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        糯扎渡水電站尾水系統(tǒng)五岔口快速開挖施工技術

        2012-07-26 09:13:58李樹迎楊保才張雅東夏仲存
        水力發(fā)電 2012年9期
        關鍵詞:岔口調壓室潛孔

        李樹迎,楊保才,張雅東,夏仲存

        (中國水利水電第十四工程局,云南 昆明 650041)

        1 工程概況

        糯扎渡水電站尾水系統(tǒng)由9條尾水支洞、3個尾水調壓室和3條尾水隧洞組成,采用 “三機一室一洞”的布置形式,在調壓室內3條尾水支洞水流交匯后經一條尾水隧洞流出。尾水支洞、尾水隧洞與尾水調壓室相交的部位即為五岔口。相鄰兩條尾水支洞中心間距34.0 m,巖壁厚4.9~19.7 m。尾水調壓室為地下帶連通上室圓筒阻抗式,由3個圓筒式調壓井組成,開挖直徑29.3~34.3 m,高92 m,中心距102 m。

        尾水調壓室及連通上室處于花崗巖體內,風化程度輕微,呈微風化~新鮮,局部斷層發(fā)育部位可能呈弱風化下部,巖體為塊狀結構及整體結構,有F20、F21、F22等Ⅲ級斷層發(fā)育,小斷層、擠壓面等Ⅳ級結構面發(fā)育平均間距約為20 m。樞紐區(qū)的Ⅱ級結構面F3和F1斷層從尾水調壓室NE側通過,與尾水調壓室最近距離分別約為39 m和224 m,總體上對建筑物影響較小。1、2號尾水調壓室工程地質條件相近,3號位于F3斷層上盤,與斷層最近距離約39 m。F22斷層斜切調壓井頂部,受斷層影響調壓井頂拱及右側壁上部的圍巖完整性較差。1~3號尾水調壓室?guī)r石抗壓強度基本在45~55 MPa范圍內。

        2 五岔口組成

        五岔口最大開挖跨度為39.3 m。單個五岔口平面范圍在尾水支洞0+72.9至尾水隧洞0+47.0樁號之間,高程范圍在調壓室561~625 m高程之間。尾水支洞開挖斷面尺寸為14.9 m×18.75 m(寬×高);調壓室后接尾水隧洞,其漸變段長30 m,漸變段開挖斷面由高19.0 m、寬22.0 m的方形斷面漸變到直徑為φ22 m的圓形斷面;井筒578.5~625 m高程斷面由φ29.3 m的圓形斷面漸變成φ34.3 m的圓形斷面;調壓室578.5 m高程以下為不規(guī)則斷面。尾水系統(tǒng)五岔口平面布置見圖1。

        圖1 尾水系統(tǒng)五岔口平面布置(尺寸單位:m)

        3 開挖程序及方法

        單個五岔口施工工序為:①3條尾水支洞Ⅰ層和尾水隧洞漸變段Ⅰ層導洞開挖施工,其中,導洞貫通后為五岔口提供了4條施工通道;②調壓井導井開挖、尾水支洞和調壓室后漸變段Ⅰ層擴挖支護施工;③尾水支洞Ⅱ層和調壓室后漸變段Ⅱ層開挖支護;④五岔口595 m高程以下開挖支護施工。由于五岔口段地質條件復雜,如遇局部地質條件比較差的地段,開挖支護必須遵循 “短進尺、弱爆破、少擾動、強支護、快封閉、勤測量”的原則。

        3.1 井筒開挖

        井筒開挖按分層分區(qū)的開挖支護方法進行。首先,采用LM-200的反井鉆從調壓室625.5 m高程開挖φ1.4 m的導井,導井開挖成型后,為了防止下渣堵孔,擬定把導井擴挖成φ5.4 m的溜渣井,溜渣井擴挖采用351鉆機打垂直深孔直通下部已經貫通的導洞,擴挖孔打兩排,排距1.0 m,間距分別為0.8、1.2 m。為了防止爆破震動過大對625.5 m高程以上已支護的錨索和預應力錨桿震動破壞,溜渣井擴挖爆破孔采用間隔裝藥控制單響藥量。溜渣井擴挖成型后井筒分成4區(qū),采用手風鉆按3.0 m一層逐層向下開挖,下渣采用PC220挖掘機進行扒渣,由于井壁邊墻比較高,達64.5 m,為確保高邊墻穩(wěn)定,每層開挖完后應及時進行系統(tǒng)支護。井筒開挖支護示意見圖2。

        圖2 井筒開完程序示意

        3.2 尾水支洞開挖

        尾水支洞分3層開挖。①Ⅰ層采用手風鉆光面爆破開挖,進尺按3 m排炮循環(huán),尾水支洞距離五岔口30 m范圍,應每開挖一排炮支護完后才能進行下一循環(huán)施工。②Ⅱ、Ⅲ層開挖。采用輕型潛孔鉆(QZJ-100B)一次預裂到底板高程,中間采用液壓潛孔鉆深孔拉槽爆破開挖,拉槽區(qū)兩側預留3.0 m保護層,底板預留2.0 m保護層。③保護層開挖。拉槽區(qū)兩側保護層采用手風鉆造水平孔開挖;底板保護層采用手風鉆水平光面爆破開挖,按3 m排炮循環(huán)。為了防止中間拉槽爆破對洞周圍巖的破壞,采用輕型潛孔鉆 (QZJ-100B)在拉槽區(qū)與保護層間設一道施工預裂面,孔深打至底板保護層高程位置。尾水支洞開挖程序示意見圖3。

        圖3 尾水支洞開挖程序示意 (尺寸單位:m)

        3.3 調壓室后漸變段開挖

        調壓室后漸變段分3層開挖。Ⅰ層采用手風鉆光面爆破開挖,進尺按3.0m排炮循環(huán),邊開挖邊支護;Ⅱ層中間采用輕型潛孔鉆 (QZJ-100B)沿拉槽兩側打孔至底板保護層進行施工預裂爆破,中間采用液壓潛孔鉆深孔爆破拉槽開挖,由于調壓室后漸變段開挖體形復雜,中間拉槽寬度應兼顧漸變段兩端樁號斷面尺寸計算后確定,兩側墻不采用深孔預裂爆破的施工方法,而采用手風鉆或臺車按3 m進尺光面爆破開挖,邊墻預留保護層的厚度統(tǒng)一為5 m,由于漸變段開挖跨度大,在Ⅱ層施工過程中,開挖一部分支護一部分;Ⅲ層底板保護層采用手風鉆光面爆破開挖,按3 m一排炮循環(huán)。調壓室后漸變段開挖示意見圖4。

        圖4 調壓室后漸變段開挖程序示意(尺寸單位:m)

        3.4 五岔口578.5 m高程以下開挖

        五岔口578.5 m高程以下分三層開挖。采用輕型潛孔鉆 (QZJ-100B)分兩次對Ⅰ層和Ⅱ、Ⅲ層進行預裂爆破,兩次孔深分別為6.65、10.85 m。Ⅰ層主爆區(qū)開挖利用中間導洞做臨空面,沿四周預留保護層后,直接采用液壓潛孔鉆鉆孔爆破開挖,Ⅱ層四周預留保護層后中間采用輕型潛孔鉆進行施工預裂爆破,形成兩道施工預裂面,保護層中間采用液壓潛孔鉆進行拉槽爆破開挖,Ⅱ層保護層采用手風鉆造水平孔開挖;底板保護層采用手風鉆造水平光面爆破孔開挖。開挖程序示意見圖5。

        圖5 五岔口開挖程序示意(尺寸單位:m)

        4 爆破參數設計

        (1)手風鉆或鑿巖臺車鉆孔光面爆破。尾水五岔口所有光面爆破參數均一致:孔深3.2 m(包括超鉆深0.2 m),孔距0.5 m,孔徑φ42 mm,采用φ25 mm乳化炸藥,裝藥長度2 m,堵孔0.8 m,線裝藥密度200 g/m。

        (2)導井擴挖爆破。一、二排孔距分別為0.8、1.2 m,孔深47.5 m,孔徑φ110 mm,藥徑φ90 mm,采用鋼絲繩加導爆索控制間隔裝藥,藥包采用導爆索起爆,孔底堵塞2.5 m,孔口堵塞3.5 m,單孔藥量約為150 kg,采用單孔單響爆破。

        (3)手風鉆井筒擴挖和保護層開挖。中間主爆孔孔深3.2 m,排距1.0 m,孔間距1.4 m,采用φ32 mm乳化炸藥,裝藥長度2.0 m,堵孔1.2 m,單位耗藥量0.8 kg/m3。

        (4)深孔預裂孔爆破參數。尾水支洞Ⅱ、Ⅲ層預裂孔深9.85 m,五岔口578.5 m高程以下Ⅰ層預裂孔深6.65 m,Ⅱ、Ⅲ層孔深10.85 m,其余爆破參數相同,均為:孔徑φ90 mm,孔間距80 cm,采用φ25 mm乳化炸藥,堵孔2.0 m,線裝藥密度200 g/m。

        (5)施工預裂孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ層,孔深7.85 m;五岔口578.5 m高程以下Ⅱ層,孔深8.15 m;調壓室后漸變段Ⅱ層,孔深8.8 m??讖骄鶠棣?0 mm,孔間距均為1 m,采用φ32 mm乳化炸藥,堵孔2.0 m,線裝藥密度350 g/m。

        (6)拉槽主爆孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ層,孔深7.85 m;五岔口578.5 m高程以下Ⅱ層,孔深8.15 m;調壓室后漸變段Ⅱ層孔深8.8 m。主爆孔孔深均考慮0.5 m超深,孔徑φ90 mm,孔間排距3.0 m×2.0 m,采用φ70 mm乳化炸藥,堵孔2.5 m,單位耗藥量0.50 kg/m3。

        5 施工安全監(jiān)測

        單個尾水五岔口井筒布置18套多點位移計、21組錨桿應力計、7支錨索測力計,均勻分別布設在643、622、601、582 m高程井筒四周;單個五岔口尾水支洞0+86樁號分別布置3套多點位移計、3組錨桿應力計。

        安全監(jiān)測結果為:井筒開挖過程中,最大變形部位為3號尾水調壓室拱頂,累計位移計達到8.37 mm,主要是受F22斷層帶影響,其余兩個調壓室頂拱圍巖變形量不明顯。調壓室下部開挖及尾水支洞開挖過程中,對上部及頂拱的影響不明顯,加之圓形尾水調壓室圍巖的自穩(wěn)性比較好,上部及頂拱圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。五岔口部位開挖過程中,由于調壓室體形和結構變化會造成圍巖變形和應力的調整,加之尾水支洞和尾水隧洞開挖已經完成,使得調壓室底部相對薄弱,尤其是上游部位和尾水支洞連接處,因此在此開挖過程中圍巖變形量增大,如3號調壓室下部開挖過程中,布置于8號尾水支洞0+086.000樁號的監(jiān)測儀器表明,左側邊墻累計最大應力為168.53 MPa,測點深度2.5 m,多點位移計最大位移在6.0 m深部位,累計位移為4.93 mm;布置于579 m高程尾水支洞之間巖柱多點位移計最大位移為11.77 mm,錨桿應力計最大應力為386.51 MPa。在噴錨支護完成后,變形趨于穩(wěn)定。

        6 支護參數調整

        施工過程安全監(jiān)測能及時提供圍巖穩(wěn)定程度和支護結構可靠性的安全信息,預見事故和險情,可作為調整和修改支護設計的依據,以及時調整支護設計參數,保證設計數據的針對性和施工過程的安全性?,F(xiàn)場實際施工過程中,根據五岔口監(jiān)測數據分析結果,對五岔口支護參數進行了如下調整:

        (1)在1號調壓室井壁四周586.0、592.0、594.0 m高程布置3排φ28 mm,L=9.0 m錨筋樁;在2、3號調壓室井壁四周586.0~590.0 m高程增設3排φ28 mm,L=9.0 m錨筋樁,錨筋樁間排距2 m×2 m,交錯布置。參數調整后,1~3號調壓室相應位置的系統(tǒng)錨桿取消,從支護結果看,效果良好。

        (2)五岔口交角處,距離洞口1.0 m位置,布設一圈φ32 mm預應力鎖口錨桿 (間排距2 m×2 m,交錯布置)超前支護,淺層加固洞臉,達到了預期的目的。

        (3)1~3號調壓室井壁四周610~620 m高程垂直于巖壁布設3排1 000 kN預應力錨索,L=20~30 m,間排距5.0 m×5.0 m,達到五岔口上部深層支護的目的,支護效果明顯。

        7 結語

        糯扎渡尾水系統(tǒng)開挖施工具有五岔口開挖跨度大、挖空率高、二次應力狀態(tài)復雜、在洞室交匯部位會出現(xiàn)應力集中和較大的塑性區(qū)、薄巖柱 (體)易產生有害變形等特點,加大了五岔口開挖難度。為確保洞室穩(wěn)定,在施工過程中,經過對五岔口開挖施工通道、施工方案、施工程序及支護參數的調整及優(yōu)化,最后安全、保質、快速地完成了五岔口開挖支護施工。

        [1] 陳勇,羅家貴,黃軍智.糯扎渡水電站尾水調壓室五岔口開挖論述[J].云南水力發(fā)電, 2011, 27(3):78-80.

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