水垫式缓冲系统在洛古水电站的应用

　　摘要：由于受进场公路和施工成本等因素的制约，高水头发电的中小水电站往往是大型施工设备无法进场或现场条件不易布置。因此，经过技术改造、简单实用的“土办法”得到广泛的应用，本文介绍洛古水电站调压井竖井滑模施工中应用的超高空混凝土入仓缓冲系统就是其中一例。
　　关键词：水垫式，缓冲系统，洛古水电站，应用
　　一、 洛古水电站简介
　　洛古水电站是一座以发电为主的混合式电站，电站装机2台55MW水轮发电机组，总装机容量110MW。引水系统采用一洞两机布置，由进水口、引水隧洞、调压室、蝶阀室及压力管道组成。
　　调压室采用阻抗+扩大上室式调压室，露天式井口布置。中心线桩号引15+830.637，井口高程EL2062m，井底高程1945.60m，总深116.4m。其中大井开挖直径7.2m，C25混凝土衬砌厚度60cm，衬砌后直径6.0m，井筒深107m（EL2062.0m～1955.0m）；小井开挖直径3.8m，C25混凝土衬砌厚度50cm，衬砌后直径2.8m，井筒高9.4m（EL1955.0m～1945.6m）。调压井井口布置一长宽均为8.6m，高为4.3m的混凝土框架井盖，井盖四周设置钢格栅。
　　调压室竖井开挖基岩面岩石极为破碎，以紫红色砂岩、泥岩为主，多为Ⅳ～Ⅴ类围岩，岩壁渗滴水较为严重，竖井超挖超填量大。根据工程总进度计划安排，为保证竖井衬砌施工质量与安全，缩短施工工期，结合实际情况和施工特点，决定对调压竖井大井采取滑模衬砌工艺，调压室小井采取人工立模、分层分块浇筑方案，卷扬机吊罐提升运输。
　　二、施工布置
　　2.1拌和系统布置
　　在调压井井口平台布置一台JZ350混凝土搅拌机，砂石骨料就近堆放在平台料仓内。
　　2.2风水电及通迅系统布置
　　生产用水从后山坡的水渠接取，施工用电从上平洞口变压器低压端引接，并在调压井滑模操作平台及卷扬机附近分别设置配电箱和开关操作柜，井口设置2盏探照灯，井内采用低压照明设施。
　　滑模平台与地面联系采用电铃、指示灯和对讲机配合使用。
　　2.3混凝土入仓系统布置
　　混凝土入仓系统由入料口、水垫式溜管缓冲容器组成，采用直接从井口平台布置一台JZ350混凝土搅拌机现场拌制混凝土，卸入一级入料口，通过直径159㎜溜管溜入一级缓冲容器，再由一级缓冲器出料口流出进入二级缓冲容器的入料口，一直输送到浇注仓号内。见《调压井混凝土入仓系统系统布置图》。
　　插图
　　三、缓冲容器的设计原理及结构设计
　　按规范规定，混凝土入仓高度不应超过两米，超过两米应挂溜桶(或溜管)。根据重力加速度的原理，入仓高度越高混凝土下降速度越快，骨料分离越严重，冲击力越大，对溜桶（或溜管）的损害越来越大，甚至产生安全问题。因此在入仓高度达到一定限度以后，为了保证施工安全和施工质量，必须有效地降低入仓高度。理论上讲，可以由N个两米逐级达到仓号内，但是操作起来相当困难，也不经济。加设一定数量的缓冲容器，可以满足简单、安全、经济又能保证混凝土施工质量的要求，可以解决提高入仓高度问题,这就是缓冲容器的设计理念。
　　顾名思义，缓冲系统是对起缓冲作用的。根据水电站坝后消力塘水垫消能工作原理，在高空混凝土入仓溜桶（或溜管）下方设一个有一定容积、有一定存料深度的容器作为缓冲消能器，把高速下降的混凝土与储存在容器中的流态物（砂浆或混凝土）碰撞，在容器流态物浮力以及粘稠力的作用下急剧减速在容器内充分消除其动能，并把容器中的部分流态物从出料口“挤出”，重新进入下一入仓系统，直至把混凝土输送到工作面，这就是水垫式缓冲系统的工作原理。其主要有两部分构成：溜管（或溜筒）、水垫式缓冲器。
　　水垫式缓冲器的机构形式简单，设计形状可以各异，因现场材料而定，一般为圆形或方形，只要满足直径不小于溜桶直径的2倍就行，其底板设计为可开启的，便于放空清理；底板用较厚的高强钢，上铺2厘米厚的橡胶垫作为缓冲垫，以免钢板直接受损。缓冲器布置及结构见图。
　　
　　水垫式缓冲系统布置图及缓冲容器结构图
　　调压井混凝土入仓系统系统布置图中H（m）为各级入料最大高度；缓冲容器结构图中h(m)为缓冲容器存料高度，α为缓冲器出料口轴线与容器轴线的夹角。
　　h(m)为缓冲容器存料高度，主要根据现场安装设备、加固条件等确定，一般40~50CM为宜；α为缓冲器出料口轴线与容器轴线的夹角，与砼级配和易性等有关，一般35°~50°为宜；D(m)为缓冲容器直径，不小于溜桶直径的2倍。根据现场安装难易程度，通常来讲H越小，D、h越大对砼的质量保证越有利。
　　根据动能定理及能量守恒定律，在满足h=40~50CM时，计算出H=35~40m；如果考虑底部钢板承受部分下料冲击力，入仓最大高度可以H可以达到45~50m，这样，107米高的竖井，仓号上方15米高处、离井口45米处共设置两个缓冲器就可以解决为题。
　　四水垫式缓冲系统的安装
　　入仓缓冲系统下而上由入仓溜管、缓冲器、输料溜管、入料口组成，安装遵循自下而上的原则进行。具体步骤如下:
　　1、溜为了便于安装，把溜管加工成每节长度不大于3米、把缓冲器加工成型并设置好吊耳，利用卷扬机吊运安装。
　　2、形成上下施工通道的爬梯及休息平台。一般情况下，爬梯及休息平台在开挖过程中已经形成，值得注意的是结合混凝土入仓系统地布置。
　　3、安装入仓溜管。本段溜管末端配备一节软胶管便于移动，溜管与溜管用螺栓连接，每两节溜管设置一对吊耳，用直径14㎜的钢绳配相应的绳卡单独与井壁的系统锚杆牢固连接。
　　4、安装缓冲器。由于缓冲器较重，安装相对危险，所以缓冲器设置不少于4个吊耳并安装在操作平台附近，用直径16㎜的钢绳配相应的绳卡单独与井壁的系统锚杆牢固连接。
　　5、安装输料溜管。输料溜管出口深入缓冲容器30厘米，与缓冲容器不做任何连接，其加固的方式与入仓溜管相同。
　　6、安装入料口及溜槽。入料口是将混凝土导入溜管的装置，其加固系统是单独的、与系统锚杆牢固连接。入料口与溜管实现软连接，两者既具有一定的活动性又受其单独加固系统约束，不至于产生入料口堵塞时增加溜管的荷载。

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