大型抽水蓄能電站施工關(guān)鍵技術(shù)

大型抽水蓄能電站施工關(guān)鍵技術(shù)摘要：在電力系統(tǒng)中，抽水蓄能電站可以有效完成調(diào)頻調(diào)相、調(diào)峰填谷，同時(shí)，還可以使電網(wǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，保持平衡狀態(tài)，不斷提高電能質(zhì)量。在大電網(wǎng)和大容量負(fù)荷下，我們進(jìn)入了智能化電網(wǎng)時(shí)代，并對(duì)各類項(xiàng)目和領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了積極影響，充分展現(xiàn)了智能電網(wǎng)的獨(dú)特性，推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，本文深入探究了大型抽水蓄能電站施工關(guān)鍵技術(shù)，希望能夠?yàn)橥瑯I(yè)人員提供一定的借鑒參考。關(guān)鍵詞：大型抽水蓄能電站；施工；關(guān)鍵技術(shù)前言：大型抽水蓄能電站通常由地下廠房、開(kāi)關(guān)站、上水庫(kù)以及下水庫(kù)等組建構(gòu)成，其具體施工主要涉及土石開(kāi)挖與填筑、混凝土工程以及機(jī)電安裝等眾多專業(yè)領(lǐng)域，相對(duì)于常規(guī)水利水電工程，大型抽水蓄能電站在地下工程以及滲控工程等領(lǐng)域充分展示了其獨(dú)特性，這也是工程建設(shè)關(guān)鍵施工技術(shù)所在。地下工程施工技術(shù)施工建設(shè)期間，地下工程極其復(fù)雜，地下洞室不僅洞室密集、施工條件復(fù)雜，而且洞室群規(guī)模很大，空間形態(tài)豐富，結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，一旦遭遇不良地質(zhì)條件，勢(shì)必會(huì)塌方、地下涌水等問(wèn)題，從而誘發(fā)不安全問(wèn)題。因此，施工期間，相關(guān)工作人員必須全面系統(tǒng)深入地進(jìn)行相關(guān)研究，在滿足可行性發(fā)展和施工進(jìn)度情況下，確保其滿足交通運(yùn)輸要求。1） 長(zhǎng)斜井施工技術(shù)。在水利水電工程中，斜井是其中關(guān)鍵組成部分，屬于地下工程飲水系統(tǒng)施工難度系數(shù)最大、風(fēng)險(xiǎn)因素最高的部分。長(zhǎng)斜井施工難點(diǎn)在于，如何在施工過(guò)程中，不斷提高系統(tǒng)布置。如今，絞車、反井鉆以及自主研發(fā)的斜井滑模澆筑混凝土的斜井施工新技術(shù)替代了傳統(tǒng)落后的卷?yè)P(yáng)機(jī)、阿里馬克爬罐以及國(guó)外進(jìn)口滑模澆筑混凝土的施工技術(shù)，因此，在進(jìn)行斜井開(kāi)挖時(shí)，通常采用鉆機(jī)鉆①1.40m導(dǎo)井，之后在經(jīng)過(guò)兩次擴(kuò)挖成型。2） 擴(kuò)挖和支護(hù)技術(shù)。如果1-1、1-2所示。在反井鉆導(dǎo)井施工貫穿之后，按照從下到上進(jìn)行一次擴(kuò)挖，利用一臺(tái)雙筒絞車牽引作為擴(kuò)挖施工平臺(tái)，運(yùn)輸小車在雙通絞車牽引下，將工作人員和施工材料運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?；絞車是擴(kuò)挖施工關(guān)鍵設(shè)備，需要在鋼平臺(tái)上操作，二次擴(kuò)挖作業(yè)平臺(tái)總共有四層。不但能高效完成噴錨支護(hù)作業(yè)和擴(kuò)挖鉆爆，而且還為徑向錨桿和操作手打通周邊孔提供便利。3）斜井混凝土施工技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要按照自下而上的全斷面完成的。施工過(guò)程中，模板技術(shù)難度最大。如果1-3所示，斜井直線段施工方法示意圖。斜井混凝土施工作業(yè)平臺(tái)主要由操作平臺(tái)、主平臺(tái)、抹面平臺(tái)以及尾平臺(tái)四部分組成，其中操作平臺(tái)是由電氣配電柜、安放液壓操作系統(tǒng)以及工具設(shè)備平臺(tái)構(gòu)成；主平臺(tái)是混凝土平倉(cāng)振搗的主要工作平臺(tái)；抹面平臺(tái)主要肩負(fù)著養(yǎng)護(hù)混凝土等工作；尾平臺(tái)則主藥用于備用軌道放置等。施工人員需要按照自下而上的順序進(jìn)行混凝土補(bǔ)砌，滑模爬升動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓爬升系統(tǒng)，運(yùn)輸小車牽引設(shè)備需要用到兩臺(tái)絞車。運(yùn)輸小車底盤設(shè)有防墜落的抱軌裝置；灌漿施工同樣按照自下而上的順利進(jìn)行，同時(shí)利用液壓爬升器來(lái)牽引灌漿平臺(tái)，同時(shí)利用兩臺(tái)單通絞車來(lái)牽引運(yùn)輸小車，確保相關(guān)工作有序開(kāi)展。圖1-3斜井直線段施工方法示意圖4） 斜井鋼襯施工技術(shù)。具體建設(shè)過(guò)程中，大型抽水蓄能電站如果采用鋼筋混凝土材料，將會(huì)冒很大風(fēng)險(xiǎn)，工程設(shè)計(jì)完成之后，需要增加斜井鋼襯。將其入井以后，相關(guān)工作人員一定要重點(diǎn)關(guān)注焊接、回填混凝土施工，為了保證施工過(guò)程中，符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，工作人員應(yīng)在上彎段進(jìn)行擴(kuò)挖，同時(shí)平移鋼襯至斜井上方。一旦鋼襯和斜井基礎(chǔ)面空間過(guò)于狹窄，其焊縫是不能在外部完成焊接工作的，因此，必須發(fā)揮單面焊雙面成型焊接工藝價(jià)值，促進(jìn)焊接質(zhì)量的不斷提升。同時(shí)，在鋼襯外部，完成混凝土回填，在此過(guò)程中，難以充分振搗混凝土。因此，可采用微膨脹自密實(shí)混凝土回填，期間工作人員不僅執(zhí)行速度快，而且要切實(shí)保障施工質(zhì)量。5） 地下廠房施工技術(shù)。大型抽水蓄能電站地下廠房不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且建設(shè)邊墻高，跨度大，因此，大大增加了施工難度。大型蓄能電站地下廠房通?？缍仍?1-26米之間，高度在41-56米之間。廠房高度不一，為了方面施工，可以分層開(kāi)挖。分層開(kāi)挖過(guò)程中，工作人員需要系統(tǒng)全面地分析機(jī)械設(shè)備使用、施工條件等相關(guān)因素，確保其符合相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)真正施工目的。滲控工程施工技術(shù)選定位置以后，才開(kāi)始著手建設(shè)大型抽水蓄能電站上水庫(kù)，而水庫(kù)通常利用現(xiàn)有水庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)建，此外還新建了一部分工程下水庫(kù)，比如洪屏、西龍池等。抽水蓄能電站在新建水庫(kù)時(shí)，滲控工程是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是上水庫(kù)。為了取得較大水頭，大型抽水蓄能電站上水庫(kù)主要建在山峰上部，由小盆地或溝谷開(kāi)挖填圍骨偶成。一部分源于天然徑流，由此可見(jiàn)，由下水庫(kù)抽上來(lái)的水是難能可貴的，同時(shí)也對(duì)水庫(kù)防滲功能提出了極高要求，通常，日滲漏量需要控制在總庫(kù)容的0.02%?0.05%范圍內(nèi)。此外，山峰上部地質(zhì)條件較差，如何保證長(zhǎng)期有效的防滲效果是目前面臨的最大技術(shù)難題，因?yàn)橐坏┓罎B失敗，不但關(guān)系到電站的運(yùn)行效率，而且還會(huì)危及工程安全。2.1新建水庫(kù)防滲方法結(jié)合地質(zhì)條件，按照防滲范圍將大型抽水蓄能電站庫(kù)盆范圍分為全庫(kù)防滲、局部防滲以及不設(shè)防滲三類。其中防滲型式主要由聯(lián)合防滲和單一防滲，單一防滲形式指所有防滲部位采用同種防滲方式；聯(lián)合防滲形式主要由兩種模式，即“庫(kù)岸面板+庫(kù)底鋪蓋〃，"庫(kù)岸面板+垂直帷幕”。庫(kù)岸面板氛圍鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板，與此同時(shí)，土工膜、瀝青混凝土以及土工膜黏土復(fù)合等都是庫(kù)底鋪蓋材料。目前國(guó)外已經(jīng)建成抽水蓄能電站，其中90%以上的水庫(kù)庫(kù)盆都使用了全瀝青混凝土進(jìn)行防滲。國(guó)內(nèi)則是根據(jù)各地的具體情況，制定適合的方案，形式豐富，比如，西龍池、天荒坪以及呼蓄等都采用了單一防滲形式，而宜興等上水庫(kù)則應(yīng)用全庫(kù)混凝土進(jìn)行防滲。而聯(lián)合防滲形式應(yīng)用最為廣泛，泰安、鎮(zhèn)安都采用了庫(kù)岸鋼筋混凝土+庫(kù)底土工膜聯(lián)合防滲形式，文登、仙居等采用鋼筋混凝土面板+垂直帷幕，此外還有很多水庫(kù)采用聯(lián)合防滲。防滲控制工程中，涉及到很多關(guān)鍵技術(shù)，比如瀝青混凝土、長(zhǎng)陡坡墊層料等技術(shù)，而成熟施工技術(shù)有土工膜鋪設(shè)和帷幕灌漿，在此不過(guò)多闡述。2.2庫(kù)底黏土鋪蓋填筑施工技術(shù)我國(guó)著名的寶泉抽水蓄能電站上水庫(kù)采用了全庫(kù)盆聯(lián)合防滲形式，主要涉及到瀝青混凝土護(hù)岸、黏土鋪蓋護(hù)底以及瀝青混凝土面板壩相結(jié)合的形式。按照1:1.7設(shè)置庫(kù)岸邊坡，此外還用到0.202米厚的瀝青面板、15.5萬(wàn)平方米的庫(kù)底黏土防滲面積以及4.5米厚的黏土進(jìn)行覆蓋。如圖2-1所示。而庫(kù)底黏土鋪蓋抵御垂直滲流技術(shù)具有很多明顯優(yōu)勢(shì)，不僅創(chuàng)新處理了庫(kù)底黏土鋪蓋填筑施工分期分區(qū)問(wèn)題，而且還有效解決了縱橫接縫、進(jìn)料布料等多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，大大提高了施工效率，而且還有效改善了施工質(zhì)量，彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)庫(kù)底黏土鋪蓋填筑施工技術(shù)的缺失。1） 合理分期、分區(qū)填筑區(qū)，施工道路布置按照平面不交叉、上下層投影不重合的原則執(zhí)行，同時(shí)，充分利用"后退法〃進(jìn)行布料，這樣，更有效地保障了施工質(zhì)量，快速完成了大面積黏土鋪蓋。2） 在進(jìn)行黏土鋪蓋，工作人員通常會(huì)分區(qū)開(kāi)展，同時(shí)在縱向結(jié)合處預(yù)留出斜坡面，按照1:3.0設(shè)置坡面。相鄰路段填筑時(shí)，對(duì)坡面取樣檢測(cè)。只有各項(xiàng)指標(biāo)合格之后，對(duì)坡面同時(shí)進(jìn)行鑿毛、灑水、攤鋪、碾壓等一系列工作。3） 結(jié)合黏土鋪蓋工作面范圍大及水平防滲的特點(diǎn)，工作人員通過(guò)振動(dòng)平碾碾壓以及振動(dòng)凸塊碾刨毛結(jié)合方式，來(lái)大大提升施工效率。4） 對(duì)寬防滲體和黏土鋪蓋相結(jié)合的部分，工作人員往往利用振動(dòng)平碾薄層的方式進(jìn)行靜壓，同庫(kù)岸防滲體接觸的黏土部分，需要利用隔層補(bǔ)壓和薄層攤鋪施工技術(shù)，來(lái)不斷提升施工質(zhì)量。5） 當(dāng)工作人員在對(duì)瀝青混凝土面板與黏土鋪蓋結(jié)合處進(jìn)行填筑前，需要用1：1.1?1：1.5的濃泥漿涂刷瀝青混凝土面板，同時(shí)，保證鋪土強(qiáng)度、鋪土厚度、刷高度以及涂刷進(jìn)度保持統(tǒng)一，這樣可以保證黏土鋪蓋之前，仍保持良好的黏性。2.3瀝青混凝土施工技術(shù)瀝青混凝土面板擁有很多優(yōu)勢(shì)，其中包括良好的適變形、防滲性以及快速修補(bǔ)等，但是也存在很多短板，比如，成本造價(jià)較高、對(duì)骨料品質(zhì)要求極高以及施工復(fù)雜。瀝青混凝土面板氛圍簡(jiǎn)式和復(fù)式兩類結(jié)構(gòu)，復(fù)式結(jié)構(gòu)主要由中間排水層、封閉層、面層防滲層、整平膠結(jié)層以及底層防滲層組成，而防滲層、封閉層以及整平膠結(jié)層共同構(gòu)成。復(fù)式斷面結(jié)構(gòu)層施工十分負(fù)責(zé)，而且成本造價(jià)相對(duì)較高，層次較多，最近施工完成的工程多以簡(jiǎn)式結(jié)構(gòu)為主。1）確定瀝青混凝土配合。①選定瀝青、骨料原材料，通常整平膠結(jié)層通常以普通石油瀝青為主，而對(duì)于封閉層、防滲層以及加厚層通常用改性瀝青，結(jié)合當(dāng)?shù)胤罎B要求和氣溫開(kāi)展相應(yīng)的試驗(yàn)比選；②在進(jìn)行配合比試驗(yàn)時(shí)，在設(shè)計(jì)配合比基礎(chǔ)上，擬定更多組配合比，通過(guò)密度、孔隙率、滲透系數(shù)等相關(guān)因素開(kāi)展試驗(yàn)，大大優(yōu)化了施工配合比。2） 瀝青混凝土溫度要求大于90攝氏度，其中110攝氏度時(shí)，其碾壓施工性能和可塑性都處于最佳狀態(tài)。瀝青混凝土面板施工工藝是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)的，具體流程如下：①用到自動(dòng)化瀝青拌和系統(tǒng)拌制160攝氏度以上的拌合料；②交由保溫運(yùn)輸車運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，攤鋪機(jī)攤鋪厚度要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由攤鋪機(jī)自帶的振動(dòng)碾完成預(yù)壓工作；③當(dāng)溫度下降到110?130°C時(shí)，采用振動(dòng)碾壓機(jī)碾壓2-3遍，從而滿足設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。而當(dāng)溫度降至90-100C時(shí)，應(yīng)對(duì)面板進(jìn)行收光碾壓，從而達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。3） 施工機(jī)械。在拌和、運(yùn)輸、鋪裝、碾壓瀝青混凝土?xí)r，都需要用到專用施工設(shè)備；在環(huán)庫(kù)公路上，施工團(tuán)隊(duì)需要布置牽引平臺(tái)，這樣才能保證庫(kù)岸瀝青混凝土喂料小車、攤鋪機(jī)和斜坡碾等機(jī)械發(fā)揮最大價(jià)值。2.4陡邊坡混凝土面板施工技術(shù)鋼筋面板混凝土優(yōu)勢(shì)很多，不但施工速度驚人，而且施工技術(shù)相對(duì)成熟，具有較強(qiáng)的抗沖刷耐高溫的能力，同時(shí)也是抽水蓄能電站上下水庫(kù)防滲施工最最常用的結(jié)構(gòu)。鋼筋面板混凝土主要用于庫(kù)岸邊坡、上游邊坡以及整個(gè)庫(kù)盆面板防滲體系中。比如蒲石河上水庫(kù)和仙居上水庫(kù)等，只有堆石壩用到了面板混凝土防滲。西龍池地下水庫(kù)，除了庫(kù)底和大壩用瀝青混凝土防滲外，其他部位都采用面板混凝土防滲。鋼筋面板混凝土往往用到無(wú)軌滑模施工技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)相關(guān)成熟口。2.5長(zhǎng)陡坡庫(kù)岸墊層料施工技術(shù)壩體、庫(kù)底和壩體構(gòu)成的承載體和混凝土、瀝青混凝土制作的防滲層之間的過(guò)渡結(jié)構(gòu)屬于墊層料，對(duì)防滲層最大限度地發(fā)揮表面防滲功能提供支持。1）施工特點(diǎn)。在進(jìn)行庫(kù)岸墊層施工時(shí)，需要工作人員先開(kāi)挖庫(kù)岸成型，之后進(jìn)行鋪料碾壓，此過(guò)程不允許用堆石壩的跟進(jìn)技術(shù)。相對(duì)于短坡或平緩部分，長(zhǎng)陡坡庫(kù)岸加水、布料以及碾壓施工難度很大。對(duì)長(zhǎng)陡坡庫(kù)岸墊層料進(jìn)行施工時(shí)，不得使用自卸車直接進(jìn)料，同時(shí)，也不得使用推裝機(jī)運(yùn)輸鋪料。帶式輸送機(jī)布局存在運(yùn)動(dòng)困難、局部堆積、工作效率低等諸多不足。碾壓過(guò)程中易產(chǎn)生漂移，難以控制非平面碾壓質(zhì)量。2）關(guān)鍵技術(shù)措施。①布料。通常利用牽引平臺(tái)和攤鋪機(jī)，有效控制施工，從而保證施工質(zhì)量，但是此方法成本造價(jià)較高；二是牽引平臺(tái)和簡(jiǎn)易布料車，在配合人工、機(jī)械開(kāi)展，比如張河灣蓄能電站就是利用此方法。②加水。一般情況下，預(yù)料之前，工作人員需要在墊層料上進(jìn)行相應(yīng)灑水，攤鋪結(jié)束之后，碾壓開(kāi)始之前，還需要在坡面進(jìn)行灑水，灑水量需要結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)行控制；坡面灑水通過(guò)軟式水管引水，工作人員則按照從上到下的順序進(jìn)行噴灑。③碾壓。通過(guò)牽引平臺(tái)+斜坡碾，通過(guò)試驗(yàn)，確定了液壓缸缸組、缸底及與結(jié)構(gòu)連接處的軋制參數(shù)。對(duì)于非平面部分，采用寬緣端控制斜坡碾步，保證不漏壓；布料過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，先進(jìn)行初壓精平，然后進(jìn)行碾壓，避免發(fā)生漂移。機(jī)電安裝調(diào)試技術(shù)可逆式水泵水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)是大型抽水蓄能電站必不可少的重要組成部分，不僅容量大，而且水頭高，轉(zhuǎn)速高，相對(duì)于傳統(tǒng)水泵發(fā)電機(jī)組，抽水蓄能機(jī)組在調(diào)試和安裝時(shí)，對(duì)施工進(jìn)度提出了極高的要求，同時(shí)擁有獨(dú)特性。比如，蓄能機(jī)組蝸殼厚板需要保持在50毫米以上，同時(shí)利用厚板焊接技術(shù)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)焊接形式，正確選擇低氫焊接材料，選擇適合的焊接工藝，確定焊接順序，提高焊接質(zhì)量和安裝精度。具體措施如下：首先應(yīng)落實(shí)焊接工藝設(shè)計(jì)，選擇科學(xué)合理的分層分段焊接方案，在具體焊接過(guò)程中，需要密切觀察座環(huán)法蘭面的水平和座環(huán)的內(nèi)徑變化情況，需要結(jié)合座環(huán)的變形程度，來(lái)有效調(diào)整焊接次序，通過(guò)反變形等焊接變形控制技術(shù)手段來(lái)合理控制座環(huán)焊接變形，通過(guò)錘擊等方式來(lái)消除焊接應(yīng)力，從而降低焊接收縮變形。從而防止座環(huán)安裝后的二次打磨，從而縮短施工工期。在抽蓄機(jī)組中，常常用到機(jī)組的動(dòng)平衡試驗(yàn)技術(shù)來(lái)完成抽水和分開(kāi)發(fā)電旋轉(zhuǎn)方向。在抽水方向下，可以完成動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)工作，在SFC裝置啟動(dòng)機(jī)組基礎(chǔ)上，不斷提升運(yùn)行速度，之后結(jié)合機(jī)組的各個(gè)部位，來(lái)檢測(cè)振動(dòng)數(shù)值，從而順利推進(jìn)轉(zhuǎn)子配重工作的順利完成。具體工作開(kāi)展過(guò)程中，要進(jìn)一步確認(rèn)基準(zhǔn)測(cè)試轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速點(diǎn)基礎(chǔ)上，測(cè)定、分析和對(duì)比機(jī)組的各個(gè)部分振動(dòng)和百度值情況。通過(guò)SFC裝置檢測(cè)機(jī)組的擺度相位值和振動(dòng)情況。結(jié)合這些測(cè)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算出配重重量和范圍，同時(shí)也能詳細(xì)記錄一些機(jī)組狀態(tài)信息。結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，在水庫(kù)建設(shè)期間，滲控工程施工技術(shù)大型抽水蓄能電站都是在原有模式上擴(kuò)建的。建立上水庫(kù)時(shí)，需要保證水庫(kù)具備良好的防滲作用，其中，滲控工程至關(guān)重要，是成功的關(guān)鍵。對(duì)于新建水庫(kù)的防滲方式，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，進(jìn)行相應(yīng)分類，同時(shí)還要根據(jù)防滲形式，擇選出最佳防滲方式。舉個(gè)簡(jiǎn)單例子，庫(kù)底黏土鋪蓋填筑施工技術(shù)是通過(guò)黏土鋪蓋實(shí)現(xiàn)護(hù)底，實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土護(hù)岸和面板壩結(jié)合形式。結(jié)合相應(yīng)技術(shù)，完成填筑施工的分區(qū)工作，既保證了施工效率，有保證了整個(gè)項(xiàng)目工程質(zhì)