力和承載力。若土層受力超過680MPa，應(yīng)保證補泵站的荷載符合質(zhì)量要求。關(guān)于補水泵站，雖然通過灌漿逆井止水簾可以獲得一定的擋水效果，但由于補水泵站位于溢洪道上，在實際施工中會受到影響。由于潮汐的漲落，水壓發(fā)生一定程度的變化，同時部分水流滲入泵站基坑，對開挖和補水泵站造成不利影響。因此，為保證抽水站在實際施工過程中的完工，應(yīng)結(jié)合水入井問題確定抽水站的開挖和施工時機。確保合理安排施工工作。

表2 基礎(chǔ)各部尺寸允許偏差和檢驗方法

4.4 泵站安裝

在本次施工中的花崗巖巖石的承載力較強，對于補水泵站施工來說，小逆作井挖掘需要依據(jù)孔位進行膨脹螺栓的預(yù)埋，采用砂漿抹面的方式，做好花崗巖土層抹平工作，為后期的補水泵站機組安裝奠定基礎(chǔ)。吊裝工作主要操作采用預(yù)埋膨脹螺栓的方式，并將其固定完全，避免出現(xiàn)補水泵站上浮問題。通常情況下的混凝土澆筑完成后的進水標高設(shè)置為＋2.62m，其原理在于能夠有效通過混凝土澆筑的方式提高補水泵站的抗浮能力。

4.5 取水口澆筑

需要在安裝完成后操作補水泵站的取水口混凝土施工，原因在于補水站的施工空間較小，無法進行大型機械設(shè)備的應(yīng)用，采取該種方式能夠最大程度為后期的補水站施工留足一定的操作空間，方便后期施工[3]。

4.6 駁岸修復(fù)

當補水泵的補水口混凝土強度滿足施工要求后，需要及時將逆作井的護壁混凝土進行及時拆除，對駁岸進行科學修復(fù)和管理，如圖4所示。采用防水砂漿進行縫隙的有效填充和銜接，當砌石駁岸達到一定要求后與出水管進行連接，填充孔隙并回填。最終的施工工藝為將土袋圍堰有效拆除后對河道進行恢復(fù)。

圖4 駁岸的科學修復(fù)與管理

4.7 效果分析

對于本次項目施工，補水泵的補水口高度高于6.5米，由于補水泵與駁岸相鄰且與河道距離較近，因此，在實際的補水口施工過程中，需要做好維護結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作。為此，如果將圍護結(jié)構(gòu)增加至兩個時，不僅增加了整體施工成本，更延長了施工工期。一方面，由于補水泵站和補水口的距離相對較近，如果都進行逆作井操作時，容易出現(xiàn)交圈問題，進而影響施工進程，即便不將拆除護壁時間作為施工要點，但隨著工期的延長必然會導(dǎo)致施工風險的加大。與此同時，施工方式的不同對工程造價也具有不同的影響，對于補水泵施工來說，為盡量降低施工成本，需要在滿足施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上進行工程的合理優(yōu)化，通過采取逆作井等施工工藝的方式，在保證施工進度的同時，提高施工效率。另一方面，補水泵站的施工從土地平整、養(yǎng)護到順利投入使用，時間一共達到80天，其中，在進行逆作井施工時的時間就達60天，逆作井的施工主要包括開挖、護壁以及封底養(yǎng)護等。如果依照原有的施工設(shè)計方案進行多次圍護，則該項工程的工期至少需要95天，但勞動力的投入?yún)s相差不大。所以，從成本與工期的角度來說，優(yōu)化后的方案施工效果更佳。

5 結(jié)束語

綜上所述，由于本次補水泵站項目施工區(qū)域的整體地質(zhì)條件較差、環(huán)境較為復(fù)雜，因而在實際的施工過程中需要做好實地勘察和施工方案的調(diào)整優(yōu)化工作。為保證補水泵站的整體施工質(zhì)量和施工效率，施工方在實際施工前需要對項目做好施工成本分析工作，確保在滿足施工要求、保證工程項目安全的條件下，通過不斷優(yōu)化施工方案的方式，提高補水泵站的施工效率。為后期的施工規(guī)劃和管理奠定良好的基礎(chǔ)。