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第22卷第4期四　川　水　力　发　电Vol.22,No.42003年12月SichuanWaterPowerDec.,2003冶勒水电站大坝基础防渗墙施工设备与工效分析向永忠,　曾玲珑,　李守建(中国葛洲坝水利水电工程集团有限公司,湖北宜昌　443002)摘　要:介绍了在冶勒水电站大坝基础防渗墙施工中使用的几种施工机械设备并对其工效进行了比较。关键词:冶勒水电站;施工设备;CZF21500型冲击反循环钻机;CZF21500改型冲击反循环钻机;BC120CBC25微型液压铣槽机中图分类号:TV53;TV543文献标识码:B文章编号:100122184(2003)04200062031　概　述　　该设备为冶勒水电站施工的主力设备,主要承1.1　气候条件担大坝左右岸岸坡、河床及右岸台地防渗墙施工,高冶勒水电站位于四川省冕宁和石棉县境内,系南峰期施工时达37台,施工最大深度达到78.5m。一桠河流域梯级开发的龙头电站。本工程所在地的南桠台CZF21500型冲击反循环钻机配一台JHB2200净河流域属高原温带川西山地湿润气候,坝区全年无夏化器和一台6BS砂石泵,构成一套完整的施工组合季,冬季长达6～7个月,年极端最低气温达-20℃。单元。该钻机的工法特点是采用冲击破碎和反循环4～10月为雨季,月降雨天数在21～24.8d之间。坝滤渣,泥浆再回到槽孔内重复利用。其优点是工效址主要气象指标如下:多年平均气温6.5℃;多年平高,地层适应性强,节省泥浆;缺点是配套设备所占均降雨量1830.9mm;年平均降雨天数215d;极端空间大,管道多,耗电量大,成本高,孔斜不易控制,最高气温27.5℃;极端最低气温-20℃;月平均最低见图1。通过施工中不断摸索和改进,后来在抽砂管气温-2℃;最大风速20mös。上加了一个双向三通闸阀,采用2台CZF21500型1.2　地质条件冲击反循环钻机配一台JHB2200和一台6BS砂石冶勒大坝坝址及库区地质构造为第四纪构造断泵,同样能达到处理泥砂的预期效果,从而减少了一2陷盆地,盆地面积约30km,盆地中心最大堆积厚半的泥浆净化设备,现场空间也显得宽松,更重要的度大于420m,大坝位于该盆地的下游偏左岸,河床是大大地节约了施工成本。下部及右岸均为较厚的第四系堆积,垂直坝轴线分布宽达2km。由于该堆积物厚度较大,地层结构复杂,加之其沉积年代较长,经过长期超固结压密并具有弱钙质胶结的卵砾石、粉质壤土和硬质土互层,形成含水层隔水层相间分布,水文地质结构十分复杂。2　防渗墙的设计布置整个防渗墙从左至右分为A段左岸岸坡防渗墙(桩号0+000～0+150,墙深20～50m,墙厚为1m,需嵌入基岩)、B段河床段防渗墙(桩号0+150～0+310,墙深30～60m,墙厚为1.2m,深入第二岩组2m以上,为悬挂式防渗墙)、C段右岸岸坡防渗墙(桩号0+310～0+411)、D段右岸台地覆盖层防渗墙(桩号0+411～0+710,墙深60～78.8m,墙厚图1CZF21500型冲击反循环钻机示意图为1m)五大部分;而C段右岸岸坡及D段右岸台CZF21500型冲击反循环钻机及其工法在三峡地基础防渗处理工程分上部地面防渗墙及下部廊道工程一、二期围堰施工中首次试验性使用,并没有取内防渗墙两部分。得好的业绩,主要原因是和传统的CZ230型冲击钻3　施工设备及工法机相比,工效没有明显优势,且工艺比较繁琐,操作311CZF21500型冲击反循环钻机手习惯了冲击破碎、抽筒出渣的传统工艺,而对新的繁琐的工艺心存抵触情绪,一时难以接受,因此,三收稿日期:2003210215峡工程的防渗墙主要是靠CZ222型和CZ230型冲6n击钻机施工。冶勒工程防渗墙施工有其独特的一面,+308～0+430段的施工情况看,钻机桅杆改短并即地层为第四纪沉积的弱胶结卵砾石层及超固结粉没有降低造孔工效,但在浇筑时下管及拔管的速度质壤土层,岩层致密,粉质壤土层内富含有机酸,易则要慢些,显然工效也有所降低,见图2。使泥浆性能破坏而离淅,丧失其悬浮作用。CZ230型冲击钻机的原理是冲击破碎、挤压密实、泥浆悬浮岩屑、抽筒出渣,而弱胶结卵砾石层及超固结粉质壤土层的挤压密实作用几乎为零,冲击破碎的岩屑沉入底部,抽筒无法抽出,因此,CZ230型冲击钻机无法解决冶勒工程防渗墙的施工难题。2001年7月16日,在右岸高程2639.5m平台进行了防渗墙生产性试验,采用的即CZ230型冲击钻机,使用6台,经过3个月的施工,工效极低,仅0.1～0.3mö台·班,无法满足冶勒工程防渗墙施工进度要求,后来全部舍弃。液压抓斗则因地层含多层胶结岩层无法使用,而液压铣槽机则因受道路及场地的限制也使用图2CZF21500改型冲击反循环钻机示意图困难,最终CZF21500冲击反循环钻机在该工程得313BC120CBC25微型液压铣槽机到普遍应用,成为防渗墙施工的主力军。该设备主要用于廊道防渗墙施工。因为廊道以CZF21500冲击反循环钻机是在我国生产的下的地层为粉质壤土层及砂砾石层,很适合液压铣CZ230型冲击钻机上改进而成,钻机在工作状态下槽机工作。为了缩短施工工期,专门引进了一台的外型尺寸为9.91m×2.84m×11.8m。钻进的主BC120CBC25微型液压铣槽机。要原理是:钻机的动力通过传动系统驱动曲柄连杆BC120CBC25微型液压铣槽机的工作原理为:冲击机构,使钻头作冲击运动,悬吊钻头的双钢丝绳采用液压铣槽轮上的切削齿疏松土壤,并使土壤破利用同步双筒卷扬设备,调节动态与静态平衡,空心碎与泥浆混合,通过砂石泵排至地表的净化装置,将钻头中心设置排渣管,利用砂石泵将岩屑与循环液土渣除去后泥浆再回到槽孔内。铣槽机的垂直度应经排渣管及循环管路从孔底连续地反循环排入设在与槽段轴线一致,并由两个独立的测斜仪监测,其数地面的泥浆净化装置,振动筛除出大颗粒岩渣,旋流据由驾驶室内的电脑处理并显示在液晶屏上,从而器除出粉细砂,净化后的泥浆重新流回到槽孔内,通驾驶员可随时监控并通过改变铣槽机的转速来实现过这一循环,钻机完成钻进作业。CZ230型冲击钻机对铣槽机垂直度的调整。与CZF21500冲击反循环钻机的最大区别就在于将4　施工工效分析传统的单钢丝绳改为双钢丝绳,以让出空心钻头空由于冶勒水电站工程防渗墙具有其特殊性,一间及中心位置,便于插入排渣管;同时,为了保证悬方面墙深及墙厚超过了目前国内现行的定额水平;吊钻头的钢丝绳始终等长,确保钻孔不产生偏斜,设另一方面,在廊道内大规模的施工防渗墙在国内也置了自动调节等长能力的同步卷扬装置。是第一次,究竟施工水平如何,还没有现成的资料可312CZF21500改型冲击反循环钻机查。因此,对其施工工效的统计分析显得至关重要。该设备主要用于前期廊道防渗墙施工,并配合它不仅可以对类似防渗墙工程工作起到指导作用,后期BC120CBC25微型液压铣槽机打接头孔。所谓也可为新的劳动定额的制定提供第一手资料。改型也就是将桅杆由原来的11m长改短为5.57表1为右岸台地及右岸高程2561.5m平台的m,其余均没有改变。由于廊道的空间为6m×6.5工时利用统计、工效分析表。从表1中可以看出,右m,为了适应廊道作业,除了将桅杆改短外,钻机的岸台地共统计了15个槽,该部位的墙深78.5m,墙摆放也改变了传统的做法,由垂直于防渗墙轴线改厚为1m,纯钻孔工效平均为1.69mö台班,纯生产为顺着轴线摆放,也就是骑在槽孔上造孔,且两台钻工效平均为1.42mö台班,考虑各种影响因素及浇机头和头相对摆放,同时施工一个槽孔,其工法和筑槽段所占工时在内的平均生产工效平均为0.712CZF21500冲击反循环钻机基本相同,只是全部采用mö台班;右岸高程2561.5平台共统计了4个槽,钻凿法施工,而不方便采用劈打法。从在廊道桩号0该部位墙深67.4～70.6m,墙厚1.2m,纯钻孔工7n效平均为1.26mö台班,纯生产工效平均为1.13潮湿的环境中易出故障,因而大大降低了生产工效。mö台班,考虑各种影响因素及浇筑槽段所占工时在从表1和表2中可以看出,右岸台地防渗墙施工非2内的平均生产工效平均为0.71mö台班。生产工时占总工时的50.2%;右岸高程2561.5m由于冶勒地区气候条件恶劣,多雨,气温低,海平台防渗墙施工非生产性工时占总工时的37.3%。拔高,人的活动受到很大限制,机械设备在这种多雨如果气候条件转好,工效可以提高。表1　右岸台地及右岸高程2561.5m平台工时利用统计、工效分析表工　　时　　利　　用　　　　　ö台时工效分析(每台班)进尺槽段号生　　产钻进生产平均öm机故孔故停等清孔验孔浇筑总工时直接辅助小计ömömömT201580.93988.5592.545815532033.5812.5203216104101321.171.010.46T202502.42611.5436.53048721.5409579153316646370.51.541.320.63T203580.93667.5561.54229479.5653642.51764348878901.271.100.59T204643.73198871406987584476016763111283671.611.270.62T205580.92762.54263188.5379128.5376.5115930885349.51.681.460.87T206510.252351905.53256.5576.5504552.5152640886543.51.741.250.62T207580.920713522423321930304.51496151045593.52.241.920.83T208580.9190639222982123565811229328847962.442.020.97T209580.92830.54293259.5189.5165.5203.51238167051421.641.430.90T210502.42146.54492595.54403722791283161685153.51.871.550.78T211580.92233.5356.52590284.5100.5408.51819.56412053872.081.790.86T212502.42239.5552.52792512265588.51328241205629.51.791.440.71T213580.92469379.52848.5205.5548234.51780.56711257961.881.630.80T214502.42760.54813241.5491.53987681270567262971.461.240.64T215730.0531464193565413.5250.5746.52676961207867.51.861.640.74合计8540.8403827603.54798566547957.5783723810553151896314.51.691.420.71H201442.383055242.53297.5195.57448514637010556901.161.070.62H202448.6533345123846394.5543318.5827.567806076.51.080.930.59H203455.8228722743146352.5246244.5801613642211.271.160.86H204486.532373309.52682.5450.5240.5464729.52412047111.641.450.83合计1833.41163413381297213931103.51512310017744120698.51.261.130.71表2　右岸台地及右岸高程2561.5m平台工时利用统计、工效分析表工时利用率工时耗用　　　　　ö台时工效(每台班)进尺ö%槽孔号孔别öm生　　产纯钻生产平均机故孔故停等验孔清孔合计钻进生产直接辅助小计ömömöm主孔95.1562.085.2647.218.240.715.017.3738.376.187.70.21.23.1Z201付孔89.4357.874.2432.035.013.0480.074.690.00.31.74.5Z202双反弧32.3246.043.5289.533.05.540.02.56.0376.565.376.90.10.92.1主孔98.01029.077.01062.051.22.051.23.08.01177.487.490.20.10.72.0Z203付孔91.6804.073.3877.385.05.528.8996.680.788.00.10.82.2合　　计406.42998.8353.13307.9222.413.0173.720.531.33768.879.687.80.11.02.6　　从右岸台地及右岸高程2561.5m平台工时利胶结的卵砾石层、粉质壤土层及左岸为主的碎石土用对比情况看,右岸台地在孔内事故及清孔方面所层。弱胶结卵砾石层与粉质壤层主要分布在右岸,廊花的工时在非生产性工时中所占的比例要大于右岸道以上以弱胶结卵砾石层为主,且与少量粉质壤土高程2561.5m平台。分析其原因是由于右岸台地层呈互层状。弱胶结卵砾石层造孔破碎较困难,但清的槽孔深度要大于右岸高程2561.5m平台的槽孔孔简单,而粉质壤土层造孔破碎容易,但清孔较困深度。尽管右岸高程2561.5m平台的墙要比右岸难,因此,其平均综合工效相差不大。加之大多呈互台地的墙厚些,但深度对造孔施工的影响要敏感些。层状,在统计时未严格区分开来,因此,我们认为,廊目前国产的钻机及砂石泵等设备对超过70m深的道以上台地的防渗墙施工工效基本上反映的是弱胶墙属超负荷运行,尤其是砂石泵,当孔深超过70m结卵砾石层的施工工效,即为0.71mö台班。廊道以时,其排渣能力很弱。下以粉质壤土层为主,基本上无弱胶结卵砾石层,其对于不同地层的工效分析,冶勒地区主要为弱(下转第33页)8n下游泄洪洞时水流仍不均匀,明流有左高右底的水稳,水深都在3.5～4.0m之间波动,在设计水位下翅出现,时有水流冲顶现象。冲顶水流为阵发性的且平均流速为15.2～17.4mös;在校核水位下平均流含气量很高,故不至于对隧洞造成严重破坏。速为15.7～17.9mös。两种流速基本接近。放空洞2.3.4　明流泄洪洞流态出口紧接消力池,放空洞与消力池水流衔接基本平从压坡段出口到与放空洞连接的圆弧段间水流顺,水流无突变,在扩散段水流均匀。在各种流量下,波动较为厉害。在出口处为气多水少,到圆弧段时水水跃都发生在消力池中。流表面的掺气层已较薄,形成气少水多的状态。在接2.4　竖井消能率近圆弧起点的桩号泄0+370.595处,运行和校核水消能率是消能水头和消能量占总水头和总能量位的断面平均分别为3.15m和3.3m,该部位波动的百分比。竖井出口处的流态较为紊乱,各种参数难较大,有时水深达4m多。以准确量测,但以竖井出口的参数计算竖井消能率困2.3.5　泄洪洞、放空洞交汇段流态难较大。试验中是以放空洞出口的水流参数来计算整水流至两洞交汇段时,由于右边与放空洞连接处个泄洪洞的综合消能率。经计算,从泄洪洞进口至放3突然放开,没有边墙约束,水流向右边扩散,形成水流空洞出口的综合消能率为:流量为206.51mös的设3为左高右低的形态。尽管水流与放空洞的交角较小,计水位下G=89.05%;流量为213.52mös的校核但因流速较高冲击到放空洞的右边墙后向上爬高。爬水位下G=88.75%。用放空洞出口资料反算竖井消3高水流的主流顺顶拱旋转后沿左边墙跌落入水,中间能率,流量为206.51mös的设计水位下G=86.33也有部分水体直接掉入主流中。当流量≥100mös5%,流量为213.52mös的校核水位下G=85.9%。时,水流在撞击放空洞右边墙后逐步翻滚爬高到直墙3　结　论与顶拱交界处,随流量增大,翻滚渐强。在右边墙直墙泄洪洞利用竖井消能与放空洞结合方案进行了上部位加一折流坎,让上爬水流在折流坎的作用下直全面的技术经济比较,而且通过体型优化,模型试验接落入主流中,不再顺顶拱旋转。在试验中,实测设计修正,在技术上可以得到保证,故设计推荐的泄洪洞水位下该部位的最大流速为16.1mös。的下泄流量水流流态、各部压力、通气量及消能率等2.3.6　放空洞流态方面均能满足要求,从而可以确保水库安全运行。当只有泄洪洞放水的工况时,由于泄洪洞轴线作者简介:与放空洞轴线夹角很小,实验表明,放空洞桩号(放)苟芳蓉(19642),女,四川成都人,国家电力公司成都勘测设计研究院工程分院工程师,从事水电工程设计工作;0+696.928～(放)0+790.000段,各种工况下,该黄　煌(19692),男,四川蓬安人,国家电力公司成都勘测设计研究院段基本无积水。在两洞交汇段后,洞内水流较为平工程分院副设总,高级工程师,学士,从事水电工程设计工作.(上接第8页)层,其孔深较浅,一般为20～50m,其施工工效为平均综合工效为1.2mö台班。而左岸岸坡为碎石土1.1mö台班。不同部位的防渗墙施工工效见表3。表3　冶勒水电站工程防渗墙施工工效表部　　位地　　层槽孔宽　öm槽孔深　öm平均工效(每台班)öm右岸台地弱胶结卵砾石,少量粉质壤土1.069.5～78.50.71右岸岸坡弱胶结卵砾石,少量粉质壤土1.040～45.51.1廊道粉质壤土,砂砾石1.060～841.72廊道(双轮铣)粉质壤土,砂砾石1.06026.7河床砂卵石层,底部碎石土层1.239～69.10.7左岸岸坡碎石土层1.020～501.1公司四川南桠河冶勒水电站葛洲坝项目部常务副总经理,高作者简介:级工程师,硕士,从事水电工程施工技术与管理工作;向永忠(19542),男,重庆潼南人,中国葛洲坝水利水电工程集团有限李守建(19642),男,湖南汉寿人,中国葛洲坝水利水电工程集团有限公司副总经理,四川南桠河冶勒水电站葛洲坝项目部总经理,公司四川南桠河冶勒水电站葛洲坝项目部总工程师,高级工教授级高工,从事水电工程施工管理工作;程师,从事水电工程施工技术与管理工作.曾玲珑(19632),男,湖北武穴人,中国葛洲坝水利水电工程集团有限水电五局被评为四川省最佳建筑企业50强　　近日,水电五局在激烈的市场竞争中,以良好的经营业绩,荣获2002年度四川省最佳建筑企业50强第7名殊荣。33