新龙口电站压力管道施工技术_姬硕.pdf

河南水利与南水北调 2023年第5期农村水利 水电新龙口电站压力管道施工技术姬硕新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 石河子 832000摘要：以新疆奎屯河引水工程新龙口电站压力管道工程为例，对压力管道施工相关工艺进行技术性的分析，以工程设计内容以及所在地区地质地貌为基础，展开了管道施工中竖井、施工操作平台、通风及管线布置的应用分析，并主要侧重于管道施工，进行了安装方案、管道加工制作、安装工艺等环节的论述，提出了施工要点：开挖支护工艺的数值模拟和井筒抗滑稳定安全分析，并采用模拟计算的方式对研究的结果加以验证，希望能够为类似工程的施工提供参考。关键词：电站；竖井；压力钢管；支护中图分类号：TV732.4文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）05-0036-021项目概况1.1工程简述新疆奎屯河引水工程新龙口电站装机容量为140 MW，压力管道设计长度1 450.40 m，单向全断面正井法开挖直径6.60 m，所应用的最大压力管道直径4.10 m，设计流量48.50 m3/s，管内流速理论数值3.83 m/s，压力管道根据工程现场地形铺设，工程主要由竖井、平洞和下平洞所构成，其中竖井段长度228 m，平洞段长度524.20 m、下平洞长度510 m，坡度6%；压力钢管为2级建筑物，抗震设防烈度可达到6度。1.2地质地貌分析新龙口电站整体地势呈现南高北低，项目建设在奎屯河河谷U型位置，此段地势较为平坦开阔，现代河床宽度160200 m，高程达到968980 m，纵坡度1.20，而河谷双侧为陡立山崖，在经久的风化、剥蚀、溶蚀以及雨水冲刷下最终造成沟壑纵横的侵蚀地貌。经过地质勘探结果显示，此区域为缓坡段（0+0000+710），地层岩性为主要分为三层。第四系全新统冲积层（Q4al）：土黄色碎石土，厚度527 m，压力管道0+0000+520段埋置于该层，开挖边坡永久11.50，临时11.25，坡高大于10 m，应分层开挖；上更新统冲积（Q3al）：青灰色、土黄色砂卵砾石，厚度1015 m，压力管道0+5200+710段埋置于该层，开挖边坡永久11.50，临时11.25，坡高大于10 m应分层开挖；下更新统（Q1x）青灰色、灰白色，西域砾岩，泥质弱胶结，厚度30123 m，地基承载力允许值800 kPa，变形模量500 MPa，开挖边坡永久11.10，临时10.75。2施工工艺2.1竖井施工在竖井进入正常施工之前，应先砌筑锁口，用以固定井筒位置、铺设井盖、封严井口（封口盘）和吊挂临时支架或井壁。为满足承载力需求，井身采用现浇式钢筋混凝土结构，衬砌施工依托滑动式模板实施；滑动式模板为一次搭建完成，施工过程中在电机作用下可以调整施工平台高度，利用此方式可有效减少模板及支撑材料的应用量，对于提升施工周期、优化施工环境、增加施工质量具有重要的作用，但滑动式模板对于施工温度具有特殊的要求，不宜在低温环境下操作。2.2施工操作平台根据施工顺序，考虑采用2层吊盘作为操作平台，每层平台高度按开挖1个循环深度3 m考虑，开挖深度单次按6 m，其中底层3 m为开挖层，中层平台进行绑扎钢筋，顶层为浇筑平作者简介：姬硕（1990），男，工程师，研究方向：水利水电工程施工组织设计。Construction Technology for Pressure Pipeline of Xinlongkou Power StationJI Shuo（Xinjiang Corps Survey and Design Institute(Group)CO.LTD.,Shihezi 832000,China）Abstract：Taking the Xinlongkou Hydropower Station penstock project of Xinjiang Kuitun River Diversion Project as an example,thispaper makes a technical analysis of the relevant process of penstock construction.Based on the engineering design content and thegeological and geomorphic conditions of the region,it carries out the application analysis of the shaft,construction operation platform,ventilation and pipeline layout in the pipeline construction,and mainly focuses on the pipeline construction,and discusses theinstallation scheme,pipeline processing and manufacturing,installation technology and other links.It also puts forward the key pointsin construction:numerical simulation of excavation and support technology and safety analysis of shaft anti-sliding stability,verifingthe research results by means of simulation calculation so as to provide reference for the construction of similar projects through thispaper.Key words：power station;shaft;penstock;support36河南水利与南水北调 2023年第5期农村水利 水电台，3个平台之间循环作业。2.3通风及管线布置在实际施工中考虑到设计需求以及以往施工经验，特选用可逆转轴流式风机。施工开始时同步联动风机，采用反向负压的形式进行通风处理，非施工时间段则采用正常通风。通风管道的规格设计采用300 cm圆形风管，管道采用靠墙一侧固定卡条安装，卡条间隔距离以6 m为宜。当竖井施工深度达到20 m后可启用通风系统；当进入冬季气温降低后，为了保障施工区域温度、便于人员作业，需加装暖风风机。2.4管道施工2.4.1安装方案设计为有效确保施工质量以及施工计划能够得到满足，工程中钢管制作采用特质钢板现场加工的形式完成。钢板运送到施工现场的供料平台后，利用洞内钢轨搭配卷扬机操控小车进行运送，达到预定区域后改用起重机吊装。2.4.2管道加工制作在施工线路中搭建压力管道加工点，根据管道加工的需要设立原材料放置区、加工段、半成品放置区、防腐处理段以及成品放置区；所有加工完成的压力管道均在加工厂直接运输，加工制作流程如图1所示。图1管道加工制作主要流程图2.4.3安装工艺首先，竖井、下平洞段施工段中的下弯段和下平洞衔接部位的首节需要加装压力钢管定位节，具体安装顺序为：从下弯段至上弯段；在下平洞施工段中则应以压力钢管定位节至洞口处进行处理。其次，引水岔管则将管道出电站穿支管墙为起始，从岔管至阀门后支管道走向进行施工，岔管处加装压力钢管定位节，其中压力管道的岔管以及支管拼装的末端钢管作为凑合节。最后，回填管段区域压力管道安装过程中需要注意留出坡度，安装时以竖井入口的管道镇墩至高位方向施工，并以管道镇墩当作压力钢管定位节，此施工段在进行压力钢管定位节安装时，应根据施工标准测定压力钢管定位节出管道口的标高，两侧的中心高度公差需要符合施工设计规定；压力钢管定位节施工完毕后应立即处理管道镇墩的浇筑，待到管道镇墩强度达到设计要求后在根据施工规范处理管道镇墩上游钢管，临近的管道镇墩以及管道镇墩与伸缩节连接的末端钢管，即为本段施工中的凑合节，并在此部位加装伸缩节。2.4.4施工要点分析定位节装配施工。首先在施工区域测定压力钢管定位节的安装基点及基线，校准确定后便可进行压力钢管定位节的实际施工；其次，压力钢管定位节的安装需要遵循规范标准，严格把控安装位置的误差，确认无误后方可进行固定；最后，在进行后续管节压缝处理时，需要做好对于压力钢管定位节的保护处理工作，防止出现压力钢管定位节的移位。凑合节装配施工。实际施工中凑合节的应用尺寸需要依据已经施工完成的管道缺口大小进行设定，避免出现缝隙；凑合节的制作应使用整节钢管，其中环缝的间隙应以3 mm为宜。安装误差控制。施工安装过程中应严格控制安装误差，如对各端管道的安装完成均进行测量校验；若已安装完成的管道存在较大的误差，则可通过管道之间的环隙进行纠正，若间隙的调整超过规范，则应采用管道焊接的方式减少误差。3施工工艺中支护数值模拟和井筒抗滑稳定安全分析3.1临时支护设计压力管道0+7101+223.50段采用地下埋管型式，该段由竖井、斜井和平洞组成，其中竖井深220.20 m，0+7101+150段为斜井段，坡度6%，1+1501+223.50段为平洞段。3.2数值模拟计算选取桩号0+710.00断面采用FLAC3D软件进行临时支护数值模拟计算。地层岩性为下层西域砾岩，计算参数根据 工程地质勘察报告 中第四系下更新统西域砾岩物理力学性质；单向全断面正井法开挖直径为6.60 m，模型适用范围分别为H1、H2、H3，取值依次为44、38、44 m。模拟中采用笛卡尔坐标系（Cartesian coordinate system），将施工区域隧道中心作为坐标轴的0点，隧道施工的方面作为Y轴的方向，与隧道的垂直线便是坐标系的Z轴，坐标系X轴则以佛来明右手原则确定。所建立的模型共有 3.185104个节点，单元格总量为2.5156104个，模型各个边界（除顶部外，以均匀分布的应力模拟覆盖岩层）采用光滑约束，应力场采用自重应力，并依据实际覆盖岩层厚度、质量进行确定，水平向自重应力取值侧压力系数。监测点位布设在模型隧道顶拱、双腰以及隧道底部。经过模拟计算结果符合施工质量要求，满足预期设计目标。3.3倒挂井稳定性分析井筒衬砌中抗滑稳定安全系数取值依据设计规范，其中单桩轴向承载机理与容许承载力可以表示为（桩基础自重以及置换土方量差值纳入荷载）：Ra=21uni=1qikli+Apqr（1）式（1）中：u 表示桩体的周长（m）；Ap表示桩体的截面积（m2，钻孔扩底桩取下底截面积）；n表示覆盖图层的有效层数；li表示承台作用下的土层厚度（m，不考虑扩孔）；qik表示和li对应桩体侧面摩擦阻力（kPa），实际取值以单桩测验为主；qr表示桩体端处容许值时的地基承载力（kPa）。经过上述计算，桩端承载力安全系数4.22大于规范要求。4结语新龙口电站压力管道施工对于新疆奎屯河引水工程后期运行中具有重要的作用，压力管道施工的质量不仅影响工程项目施工计划，更是能够确保正常运行的关键，对于项目的稳定、安全地使用意义重大。参考文献：1 汪小明.浅谈婺源清华水电站引水隧洞加固及压力管道工程施工 J.陕西水利，2020（4）：174-176.收稿日期：2023-1-22编辑：雍友玉37