王 巖 ,滿(mǎn) 銳 ,王 永
(黑龍江省引嫩工程管理處,黑龍江大慶 163311)
引水下豎井開(kāi)挖與支護(hù)的改進(jìn)施工
王 巖 ,滿(mǎn) 銳 ,王 永
(黑龍江省引嫩工程管理處,黑龍江大慶 163311)
下豎井由于受底部開(kāi)挖支護(hù)的約束,工期十分緊張,為此考慮從下層排水廊道打施工支洞至下豎井,利用下層排水廊道出渣,提前進(jìn)行下豎井的開(kāi)挖,從而保證了引水下豎井的工期,并為實(shí)現(xiàn)引水系統(tǒng)的總工期打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
引水下豎井;開(kāi)挖;工程地質(zhì);施工方案;支護(hù)改進(jìn);安全措施
引水系統(tǒng)下豎井包括1#引水下豎井和2#引水下豎井,是引水系統(tǒng)中平洞和下平洞的連接豎井。
1#下豎井位于樁號(hào)引10+726.027,中心點(diǎn)坐標(biāo)為X為65732.390,Y為 76059.440;2#下豎井位于樁號(hào)引 20+643.042,中心點(diǎn)坐標(biāo)為X為65690.821,Y為76035.440。
引水系統(tǒng)下豎井上彎段圓弧半徑25.0 m,圓心角88.8542°,L為38.75 m。井身為▽205.005~▽28.692,L為176.313 m,下彎段圓弧半徑25.0 m,圓心角為85.4261°,L為37.255 m。其中▽195.000~▽189.000,L為6.0 m為漸變段。
引水系統(tǒng)下豎井上彎段開(kāi)挖為馬蹄型,上部開(kāi)挖半徑3.4 m,下部開(kāi)挖高為3.5 m,底寬為5.0 m。
井身開(kāi)挖直徑:▽205.005~▽195.000為φ6.8 m(F220斷層帶為φ7.0 m),▽195.000~▽28.692為φ6.4 m(F220斷層帶時(shí)為φ6.6 m),井身漸變段開(kāi)挖直徑為φ6.8 m~φ6.4 m(1#下豎井漸變段處于 F220斷層帶為φ7.0 m~φ6.6 m)。
下彎段開(kāi)挖為馬蹄型,上部開(kāi)挖半徑3.2 m,下部開(kāi)挖高為3.3 m,底寬為5.0 m。
引水系統(tǒng)下豎井Ⅲ類(lèi)圍巖支護(hù)形式:隨機(jī)錨桿,φ22,L為300 cm,入巖290 cm。噴鋼纖維混凝土CF25,厚10 cm。
Ⅳ類(lèi)圍巖支護(hù)形式:系統(tǒng)錨桿,φ22,L為300 cm,入巖290 cm,@為150×150 cm。噴鋼纖維混凝土CF25,厚10 cm。
F220斷層帶支護(hù)形式:系統(tǒng)錨桿,φ22,L為300 cm,入巖290 cm,@為150(100)×150 cm。φ42小導(dǎo)管,L為350 cm,環(huán)向間距30 cm。格柵鋼架,14×14 cm,鋼架間距100 cm,噴鋼纖維混凝土CF25,厚20 cm。
下豎井工程量見(jiàn)表1。
表1 下豎井工程量表
引水系統(tǒng)下豎井?dāng)嗔褬?gòu)造較發(fā)育,且有規(guī)模較大的F220斷層通過(guò),斷層破碎帶寬約7~10 m。豎井上下彎段為Ⅳ~Ⅲ類(lèi)圍巖;1#下豎井▽205.005~▽196.000為Ⅳ~Ⅲ類(lèi)圍巖,▽196.000~▽189.000為Ⅴ類(lèi)圍巖(F220斷層帶),▽189.000~▽28.692為Ⅳ~Ⅲ類(lèi)圍巖。2#下豎井▽205.005~▽163.000為Ⅳ~Ⅲ類(lèi)圍巖,▽163.000~▽153.000為Ⅴ類(lèi)圍巖(F220斷層帶),▽153.000~▽28.692為Ⅳ~Ⅲ類(lèi)圍巖。
1)根據(jù)總進(jìn)度計(jì)劃,下豎井底部開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)束后,才能進(jìn)行下豎井導(dǎo)井開(kāi)挖,使下豎井工期非常緊張,因此經(jīng)慎重考慮,利用引水下層排水廊道打支洞至下豎井,利用引水下層排水廊道進(jìn)行出渣,提前進(jìn)行下豎井開(kāi)挖,節(jié)約工期約7.5個(gè)月,在工期上贏得寶貴時(shí)間,使下豎井由關(guān)鍵線(xiàn)路演變成一條工期有一定富裕度的普通線(xiàn)路,工期上風(fēng)險(xiǎn)大大降低,使下豎井這一條引水系統(tǒng)最關(guān)鍵的線(xiàn)路能夠提前完成。
2)下豎井施工時(shí)將通過(guò)F220斷層,由于F220斷層帶及其影響帶分別達(dá)17 m和20 m,且?guī)r石破碎,開(kāi)挖與支護(hù)時(shí)間較長(zhǎng),變更后能夠?yàn)镕220斷層處理及意外情況處理贏得時(shí)間。
3)下豎井提前貫通后,可大大改善廠房系統(tǒng)的通風(fēng)散煙條件,改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境。
4)當(dāng)9#施工支洞施工至6#、3#、4#支洞及引水下平洞后,則可優(yōu)先進(jìn)行6#、4#、3#支洞的開(kāi)挖,在發(fā)生干擾的情況下則以6#、4#、3#施工支洞為主,加快廠房及尾水系統(tǒng)施工進(jìn)度,緩解廠房壓力,9#施工支洞施工至引水下平洞后,則可優(yōu)先進(jìn)行下游側(cè)施工,為鋼岔管施工贏得更多、更充裕的寶貴時(shí)間。
下豎井含上、下彎段深達(dá)252.318 m,在完成下豎井開(kāi)挖的同時(shí)還要完成下豎井上彎段頂部的大斷面擴(kuò)挖及安裝鋼管所用橋機(jī)混凝土澆筑、設(shè)備安裝等施工之后才能進(jìn)行裸巖固結(jié)灌漿,然后進(jìn)行鋼管的安裝及混凝土回填,不僅施工難度大,而且占用直線(xiàn)工期長(zhǎng),使下豎井開(kāi)挖已成為本工程的關(guān)鍵線(xiàn)路,由于進(jìn)場(chǎng)交通洞移交工作面的推遲,其間還要通過(guò)F220斷層,到2004年2月中旬才能開(kāi)挖至9#施工支洞,在9#施工支洞開(kāi)挖時(shí)還要利用9#支洞進(jìn)行6#、3#、4#施工支洞的開(kāi)挖,9#施工支洞開(kāi)挖到引水下平洞后,要同時(shí)進(jìn)行下平洞上、下游4個(gè)面的開(kāi)挖,相互間施工干擾較大,如果待下豎井下部開(kāi)挖完成具備反井鉆機(jī)開(kāi)挖條件后再用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井施工,下豎井?dāng)U挖時(shí)間不足3個(gè)月,這樣下豎井的工期將十分緊張,很可能演變成和廠房一樣重要的關(guān)鍵線(xiàn)路,如果采取自上而下全斷面正井法施工,則通風(fēng)、排水及施工安全等問(wèn)題突出,施工難度極大,為保證施工進(jìn)度及施工安全,從引水下層A3-5排水廊道開(kāi)挖至下豎井位置時(shí)分別向1#、2#下豎井開(kāi)挖一條施工支洞(斷面為3 m×3.2 m,其中1#施工支洞長(zhǎng)19.32 m,2#施工支洞長(zhǎng)19.32 m,支護(hù)型式為系統(tǒng)錨桿φ22,L為2.5 m,間排距1.4 m×1.4 m,每排5根,噴 C20混凝土8 cm),作為下豎井出渣通道。施工支洞布置詳見(jiàn)附圖,施工支洞施工完畢后在下豎井上井口搭設(shè)反井鉆機(jī)平臺(tái),進(jìn)行導(dǎo)井開(kāi)挖(導(dǎo)井直徑為1.4 m),最后自上而下擴(kuò)挖成型。施工支洞布置及剖面見(jiàn)圖1、2。
圖1 施工支洞布置圖
施工支洞斷面為3 m×3.2 m,開(kāi)挖采用手風(fēng)鉆鉆孔、全斷面爆破、周邊采用光面爆破的方式。施工支洞出渣采用0.4 m3耙斗式電動(dòng)裝巖機(jī)直接裝小型農(nóng)用(自卸)機(jī)動(dòng)車(chē)將渣運(yùn)至排風(fēng)豎井底部,由3.0 m3裝載機(jī)裝20 t自卸汽車(chē)出渣至西梅園渣場(chǎng)。
圖2 施工支洞剖面圖
下豎井底部出渣施工支洞開(kāi)挖完畢后,即在下豎井上部井口搭設(shè)反井鉆機(jī)平臺(tái),自上而下鉆設(shè)導(dǎo)孔,導(dǎo)孔施工完畢后,再自下而上鉆設(shè)導(dǎo)井,導(dǎo)井尺寸為直徑1.4 m。
擴(kuò)挖采用全斷面鉆爆開(kāi)挖法,周邊孔間距0.4~0.5 m,排距0.6 m,輔助孔間距0.6~0.8 m,排距0.65~0.70 m,非電管引爆,導(dǎo)爆管傳爆。周邊采用光面爆破,線(xiàn)裝藥量150~200 g/m,崩落孔采用松動(dòng)爆破。施工中根據(jù)圍巖狀況及時(shí)調(diào)整單循環(huán)進(jìn)尺及爆破參數(shù)。鉆孔深度根據(jù)圍巖類(lèi)別確定為1.5~2.0 m,循環(huán)進(jìn)尺1.2~1.8 m,全斷面擴(kuò)挖的石渣一部分放炮后直接經(jīng)導(dǎo)井溜至井底,其余則由人工扒至豎井底部,底部采用0.4 m3耙斗式電動(dòng)裝巖機(jī)直接裝小型農(nóng)用(自卸)機(jī)動(dòng)車(chē)將渣運(yùn)至排風(fēng)豎井底部,由3.0 m3裝載機(jī)裝20 t自卸汽車(chē)出渣至西梅園渣場(chǎng)。
根據(jù)地質(zhì)資料,下豎井多屬Ⅳ-Ⅲ類(lèi)圍巖,局部Ⅴ類(lèi)圍巖,結(jié)構(gòu)面發(fā)育。
Ⅲ類(lèi)圍巖采用隨機(jī)錨桿、噴CF25鋼纖維混凝土支護(hù);Ⅳ類(lèi)圍巖采用系統(tǒng)錨桿、噴CF25鋼纖維混凝土支護(hù);Ⅴ類(lèi)圍巖(F220斷層帶)采用φ42 mm小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù),系統(tǒng)錨桿和格柵鋼架、噴CF25鋼纖維混凝土支護(hù)。
3.2.1 錨桿施工
錨桿施工采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔,人工安插錨桿。鉆孔工作結(jié)束后,用高壓水將孔內(nèi)的鉆孔巖屑和泥沙沖洗干凈,直到回水變清,并用木塞臨時(shí)封閉孔口,以免雜物掉入。
砂漿錨桿安裝前,用高壓風(fēng)排出孔內(nèi)積水,檢驗(yàn)合格后注漿安裝錨桿。錨桿按“先注漿后安裝錨桿”的施工工藝,用MZ-1注漿機(jī)注漿,人工將插錨桿插入。
錨桿注漿后,在砂漿凝固前,不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。在砂漿錨桿養(yǎng)護(hù)28 d后,采用拉拔器進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)。拉力方向與錨桿軸線(xiàn)一致,當(dāng)拉拔力達(dá)到規(guī)定值時(shí),立即停止加載,結(jié)束試驗(yàn)。
3.2.2 噴鋼纖維混凝土施工
1)混凝土噴射機(jī)放置在開(kāi)挖施工的工作平臺(tái)上。噴混凝土料由強(qiáng)制式拌合機(jī)洞口拌料,5 t自卸車(chē)運(yùn)送到豎井上口,用吊籃進(jìn)行噴混凝土料的垂直運(yùn)輸。
2)對(duì)噴射面進(jìn)行檢查,清除開(kāi)挖面的浮石、墻腳的石渣和堆積物;處理好光滑巖面;安設(shè)工作平臺(tái);用高壓風(fēng)水槍沖洗受?chē)娒?,?duì)遇水易潮解的泥化巖層,采用高壓風(fēng)清掃巖面;埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志;作業(yè)區(qū)有良好的通風(fēng)和充足的照明設(shè)施。
3)對(duì)施工機(jī)械設(shè)備、風(fēng)、水管路和電線(xiàn)等進(jìn)行全面檢查和試運(yùn)行。
4)噴射作業(yè)分段分片依次進(jìn)行,自下而上順序噴射;一次噴射厚度≤5 cm,以噴層不產(chǎn)生墜落和滑移為適度。分層噴射時(shí),后一層噴射在前一層混凝土終凝后進(jìn)行,若間隔時(shí)間超過(guò)1 h,則噴層表面的浮膜、浮塵等雜物用風(fēng)、水沖洗干凈。
5)噴射機(jī)要連續(xù)供料,噴射機(jī)工作風(fēng)壓力穩(wěn)定。為保證噴射質(zhì)量,噴嘴距巖面1.0 m左右,并盡量與巖面保持垂直,呈螺旋狀往復(fù)噴射。完成或因故中斷作業(yè)時(shí),噴射機(jī)和輸料管內(nèi)的積料要清除干凈。
6)為保證噴射質(zhì)量,噴射距離控制在0.6~1.0 m,噴射角度盡量和噴射面垂直。噴射時(shí)連續(xù)、平穩(wěn)地自下而上旋轉(zhuǎn)噴射,噴射風(fēng)壓1.5~2 kg/m2。
7)噴射料束運(yùn)動(dòng)軌跡:環(huán)形旋轉(zhuǎn)水平移動(dòng)并一圈壓半圈,環(huán)形旋轉(zhuǎn)直徑約0.3 m。噴射第二行時(shí),依順序由第一行起點(diǎn)上方開(kāi)始,行間搭接約為2~3 cm。
8)Ⅲ類(lèi)圍巖噴射作業(yè)一般推遲一個(gè)循環(huán),Ⅳ~Ⅴ類(lèi)圍巖噴射作業(yè)必須緊跟開(kāi)挖工作面。
1#下豎井在高程▽196.0 m~▽189.0 m,2#下豎井在高程▽163.0 m~▽153.0 m有F220斷層通過(guò),在開(kāi)挖施工的同時(shí)必須做好支護(hù)工作。
在接近F220斷層時(shí),進(jìn)行超前勘探,探明地質(zhì)形式和地下水滲水量。開(kāi)挖、支護(hù)交替進(jìn)行,控制循環(huán)進(jìn)尺≤1.5 m,開(kāi)挖后立即用噴混凝土封閉巖面,并進(jìn)行小導(dǎo)管預(yù)注漿、格柵鋼架支護(hù)。
施工中遵循確保安全,穩(wěn)扎穩(wěn)打的原則,采取超前支護(hù)、短進(jìn)尺、快循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)的施工方法,以確保施工安全。
3.4.1 超前支護(hù)
周邊全范圍采用超前小導(dǎo)管注漿,小導(dǎo)管采用φ42熱軋無(wú)縫鋼管制成,前部鉆注漿孔,孔徑10 mm,孔間距250 cm,呈梅花形布置,前端加工成錐形,小導(dǎo)管長(zhǎng)3.5 m,縱向搭茬>100 cm,外插角20°。小導(dǎo)管鉆孔采用手風(fēng)鉆,注漿采用M20水泥砂漿,跳孔施工注漿至密實(shí)。小導(dǎo)管注漿完畢,待強(qiáng)度達(dá)到開(kāi)挖要求后,方可進(jìn)行開(kāi)挖。施工中根據(jù)圍巖情況可在兩根小導(dǎo)管之間增打隨機(jī)超前錨桿。
3.4.2 開(kāi)挖注意事項(xiàng)
開(kāi)挖時(shí)遵循短進(jìn)尺、多鉆孔、弱藥量、快循環(huán)的原則,循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5 m以?xún)?nèi),擴(kuò)挖后立即進(jìn)行噴混凝土5 cm封閉巖壁,再安裝鋼格柵,格柵安裝后,進(jìn)行系統(tǒng)噴混凝土支護(hù)。開(kāi)挖過(guò)程中,錨噴支護(hù)及時(shí)跟進(jìn),依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工現(xiàn)場(chǎng)圍巖狀況,采取必要的支護(hù)措施,保證圍巖的穩(wěn)定。
3.4.3 二次支護(hù)
出渣結(jié)束后進(jìn)行系統(tǒng)錨桿和格柵鋼架施工。錨桿為φ22,L為3 m,入 巖2.9 m。鋼 格 柵 截 面 寬 × 高 =14 cm×14 cm,格柵間距100 cm,格柵間通過(guò)螺栓連接形成受力整體。兩榀格柵間設(shè)φ22連接筋,環(huán)向間距1 m,連接筋與鋼格柵焊接牢固。施工中視圍巖情況可在兩榀格柵間掛鋼筋網(wǎng),環(huán)向網(wǎng)筋φ8,縱向網(wǎng)筋φ6,網(wǎng)格尺寸20 cm×20 cm,縱向網(wǎng)筋與格柵主筋焊牢,網(wǎng)筋交叉點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊。格柵支立完畢后,進(jìn)行系統(tǒng)噴混凝土支護(hù),噴混凝土厚度為20 cm。格柵與洞壁間的空隙用預(yù)制混凝土塊楔緊。為確保施工安全,鋼格柵支護(hù)向斷層上下游各延伸一定長(zhǎng)度。鋼格柵安裝完畢驗(yàn)收合格后立即進(jìn)行噴鋼纖維混凝土施工,混凝土為CF25,厚20 cm。
3.4.4 監(jiān)控測(cè)量
施工中加強(qiáng)觀察地下水、圍巖及地質(zhì)和支護(hù)狀況,加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,并增加凈空收斂變形,加強(qiáng)信息反饋,通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)修改支護(hù)參數(shù),確保施工安全
引水下豎井采用增加施工支洞提前進(jìn)行開(kāi)挖的施工方法,雖然增加投資,但節(jié)約工期約7.5個(gè)月,在工期上贏得寶貴時(shí)間,使下豎井由關(guān)鍵線(xiàn)路演變成一條工期有一定富裕度的普通線(xiàn)路,工期上風(fēng)險(xiǎn)大大降低,使下豎井這一條引水系統(tǒng)最關(guān)鍵的線(xiàn)路能夠提前完成,取得了巨大的社會(huì)效益。
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1007-7596(2011)06-0128-03
2011-03-31
王巖(1981-),女,黑龍江安達(dá)人,工程師;滿(mǎn)銳(1980-),女,黑龍江安達(dá)人,工程師;王永(1976-),男,黑龍江安達(dá)人,工程師