水电站半埋式厂房施工措施

杨伟

摘要：半埋式变电站具有体积小、强度高、使用周期长等特点。在水电站的设计施工过程中，半埋式厂房成为当前电力机构建设的一种选择。本文依据半埋式厂房在水电站施工应用实例，分析半埋式厂房在施工过程中的技术事项，旨在开拓电站厂房设计思路，为电站系统建设应用提供借鉴参考。

关键词：水电站；半埋式厂房；施工措施

前言：相比传统电站设计结构，半埋式厂房具有寿命长、维护简单、强度稳定等优点，然而在水电站半埋式厂房施工过程中，因缺乏系统理论指导，时常出现支护设施不到位、竖井开挖安全系数低等问题。加强对半埋式厂房的施工实践研究，对完善地下式厂房建设体系，确保水电站顺利运行具有重要意义。

一、工程项目统查

半埋式厂房设计是电力机构建设过程中时常采用的建设模式，该类电力工程以半地下式竖井结构为核心，使用混凝土建筑厂房围壁，其机组主体设置在井下，厂房1/3部分在地表，此型结构设计可有效降低厂房电力消耗，降低电站运营成本，提升工程项目安全性。本文以巴基斯坦西北部印度河流域的汗华水电站工程为例，该工程项目位于印度河支流汗华水坝上，其大坝建筑模式为混凝土重力坝，装机容量达75MW，总库容量110万立方米，是一套完整的由重力坝、峡谷水库、水电厂房、电力机组和输变电线路组成的水电站建筑。厂房项目设计前，电力机构及施工单位应因地制宜结合现场施工环境对竖井开挖地和厂房结构进行规划，以汗华电站施工设计为例，重力坝依山而建，其输变电机组和厂房位于斜坡地带，相对高度600m，整体结构坡度约为15至20度，地表土质由花岗岩和片麻岩构成，质地坚硬，仅上风口区域岩体风化较为严重，结构裂隙产状SE∠65°-72°或SE∠30°-40°，断裂带宽0.8-3.7m，内断层面约存在20-35cm厚断层泥，在设计选址时要考虑厂房型式结构完整性，依据现场条件选择结构形式[1]。

二、厂房竖井地址的选择

按集水渠道及电站工程结构配置，可分为坝式水电站、引水式水电站及坝-引水混合式水电站三种开发类型，本文调研的巴基斯坦汗华水电站是重力坝引水型电站，该类型电站在厂房选址和结构设计中可选择：（1）岸基型厂房；（2）地下厂房；（3）竖井型厂房三种结构。在汗华水电站厂房设计过程中，依据电站地形环境和水电站峡谷地质条件，开发部门最终选择半地下式竖井结构作为设计标准，该结构设计保留1/3结构在地表上方，竖井下设置发电机组和输变电线路，可确保采光条件和湿度环境负荷生产要求，竖井上方厂房也便于交通结构管理与设备运行；竖井下装备2台35MW混流式发电机组和一台5MW备用发电机组，可满足当地50万人口长期电力供应。厂房位置选择临河基岩结构裂隙带附近，厂房主体地表上方部分建于花岗基岩上，由于竖井结构长，风化区岩体结构纤弱，依印度河而建可能出现渗水或结构侵蚀现象，为避免结构沉降，施工前应对岩壁结构进行加护处理[2]。

三、厂房结构布置

厂房整体选址位于汗华公路右侧竖井岩地（印度河东岸），其厂区建筑包括主副厂房、引水站、输变电开关站和员工公寓等一系列建筑物，厂房整体相对高度580.75m。由于主厂房地面高程大于其他建筑单位，因此施工时应同步加深竖井下方机组间距。半埋式厂房地下竖井长约28m（主厂房长48m，地面以上部分高度约20m），竖井横截面为2个直径22m的近圆型结构组成，大坝左侧为装配用井，右侧布置发电机组、水轮机组和尾水管层；其中厂房装水轮机层竖井有混凝土浇筑而成，并由电缆相连输出信号；坝体阀控制室相对高度562m，其主要功能是控制半径1.2m的进水球阀对引水量进行调节，并为厂房检修集水工作人员和渗漏管理人员提供工作空间；副厂房位于河流东岸（主厂房右侧），同样采用混凝土浇筑，较主厂房低8m，分为中控室、通讯室、管理室三个楼层；由于岩体地下水位不高，因此厂房竖井渗漏可使用排水泵统一引入河内[3]。

四、基坑支护与灌浆

竖井开挖是半埋式厂房地下部分施工的主体项目之一，由于竖井围岩结构紧实，花岗岩体强度高、质地坚硬，一旦发生形变将对竖井结构造成严重破坏。因此，施工部门通过CAD和有限元围岩非线性应力状况进行建模，通过对基岩和竖井环境的计算确定竖井围岩应力和纵向压力均不会出现水平拉应力，其深基坑上方重力与环向应力函数模型趋于稳定，压力与深度呈正相关，井底应力最大值1.71个大气压，岩体表面主厂房地表部分环向应力1.01MPa；根据建模计算结果，竖井结构整体稳定，围岩应力变化在可控范围内，可确保施工安全[4]。

竖井挖掘过程中产生的基岩和砾石由提前铺设的尾水隧洞排出，避免石渣干扰到井下能见度与施工作业；施工过程以自上而下的进度随时反馈井下石壁及地质情况，设置压力传感器收集应力参数，井下和地表建设方随时依据压力变化协调施工方案；竖井初步成型后，应用高强支护技术原理对竖井进行加护设计，汗华水电站竖井加护用锚杆直径为3cm，长6.5m，铺设间距2.2m（支护间距依井壁直径与岩体状况而定），混凝土浇筑厚度10cm，在上风口岩体薄弱多砂地带需加挂钢筋网；施工单位在竖井口加设了直径0.45m的圈梁用于布置输变电母线坑，节点之间通过加强筋连接，以便于后续拆除工作；汗华水电站的竖井围岩主要构成为花岗岩，为便于实时监控施工过程中的井下应力变化和未来投产后的井下生产安全，巴方在岩壁加设了10个观察点及6个位移观测器，当日井下形变超过2.5mm时即会预警，雨季收敛量降低至2mm以考虑进雨水渗透对井下环境的影响。井下高强支护混凝土浇筑过程中，竖井岩壁与底层需进行固结施工，从现场信息与传感器数据反馈观察，由于汗华水电站依附山体结构特殊，其围岩应力稳定，整体施工条件较好，因此未对竖井岩壁整体进行固灌，但在具体施工实践中，开发部门应因地制宜、具体分析；如需进行固灌，竖井灌浆压力0.33-0.52MPa，灌浆孔径大于48mm，上风口和断裂带区域（土质环境较差）应特殊加固；该项目竖井挖掘至底板时高程已达580m，如发生结构渗水或坝体事故可能带来安全隐患。因此，巴施工部门特额外引进2台大功率抽水泵用于稳定涌水量及排水应急预案[5]。

在项目投产结束后的5年内，巴基斯坦汗华水电站的变形速度始终趋于可控范围内，整体竖井结构稳定，半埋式厂房地表与地下部分无生产安全事故，勘测半埋式变电站施工设计经典案例。

结论：本文依据汗华水电站工程建设情况，总结出水电站半埋式厂房建设要点。为保障电站防渗排水系统的顺利运行，要坚持排堵结合的工程思路，灌浆及接缝过程中要加强质量监控和材料设施把关，以保障排水系统和变电系统的顺利运行。望本文研究内容能得到相关机构及企业的关注，加强电站半埋式厂房施工技术理论研究与工程实践，为提升我国电力系统建设施工水平提出建设性意见。

参考文献：

[1]杨永文.向家坝水电站左岸坝后厂房蜗壳混凝土施工质量控制[J].水利水电技术，2015，15(41):10-12.

[2]蔡光哲，于长征，熊玲，等.水电站地下厂房开挖及工期安排[J].东北水利水电，2016，34(11):1-2.

[3]孟祥龙.电站厂房混凝土冬期施工主要技术措施[J].陕西水利，2015，23(S1):56-57.

[4]武文斌.藏木水电站厂房混凝土施工进度保证措施研究[J].中国高新技术企业，2017，18(16):82-83.

[5]游强强.电站厂房混凝土冬期施工主要技术措施[J].环球市场，2016，26(22):235-235.

作者简介：杨伟（1985.07-），男，专科，中国水利水电第十工程局，主要从事施工现场管理。