高原缺氧地區(qū)水電站廠房快速施工技術(shù)研究

王玉利

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

西藏是我國水力資源最富集的省區(qū)，但由于特殊的地理位置和氣候條件，西藏水電開發(fā)程度相對滯后，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，西藏水電迎來空前發(fā)展機遇，解決高原缺氧地區(qū)水電站快速施工技術(shù)難題，對加快西藏水電開發(fā)具有重大意義。本項目依托西藏藏木水電站廠房土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程施工，對高原缺氧地區(qū)電站廠房快速施工技術(shù)進行研究，探索在高原缺氧地區(qū)電站廠房快速施工的技術(shù)要點，保證在施工條件差、任務(wù)重的前提下，能夠順利完成廠房土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程的所有節(jié)點工期。借此，通過本項目的成果，可為高原地區(qū)以后承建類似電站的建設(shè)起到借鑒的意義，從而發(fā)揮技術(shù)成果的經(jīng)濟和社會效益。

1 概 述

藏木水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣境內(nèi)，為二等大(2)型工程，開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。壩后式廠房內(nèi)安裝6臺85 MW發(fā)電機組，總裝機容量510 MW。藏木水電站工程規(guī)模大，地處海拔高，冬期長，晝夜溫差大，空氣稀薄，施工環(huán)境惡劣。依托藏木水電站廠房土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程施工，通過基坑爆破開挖方式和混凝土溫控措施兩方面對電站廠房快速施工技術(shù)進行研究，探索在西藏高原、缺氧地區(qū)進行電站廠房基坑開挖與混凝土快速施工的技術(shù)要點，確?？焖賰?yōu)質(zhì)高效完成藏木水電站施工，為以后類似高原地區(qū)水電站建設(shè)提供可以借鑒的成果。

2 重點、難點分析

為快速、高質(zhì)完成工程建設(shè)，根據(jù)工程建設(shè)程序及實際氣候條件分析，基坑爆破開挖和混凝土溫控措施控制是藏木水電站廠房土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程施工需要解決的重點和難點。

3 研究過程情況

3.1 基坑爆破開挖研究

本課題2011年主要研究項目為藏木水電站高原缺氧地區(qū)基坑開挖爆破方式研究，根據(jù)開挖強度，對爆破方案進行試驗研究，制定合理的開挖施工組織設(shè)計。在藏木水電站基坑開挖中先后進行了梯段爆破試驗、預(yù)裂爆破試驗、保護層開挖水平預(yù)裂爆破試驗、保護層開挖垂直孔加柔性墊層爆破試驗,對基坑開挖爆破參數(shù)不斷進行優(yōu)化,加快了基坑開挖施工進度[1]。

廠房標(biāo)二期基坑梯段爆破共進行了4組試驗,得出梯段爆破優(yōu)化參數(shù):梯段高度10～12 m；孔距4 m；排距3 m；單耗0.45 kg/m3；堵塞長度2～2.5 m；該爆破參數(shù)下爆后效果良好，其爆后大塊較少且塊徑均勻，適合挖裝機械出渣施工，有效提高機械施工效率。

廠房標(biāo)二期基坑預(yù)裂爆破共進行了4組試驗, 得出預(yù)裂爆破優(yōu)化參數(shù)：孔徑105 mm；不耦合系數(shù)3；孔距1 m；線裝藥密度400 g/m；該爆破參數(shù)下殘留炮孔痕跡均勻分布，殘留炮孔半孔率均達到85%以上，且相鄰兩殘留炮孔間不平整度均小于15 cm，且預(yù)裂孔距1 m能有效加快預(yù)裂孔鉆孔施工進度,降低施工成本。

廠房標(biāo)二期基坑保護層爆破共進行了4組試驗,水平預(yù)裂爆破進行了1組試驗；垂直孔加柔性墊層爆破進行3組試驗；水平預(yù)裂爆破優(yōu)化參數(shù)為：孔徑105 mm；不耦合系數(shù)3；孔距1 m；線裝藥密度400 g/m；水平預(yù)裂主爆區(qū)參數(shù)為：孔距2 m；排距1.5 m；單耗0.45 kg/m3；垂直孔加柔性墊層爆破試驗優(yōu)化參數(shù)為：孔距1 m；排距0.9 m；單耗0.45 kg/m3；超鉆10 mm；柔性墊層厚度10～12 cm。

保護層爆破試驗爆后均未對建基面巖體產(chǎn)生明顯的爆破裂隙，未損害巖體的完整性。其中設(shè)水平預(yù)裂爆后建基面平整度較好，最大超挖為20 cm，最大欠挖為10 cm，完全滿足開挖超欠挖設(shè)計指標(biāo)要求。設(shè)柔性墊層的小梯段爆破爆后最大超挖為20 cm，最大欠挖為15 cm，基本滿足設(shè)計超欠挖指標(biāo)要求。施工中具備較好水平預(yù)裂施工條件的部位,按保護層水平預(yù)裂方案開挖；其他保護層開挖采用垂直孔加柔性墊層爆破方法施工,降低施工難度,加快保護層開挖施工進度。

3.2 混凝土溫控措施控制研究

2012年，藏木水電站已全面進入混凝土施工階段，針對西藏地區(qū)海拔高、晝夜溫差大、氣候干燥、冬季寒冷、夏季高溫等氣候特點，為防止或減少混凝土溫度裂縫產(chǎn)生，提高施工質(zhì)量，本項目研究采用了冬季用預(yù)熱混凝土拌合物和混凝土外保溫法進行保溫施工(蓄熱法及綜合蓄熱法)；夏季用預(yù)冷混凝土拌合物、混凝土通水冷卻和混凝土外保溫法等措施，減少混凝土的水化熱，降低內(nèi)外溫差，從而達到防止或減少混凝土溫度裂縫的發(fā)生。成功解決了在西藏高原惡劣氣候條件下對混凝土澆筑限制的難題，其主要措施如下：

3.2.1 優(yōu)化配合比及控制混凝土出機口溫度

1)優(yōu)化配合比。針對西藏氣候特點，為滿足高寒地區(qū)冬季施工中混凝土的性能指標(biāo)，對混凝土的原材料、配合比進行優(yōu)選，采用較低的水膠比、摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰，緩凝高效減水劑和引氣劑、合理控制混凝土的含氣量及其氣泡的間距，從而達到有效降低混凝土溫升、提高混凝土抗裂性能和耐久性能的目的。優(yōu)化后的混凝土配合比如表1。

2)控制出機口溫度。

冬季：混凝土拌制中進行加熱水、預(yù)熱骨料拌合，保證了出機口溫度不低于10℃；

預(yù)熱骨料工藝：采用“真空電加熱水預(yù)熱系統(tǒng)” 通過熱水循環(huán)泵將溫度為60℃熱水輸送至高效空氣加熱器?？諝饧訜崞鲗⒗淇諝饧訜岷?，對骨料進行預(yù)熱。加熱器的回水溫度為35℃，回水返回真空電熱水機組。如此連續(xù)循環(huán)，實現(xiàn)骨料的持續(xù)加熱和保溫。

預(yù)熱骨料配套綜合措施：①對骨料儲罐采取保溫措施，使其保持在最冷月的日平均氣溫以上，不致凍倉。骨料罐采用40 cm厚鋼筋混凝土，能有效保溫。②在拌合樓上設(shè)附壁式熱風(fēng)機，給大石、中石、小石加熱。在拌和樓砂倉內(nèi)設(shè)置加熱盤管。

熱水拌合：水溫不大于60℃。

夏季：混凝土拌制中進行加制冷水或冰、預(yù)冷骨料拌合，保證了出機口溫度滿足設(shè)計要求。

預(yù)冷工藝：(樓上)二次風(fēng)冷骨料+加冰+冷凍水拌合。

表1 優(yōu)化后混凝土配合比表

3.2.2 混凝土保溫運輸

無論冬季或夏季，為確?；炷寥雮}溫度滿足設(shè)計要求，混凝土水平運輸及垂直運輸均采取保溫措施。即混凝土運輸車輛及吊罐周邊采用保溫卷材、苯板或其他保溫材料包裹，并在運輸混凝土之前采用熱水將車廂、罐體內(nèi)冰塊清除干凈，控制混凝土溫度回升或降溫小于1℃[2-3]。

3.2.3 低溫季節(jié)混凝土現(xiàn)場澆筑溫控措施

在壩址區(qū)氣溫不低于零度的低溫期初期和末期，采用蓄熱法施工，模板采用外嵌5cm聚氯乙烯泡沫板的保溫模板，混凝土頂面用保溫被或聚氯乙烯卷材覆蓋保溫，以充分利用混凝土自身的水化熱供給，使混凝土緩慢冷卻，在受凍前達到規(guī)范所要求的混凝土強度；當(dāng)日平均氣溫在0℃以下時采用“綜合蓄熱法”新工藝進行施工。

“綜合蓄熱法”包括對模板周邊部位采用搭設(shè)簡易保溫篷升溫及倉號中間部位采用電熱毯升溫，倉面清洗采用高壓風(fēng)槍，避免用水沖洗。

3.2.4 高溫季節(jié)混凝土現(xiàn)場澆筑溫控措施

1)混凝土澆筑過程中每一層澆筑完畢在上一層覆蓋前，采用覆蓋保溫被或3 cm厚、導(dǎo)溫系數(shù)≤0.158 kJ/m·h·℃保溫卷材，以減少混凝土的溫度倒灌。

2)當(dāng)澆筑倉內(nèi)氣溫高于23℃時，進行倉面噴霧，以降低倉面環(huán)境溫度，霧滴直徑40～80 μm。

3)混凝土倉內(nèi)布置冷卻水管進行通水冷卻，以降低混凝土內(nèi)部溫度。

廠房混凝土分層厚度≤1.65 m時，水管水平間距為1.5 m，布置一層；當(dāng)1.65 m<層厚≤2 m時，水管水平間距按1.25 m，布置一層；當(dāng)2 m<層厚≤3 m時，水管水平間距按1.5 m，布置2層。單根循環(huán)水管長度不大于300 m，管內(nèi)徑28 mm，導(dǎo)熱系數(shù)≥1 620 J/m·h·℃。

3.2.5 混凝土養(yǎng)護

高溫季節(jié)流水或蓄水養(yǎng)護。在日平均氣溫為0℃～5℃時，采用蓄熱法養(yǎng)護(覆蓋一層或雙層聚乙烯泡沫保溫卷材)；在日平均氣溫為-5℃～-20℃時，采用工程電熱毯升溫。混凝土養(yǎng)護時間不少于28 d，且拆模前，混凝土必須達到允許受凍臨界強度。

氣溫驟降期間暫停濕養(yǎng)護，對齡期未滿28 d的混凝土采用導(dǎo)熱系數(shù)β≤0.158 kJ/m·h·℃、5 cm厚聚苯乙保溫卷材進行全面保護，并對棱角部位采取加強措施。

3.2.6 永久外露面表面保護措施

對于上下游面、墩墻外壁等永久暴露面，施工期保溫采用外掛保溫方式。

11月～次年3月上旬(冬季)澆筑的混凝土，采用外掛保溫方法保溫，即待模板拆除后，立即在外露面粘貼3 cm厚聚苯乙烯保溫材料進行保溫，并應(yīng)適當(dāng)推遲拆模時間，氣溫驟降期間不允許拆模。對間歇期較長的部位，表面增設(shè)防裂鋼筋。3月中旬～10月澆筑的混凝土，入冬前(10月底)永久外露面粘貼3 cm厚聚苯乙烯保溫板，臨時外露面粘貼3 cm厚保溫卷材封閉保溫。

3.2.7 混凝土側(cè)面及上表面臨時保護

上表面保護在澆筑收面后采用土工膜覆蓋,或覆蓋保溫被保溫。側(cè)面保護利用大模板的爬升錐孔或遺留的拉筋頭作為固定點張掛保溫材料，再用鉛絲、木板、鋼筋等加以固定，保溫層之間搭接嚴(yán)密。若采用聚氯乙稀卷材，則全部橫向固定。

對于保溫過冬的混凝土在每年10月底完成所有部位混凝土表面保溫工作。 當(dāng)年11月～次年3月上旬澆筑的混凝土，混凝土澆筑完畢，其上表面及側(cè)面立即覆蓋保溫材料，直至上層混凝土開始澆筑前方可揭開[4]。

4 結(jié) 語

高原缺氧地區(qū)水電站廠房快速施工技術(shù)研究，通過基坑爆破開挖方式研究爆破試驗確定了合理選擇的爆破開挖參數(shù)，既加快了爆破鉆孔施工速度，爆渣塊度合理方便出渣，提高機械施工效率，加快基坑開挖施工進度，又有效保證了基坑開挖施工質(zhì)量；通過混凝土溫控措施研究，遵循“早保溫、小溫差、早冷卻、慢冷卻”的原則，通過在冬季采用預(yù)熱混凝土拌合物和混凝土外保溫法進行保溫施工(蓄熱法及綜合蓄熱法)；夏季采用預(yù)冷混凝土拌合物、混凝土通水冷卻和混凝土外保溫等措施，成功解決了西藏高原特殊氣候條件對混凝土澆筑的限制，不僅加快了工程建設(shè)速度，也確保了施工質(zhì)量。本項技術(shù)研究成功解決了西藏高原海拔高、晝夜溫差大、氣候干燥、夏季高溫、冬季寒冷、空氣稀薄地區(qū)電站廠房快速施工技術(shù)難題，對加快西藏水電工程建設(shè)施工具有重大意義，具有突出的經(jīng)濟和社會效益。