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淺談電站引水隧洞漸變段開挖與支護技術研究

2014-12-25 01:25李金牌
城市建設理論研究 2014年37期
關鍵詞:開挖

李金牌

摘要:糯扎渡電站引水隧洞巖體主要為弱風化的粉砂巖、細砂巖及少量泥巖,現場為Ⅳ類和Ⅲ類巖體,巖石較差且開挖斷面較大,由方形開挖漸變成圓形開挖,增加了施工難度,為確保施工安全和施工質量,采取了分層開挖和超前支護的施工工藝。本文對糯扎渡引水隧洞開挖、支護施工工藝進行了較詳細和獨特的闡述總結,對于學習隧洞施工技術的人員,本文也是一個較好的例子,可以適當參考學習。

關鍵詞:引水隧洞圍巖 開挖 施工質量和安全

中圖分類號: TV523 文獻標識碼: A

1 工程概況

糯扎渡水電站位于云南省思茅市翠云區和瀾滄縣交界處的瀾滄江下游干流上,是瀾滄江中下游河段八個梯級規劃的第五級。電站距上游大朝山水電站河道距離215Km,距下游景洪水電站河道距離102Km?,F有思(茅)~瀾(滄)公路通過壩址左岸,壩址距思茅市98Km,距瀾滄縣76Km。

糯扎渡水電站工程屬大(1)型一等工程,永久性主要水工建筑物為一級建筑物。工程以發電為主,兼有防洪、灌溉、養殖和旅游等綜合利用效益,水庫具有多年調節性能。該工程由心墻堆石壩、左岸溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地下式引水發電系統及導流工程等建筑物組成。水庫庫容為237.03×108m3,電站裝機容量5850MW(9×650MW)。

引水建筑物包括引渠、電站進水口和引水隧洞。NZD/C4標段引水隧洞土建工程主要為1?!?#引水隧洞漸變段(引0+000.000m~引0+020.000m)和上平直段(引0+020.000m~引0+040.000m)的石方洞挖、支護、襯砌混凝土、固結灌漿、回填灌漿等。其中進口漸變段開挖斷面由方形漸變為圓形,分A、B兩種類型:1#~3#開挖斷面尺寸為A型(10.3m×14.3m~Φ12.5m)、4#~9#開挖斷面尺寸為B型(10.4m×14.4m~Φ12.6m);上平直段開挖斷面尺寸為Φ11.2m和Φ11.1m。

2地理地質條件

引水隧洞位于電站進水塔下游,與進水口八個預留巖柱交錯布置,洞臉位于兩側預留巖柱之間,已經開挖成型的垂直立面邊坡。底板開挖高程EL.733.0。經設計地質工程師現場洞臉處查看巖石,1#引水隧洞~5#引水隧洞號為弱風化花崗巖,節理較發育,為鑲嵌碎裂結構,Ⅲ類巖體。6#引水隧洞號為弱風化角礫巖,厚層狀,為鑲嵌碎裂結構,Ⅲ類巖體。7#引水隧洞~9#引水隧洞號為弱風化的粉砂巖、細砂巖及少量泥巖,中厚層或薄層狀結構,為Ⅳ類巖體。1#引水隧洞經過F1斷層帶,擠壓破碎,完成性差,巖石主要以砂礫巖、泥巖為主。

3 主要施工經過

3.1開挖施工

⑴洞口開挖

由于洞口方形開挖成型難度大,且為Ⅳ類圍巖,為了進一步確保洞口的成型,開挖前進行了125KN預應力鎖口錨桿施工。在洞口開挖線外側布置兩排125KN預應力錨桿,進行提前錨固洞口,糯扎渡引水隧洞預應力鎖口錨桿規格為Φ32@1.5m×1m,L=9m,上仰10°,見圖1。

圖1:洞口預應力錨桿點位圖

工藝流程:施工準備→測量放線→鉆孔→清洗鉆孔→驗收→安插錨桿→內錨段注漿→安裝托板、墊圈、螺帽 →張拉鎖定→自由段注漿→檢測與維護→物探試驗。

預應力錨桿施工如下:

首先由測量人員在現場逐一標注孔位,并用紅油漆標識。采用直徑90mm的潛孔鉆鉆孔,鉆孔按設計要求上仰10°施工。鉆孔完成后用風、水聯合清洗,并逐一對孔徑、孔向、孔深及孔底清潔度進行了認真檢查記錄。其次把提前制作好的預應力錨桿緩緩插入孔內,錨桿插入前一定要保持注漿管暢通,止漿環完好,各部件與桿體結合牢靠,沒有脫落和損壞。插桿結束后安裝墊板和螺帽。錨固段應及時進行注漿,現場張拉共分五個量級進行,張拉力施加值順序依次為:第一次張拉力為設計值的25%(31.25KN),持荷5分鐘后進行第二次張拉,張拉力為設計值的50%(62.5KN),持荷5分鐘后進行第三次張拉,張拉力為設計值的75%(93.75KN),持荷5分鐘后進行第四次張拉,張拉力為設計值的100%(125KN),最后一級張拉力達到設計值后超張拉至設計值的110%(137.5KN),靜載持續穩壓30min后鎖定。張拉結束后開始對錨桿自由段回填灌漿施工,灌漿采用純水泥漿,GSP-A型灌漿泵注漿?,F場確認排氣管暢通后,再進行孔內自由段注漿,排氣孔不再排氣,并有漿液溢出時,說明自由段注漿飽滿,注漿結束。

預應力要達到設計強度后進行洞口的開挖施工,由于糯扎渡引水隧洞屬于大型的隧洞開挖,且開挖斷面由方形漸變成圓形,開挖難度和成型難度都比較大,根據現場實際情況,采用上下分層開挖的方式,首先進行上半洞的開挖,其次進行下半洞開挖,最后進行底板的保護層欠挖處理。洞口開挖的主要施工工藝流程為:測量放線→鉆孔→清孔→裝藥連線→人員機械器具等撤離→起爆→灑水、通風散煙→查炮、排險→出渣→掌子面清理→臺車就位→錨桿(掛網)、噴護砼施工(鋼支撐、噴砼)→超前錨桿施工→下一循環。

現場采用“先支護、短進尺、多循環、弱爆破”的原則進行了施工,每一循環進尺為1.0m。并及時進行錨桿、鋼筋網噴砼支護,以防止爆破震動造成洞頂和洞口巖石發生震裂、松動和塌方。采用3.0m3側式裝載機裝渣至洞口,15t自卸汽車運輸至勘界河壩II料堆放場。在洞口爆破后查看了現場的巖石破碎情況,局部巖石有滑落的可能,為確保安全,加固隧洞的開挖體型,及時進行了錨噴支護施工。

⑵洞身開挖

工藝流程:操作平臺就位→測量放線布孔→鉆孔→清孔→裝藥連線→臺車和人員機械器具等撤離→起爆→通風散煙排煙→查炮→灑水、出渣→掌子面清理排險→下一循環。

洞身采用分上下兩層開挖、中部楔型掏槽、周邊光面爆破的施工方法。

進口漸變段開挖(引0+000.000~引0+020.000)第Ⅰ層高7.5m,采用中導洞領先、兩側墻擴挖跟進的方法,YT28氣腿鉆造孔,周邊光面爆破,3.0m3側卸式裝載機挖裝,15t自卸汽車運輸;第Ⅱ層高5.0~6.8m, 采用YT-28氣腿鉆打水平孔,周邊光面爆破,3.0m3側卸式裝載機裝渣,CAT330D(1.6m3)挖掘機清渣;最后采用 YT28氣腿鉆造孔,進行局部淺孔光面爆破,處理局部欠挖,確保開挖體型滿足規范要求 。上平直段(引0+020.000~引0+040.000)同樣采取此種方法開挖。開挖施工主要鉆爆參數見表1。

表11#引水隧洞洞挖爆破參數

部位 炮孔

類型 炮孔 直徑 藥卷

直徑 孔深 間距 排距 裝藥量

導洞 掏槽孔 42mm 32mm 2.2~3.0m / / 180~220孔

光爆孔 42mm 25mm 2.0~2.5m 40~50cm 30~40cm 120~250g/m

崩落孔 42mm 32mm 2.0~2.5m 80~100cm 60~80cm 1.5~2.5kg/孔

兩側擴挖 光爆孔 42mm 25mm 2.0~2.5m 40~50cm 30~40cm 120~250g/m

崩落孔 42mm 32mm 2.0~2.5m 80~100cm 60~80cm 1.6~2.2kg/孔

第二層 光爆孔 42mm 25mm 2.0~2.5m 40~50cm 30~40cm 150~250g/m

崩落孔 42mm 32mm 2.0~2.5m 80~100cm 60~80cm 1.6~2.2kg/孔

備 注 1.炸藥采用2#巖石乳化炸藥。2.光爆孔采用Φ25mm藥卷,其余采用Φ32mm藥卷。

⑶洞身破碎帶開挖

上半洞破碎帶洞身開挖工藝流程:臺車就位→測量放線→鉆孔→清孔→裝藥連線→人員機械器具等撤離→起爆→灑水、通風散煙→查炮、排險→出渣→掌子面清理→臺車就位→錨桿(拉網)、噴護砼施工(鋼支撐、噴砼)→錨桿施工→下一循環。

1#引水隧洞巖石為弱風化花崗巖,但洞口段有F9斷層出露,較風化破碎,開挖鉆爆遵循“先支護、短進尺、多循環、弱爆破”的原則施工,在破碎帶增加了鋼支撐進行加強支護,確保成洞巖體穩定。

3.2錨噴支護施工

⑴系統錨桿施工

系統錨桿施工工藝流程為:測量放線→鉆孔→清洗鉆孔→驗收→拌制、灌注水泥砂漿→安插錨桿→物探試驗。

系統錨桿鉆孔作業采用YT28手風鉆鉆孔。φ42鉆頭,孔位由測量中心現場逐一號孔,開孔的位置在任何方向的偏差均小于100mm。錨桿孔的孔軸方向嚴格按施工圖紙的要求執行。局部隨機加固錨桿的孔軸方向與可能滑動面的傾向相反,其與滑動面的交角大于45,鉆孔方位偏差不大于5。錨孔深度達到設計要求,孔深偏差值不大于50mm。鉆孔結束,用風、水聯合清洗,將孔內松散巖粉粒和積水清除干凈。逐孔檢驗孔徑、孔向、孔深及孔底的清潔度,并記錄檢查結果。鉆孔完成驗收合格后,用高壓風將孔內殘渣和水吹凈。錨桿在現場加工制作成型,人工運至工作面安裝。采用MZ-30泵注漿。水泥砂漿配合比為水泥:砂=1:1.15(重量比),水泥:水=1:0.39。錨桿注漿后,在砂漿凝固前,保護錨桿不受敲擊、碰撞和拉拔錨桿。錨桿造孔、安裝、注漿時由技術員、三檢人員和監理工程師旁站,全程檢查錨桿各工序參數等。

⑵超前錨桿施工

在進行洞身上半洞開挖時,局部巖石較破碎,確保安全施工和隧洞成型,爆破后及時進行了超前錨桿的施工,見圖2,超前錨桿就是在下次爆破前進行提前施工的錨桿,為了確保施工安全和隧洞成型。超前錨桿為Φ32@0.4m,L=3m,上仰10°,在開挖設計線外20cm~25cm,間距30cm~35cm ,排距2.0m布置。局部巖石破碎時可以加密施工,采用系統錨桿水泥砂漿配比注漿,錨桿外露約30cm,必須焊接在鋼筋網或鋼支撐上,才可以進行下道工序施工。

⑶鋼支撐加固施工

7#引水隧洞巖石較破碎,爆破后局部超挖,現場經設計地質工程師查看,局部細砂巖及少量泥巖,確定為地質原因超挖,經設計決定現場采用18mm的工字鋼進行加強支護,鋼支撐間距1m布置,每排鋼支撐采用Φ28@0.8m,L=6m的錨桿進行固定,鋼支撐之間采用Φ25的鋼筋進行連接,連接間距0.5m布置,鋼支撐上部鋪設預制好的Φφ6.5@200mm×200mm,鋼筋網片,及時進行噴護施工,確保圍巖穩定。見圖2。

圖2:上半洞鋼支撐加強支護圖

巖石地質條件較破碎的隧洞,一般采用鋼格柵支撐和型鋼支撐,本隧洞經設計下發設計通知單,上半洞全部采用鋼支撐進行加強支護。

⑷噴混凝土施工

工藝流程:測量定位→浮土及松動石塊清理→表面清洗→搭設工作平臺→倉面驗收→3~5cm素噴→掛鋼筋網→厚度標記→倉面驗收→噴射作業→厚度檢查→補噴→檢查驗收→養護→強度試驗。

施工順序:分成兩層噴護,第Ⅰ層噴厚3~5cm(素噴),第Ⅱ層噴厚5~7cm至設計厚度15cm。噴射混凝土終凝2h后,噴水養護14晝夜。

①、素噴混凝土施工

高壓風水聯合清洗巖面,0.35m3拌和機現場拌料,濕噴工藝進行噴混凝土作業。噴混凝土作業分段分片依次進行,噴射順序自下而上,第一層噴3~5cm厚,第二次噴至設計厚度。噴射時,鋼支撐上部確保錨噴密室,噴層表面平整光滑,無干斑和滑移流淌現象。噴射混凝土終凝2h后,灑水養護14晝夜。

②、掛網噴混凝土施工

掛網噴混凝土的鋼筋在鋼筋加工廠制作成網片,網格尺寸為φ6.5@200mm×200mm,載重車運至施工現場,搭接長度0.2m。鋼筋網與錨桿、錨釘頭連接牢固。錨釘的錨固深度大于20cm,與鋼筋網連接牢固、安全、可靠。對極不平整或破碎的巖面先素噴一層(厚3~5㎝)混凝土,再鋪設鋼筋網。0.35 m3攪拌機現場拌和混凝土,濕噴工藝進行噴混凝土作業。在開始噴混凝土時,適當縮短噴頭與受噴面的距離,并適當調整噴射角度,使鋼筋網背面地質超挖部位混凝土密實。噴混凝土終凝2h后,灑水養護14晝夜。

在進行開挖支護完成后,為確保隧洞的穩定性,應及時進行混凝土襯砌施工,混凝土襯砌完成后,應進行鉆孔回填灌漿和巖石、混凝土的固結灌漿,進一步提高隧洞的穩定性。

4施工質量評定

糯扎渡電站C4標段引水隧洞雖然地質條件較為復雜,巖石風化破碎,由于采取了較好的施工工藝,最大限度確保了隧洞的成型,開挖質量取得良好的效果, 9個引水隧洞,C4標段共計18個單元,開挖質量評定全部優良。

5 結束語

糯扎渡電站引水隧洞巖體主要為弱風化的粉砂巖、細砂巖及少量泥巖,現場為Ⅳ類和Ⅲ類巖體,巖石較差且開挖斷面較大,由方形開挖漸變成圓形開挖,增加了施工難度,為確保施工安全和施工質量,采取了分層開挖和超前支護的施工工藝。本文對糯扎渡引水隧洞開挖、支護施工工藝進行了較詳細和獨特的闡述總結,對于學習隧洞施工技術的人員,本文也是一個較好的例子,可以適當參考學習。

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