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        福堂水電站監(jiān)理在引水隧洞施工綜合控制方面的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

        2013-04-09 07:58:44
        水電站設(shè)計(jì) 2013年4期
        關(guān)鍵詞:圍巖措施混凝土

        曹 勇

        (四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 610072)

        1 福堂水電站引水隧洞工程特點(diǎn)

        1.1 工程等級規(guī)模

        福堂水電站引水隧洞全長約19.3km,其中有壓段18.8km,引用流量251m3/s,馬蹄形洞段襯后直徑10.4m,圓形洞段襯后直徑9.0m,襯砌厚度40~80cm,就其規(guī)模和長度在當(dāng)時(shí)應(yīng)居于全國之首。

        1.2 地質(zhì)環(huán)境特征

        工程區(qū)處于龍門山斷褶帶,映秀、茂汶兩條區(qū)域性斷裂圈的斷塊內(nèi),局部位于斷塊邊緣。受茂汶主干及分支斷裂波及與影響,巖體經(jīng)受強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓錯(cuò)動及多期次生巖漿侵入活動,呈多級序斷裂構(gòu)造切割,斷層及鄰近地質(zhì)體經(jīng)動力變質(zhì)而不同程度地呈現(xiàn)糜棱化、片麻理化、碎裂化等,完整性受到嚴(yán)重破壞,并產(chǎn)生多種構(gòu)造礦物蝕變現(xiàn)象,地質(zhì)條件處于相對復(fù)雜區(qū)。

        隧洞沿線地形變異大,物理地質(zhì)作用強(qiáng)烈,有多條常年流水支溝切割,由斷裂網(wǎng)絡(luò)控制,形成局部地段的復(fù)雜水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)及儲水體構(gòu)造,有較豐富的地下水動、靜儲量,且局部范圍存在高地應(yīng)力洞段,發(fā)生不同程度的巖爆,嚴(yán)重威脅施工安全。

        2 在隧洞開挖和安全支護(hù)方面采取的主要措施和成效

        2.1 推廣實(shí)施先進(jìn)合理的開挖方法

        地下洞室開挖施工中,應(yīng)隨圍巖地質(zhì)條件的變化而采取與之相適應(yīng)的掘進(jìn)方法(如導(dǎo)洞超前領(lǐng)進(jìn)、臺階開挖、分部開挖、全斷面開挖等)和調(diào)整爆破參數(shù),使其圍巖較好的洞段取得良好的光面爆破效果,圍巖較差的洞段有效地控制超挖和抑制塌方,從而達(dá)到提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、有效控制投資的目的。本工程初期6號洞段在此方面取得了較為成功的經(jīng)驗(yàn),Ⅱ、Ⅲ類圍巖光爆殘孔率達(dá)90%以上,Ⅳ、Ⅴ類圍巖運(yùn)用臺階法和導(dǎo)洞領(lǐng)進(jìn)法控制了較大的超挖和塌方,值得學(xué)習(xí)和借鑒。監(jiān)理工程師會同業(yè)主主持召開了經(jīng)驗(yàn)交流會,確定并實(shí)施了相應(yīng)的“洞挖光爆質(zhì)量評比獎懲措施”,最終取得了良好的效果。

        2.2 針對不良地質(zhì)洞段,強(qiáng)調(diào)做好“四個(gè)環(huán)節(jié)”,防止或減少大塌方

        福堂水電站引水隧洞洞線長、洞徑大、地質(zhì)條件復(fù)雜,如果不能有效防止和減少大塌方,勢必會造成工期延誤和投資失控。針對這一特點(diǎn),監(jiān)理工程師于開挖初期即建議業(yè)主組織設(shè)計(jì)、施工等各方專家進(jìn)行了專題研究,提出了針對不良地質(zhì)洞段的旨在防止和減少大塌方 ,并合理控制投資的專門措施,要求各方在施工中根據(jù)各自所擔(dān)負(fù)的工作內(nèi)容做好以下“四個(gè)環(huán)節(jié)”的工作,即:

        (1)認(rèn)識圍巖。要求設(shè)代地質(zhì)人員與地質(zhì)預(yù)測人員做好地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)工作,著重抓好Ⅲ、Ⅳ類圍巖之間的類別劃分及穩(wěn)定性評價(jià),把預(yù)防大塌方、涌水作為預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。在本工程上,業(yè)主聘請了專業(yè)的地質(zhì)勘察隊(duì)伍,利用地質(zhì)雷達(dá)對開挖掌子面前方的圍巖情況進(jìn)行超前勘察,并出具地質(zhì)預(yù)測報(bào)告。設(shè)代地質(zhì)人員參考地質(zhì)雷達(dá)勘察預(yù)測報(bào)告,結(jié)合已開挖揭示的圍巖裂隙發(fā)育特征,預(yù)報(bào)掌子面前方一定范圍的圍巖地質(zhì)情況,提交掌子面前方10~20m范圍內(nèi)的圍巖地質(zhì)預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)工作通常情況下每隔20m進(jìn)行一次,但如果任何一方在開挖過程中認(rèn)為實(shí)際揭示的地質(zhì)情況發(fā)生了變化,需要調(diào)整圍巖類別、開挖方法、或支護(hù)參數(shù)時(shí),可以要求立即對掌子面前方圍巖進(jìn)行新一輪的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)。

        (2)保護(hù)圍巖。即選擇合理的開挖方法。根據(jù)設(shè)計(jì)提交的圍巖地質(zhì)預(yù)報(bào),在對圍巖穩(wěn)定做出正確評價(jià)的基礎(chǔ)上,督促承包商及時(shí)采取與之相適應(yīng)的掘進(jìn)方法(如導(dǎo)洞超前領(lǐng)進(jìn)、臺階開挖、分部開挖、全斷面開挖等),并調(diào)整爆破參數(shù),從而達(dá)到有效地控制超挖和抑制塌方的目的。

        (3)支護(hù)圍巖。即科學(xué)及時(shí)的支護(hù)措施和精心施工。運(yùn)用新奧法原理,支護(hù)措施應(yīng)具有適時(shí)性、整體性、適應(yīng)性等特點(diǎn)。洞室開挖后需及時(shí)有效地進(jìn)行初期支護(hù)。無論何種圍巖,最及時(shí)的措施之一是錨噴混凝土,這是無數(shù)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明最有成效和最經(jīng)濟(jì)的措施。通常情況下,錨噴支護(hù)可以作為Ⅱ、Ⅲ類圍巖的一次性安全支護(hù)手段。當(dāng)然,若存在巖爆危險(xiǎn),也不排除需要對Ⅱ、Ⅲ類圍巖進(jìn)行鋼支撐或格柵拱加強(qiáng)支護(hù)。而對Ⅳ、Ⅳ類圍巖,必要時(shí)應(yīng)視巖性特征,隨之跟進(jìn)鋼支撐、格柵拱、現(xiàn)澆混凝土等補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。施工過程中,必須根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)預(yù)報(bào)和開挖揭示的圍巖地質(zhì)情況,首先對圍巖穩(wěn)定性作出客觀的評價(jià),并據(jù)此確定合理的支護(hù)參數(shù),不失時(shí)機(jī)地做好安全支護(hù),確保圍巖不發(fā)生有害變形。

        (4)監(jiān)測圍巖。即開展施工期的監(jiān)測和巡查,掌握圍巖變形的動態(tài)資料,這是預(yù)防隧洞塌方,特別是對已完成初期支護(hù)洞段防止再度發(fā)生大塌方的重要措施。監(jiān)測的重點(diǎn)應(yīng)放在不良地質(zhì)洞段和地質(zhì)條件尚不很清楚以及臨時(shí)支護(hù)已存在隱患的地段,監(jiān)測的項(xiàng)目力求簡單適用,可主要集中在拱頂下沉、凈空收斂等方面的監(jiān)控量測。這些工作通常都包含在施工合同中,是承包商的責(zé)任范圍。但是,在很多時(shí)候,承包商都未給與足夠的重視,往往是肉眼觀察圍巖已發(fā)生明顯變形,支護(hù)結(jié)構(gòu)已發(fā)生明顯破壞時(shí),才開始布設(shè)觀測點(diǎn),采集觀測數(shù)據(jù),但已經(jīng)為時(shí)晚矣!通過監(jiān)測圍巖,可以掌握“圍巖+支護(hù)結(jié)構(gòu)”的變形程度和發(fā)展趨勢,及時(shí)采取必要的加固措施,防止洞室失穩(wěn)甚至發(fā)生坍塌。

        福堂水電站隧洞開挖中堅(jiān)持做好以上“四個(gè)環(huán)節(jié)”的工作,收到了明顯的效果,基本上杜絕了大塌方發(fā)生,順利地穿過了許多較大的斷層破碎帶及涌水段,保證了工期,節(jié)約了投資,為順利實(shí)現(xiàn)首臺機(jī)組提前發(fā)電目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        2.3 在“特殊洞段”支護(hù)中,既要達(dá)到必要的安全度,又要合理地控制投資

        福堂水電站施工合同規(guī)定,對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖,如經(jīng)確認(rèn)必須采用深錨桿、掛網(wǎng)、鋼支撐等支護(hù)形式方能保證施工安全,該洞段即界定為“特殊洞段”,所發(fā)生的上述支護(hù)措施界定為“特殊支護(hù)”措施,其費(fèi)用可以計(jì)量支付。由于引水隧洞洞線長、洞徑大、地質(zhì)條件差,因此特殊支護(hù)費(fèi)用控制在整個(gè)投資控制中顯得尤為重要。眾多地下工程投資超概,大多與地質(zhì)條件預(yù)測出現(xiàn)大的偏差,支護(hù)費(fèi)用大大超出預(yù)算有關(guān)。監(jiān)理工程師在“特殊支護(hù)”方案的審批中,必須把握“合理安全度”的概念,即不能犧牲投資控制,而一味地采取強(qiáng)支護(hù)手段以提高臨時(shí)支護(hù)的安全度。為此,在工程中采取了以下措施,并取得了良好的效果:

        (1)成立有業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理地質(zhì)工程師和監(jiān)理項(xiàng)目工程師參加的專門小組,負(fù)責(zé)核查、確認(rèn)“特殊洞段”并審批承包商申報(bào)的“特殊支護(hù)”措施。

        (2)在各類圍巖的臨時(shí)支護(hù)實(shí)施中必須優(yōu)先采用錨噴混凝土(包括鋼筋網(wǎng))并精心做好施工。錨噴混凝土是各項(xiàng)支護(hù)方案中最基本的工藝,也是無數(shù)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明最有成效和最經(jīng)濟(jì)的防止圍巖失穩(wěn)的措施。

        (3)在利用格柵鋼拱架部分取代鋼支撐的臨時(shí)支護(hù)實(shí)踐上,較為成功。格柵鋼拱架能與圍巖比較緊密地接觸,再利用噴混凝土將格柵鋼拱架包裹,從而使圍巖、掛網(wǎng)噴混凝土與格柵鋼拱架形成整體,起到共同加固圍巖,防止圍巖失穩(wěn)的良好作用。此外,從費(fèi)用上比較,格柵鋼架較型鋼拱架節(jié)約鋼材,節(jié)省勞動強(qiáng)度,對本工程而言,每榀米的造價(jià)節(jié)約約2 000元。對于斷面稍小的隧洞,采用格柵拱取代鋼支撐在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性將更加明顯。

        3 在隧洞混凝土襯砌和回填灌漿質(zhì)量控制方面采取的主要措施及成效

        針對隧洞混凝土襯砌中常見的質(zhì)量控制問題(諸如如何保證頂拱澆筑飽滿、密實(shí),大塌方段頂拱混凝土回填方法,有水洞段混凝土澆筑,設(shè)置預(yù)埋灌漿管,回填灌漿質(zhì)量等等),本著集思廣益、取長補(bǔ)短的原則,監(jiān)理工程師組織有關(guān)各方召開了專題會議進(jìn)行研究,提出了一系列原則性意見及具體施工措施。

        為了提高全體施工人員的質(zhì)量意識,尤其針對部分鐵道部門承包商在水工混凝土施工方面經(jīng)驗(yàn)不足的問題,監(jiān)理工程師及時(shí)組織承包商項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)負(fù)責(zé)人學(xué)習(xí)以往工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),要求各方在質(zhì)量問題上必須要有強(qiáng)烈的憂患意識和責(zé)任心,至始至終把工程質(zhì)量抓好。

        建議業(yè)主引進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)檢測,作為監(jiān)理工程師控制隧洞襯砌質(zhì)量的輔助手段。使用地質(zhì)雷達(dá)全面檢測已襯砌洞段的頂拱混凝土施工質(zhì)量和回填灌漿后頂拱襯砌結(jié)構(gòu)的脫空度。通過頂拱回填灌漿前的雷達(dá)檢測,可以直觀的反映檢測部位的混凝土強(qiáng)度是否均勻,澆筑厚度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,是否飽滿密實(shí)等。根據(jù)檢測結(jié)果,對于脫空度較大的部位,采取重新灌注流態(tài)混凝土的方式加以處理;對于脫空度較小的部位,可以通過回填灌漿加以處理?;靥罟酀{和固結(jié)灌漿后,再對頂拱部位做一次雷達(dá)檢測復(fù)查,檢查頂拱部位空腔是否已處理合格,有無遺漏。通過以上兩次雷達(dá)檢測,可以確保引水隧洞通水后不會因?yàn)轫敼按嬖诳涨欢趦?nèi)、外水壓作用下發(fā)生坍塌。同時(shí),制訂這一制度,也可以從另一個(gè)角度強(qiáng)化了施工隊(duì)伍的質(zhì)量意識,消除他們的麻痹大意和僥幸心理,對有效減少或消滅質(zhì)量隱患起到了重要作用。

        4 結(jié) 語

        福堂水電站引水隧洞具有洞線長、洞徑大、沿線地質(zhì)條件復(fù)雜、結(jié)構(gòu)承受水頭高等特點(diǎn)。在參戰(zhàn)各方的全力配合和積極努力下,隧洞開挖、安全支護(hù)、永久噴錨支護(hù)和混凝土襯砌工作進(jìn)行得較為順利,電站發(fā)電工期比合同工期提前了4個(gè)月,經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。工程質(zhì)量控制方面取得了較好的效果,福堂水電站工程被授予中國電力優(yōu)質(zhì)工程獎,調(diào)壓井工程和廠區(qū)工程分別被授予天府杯金獎。工程投資控制方面也較為成功,工程最終投資總額控制在概算指標(biāo)以內(nèi)。施工過程中,監(jiān)理工程師有針對性地進(jìn)行了一系列卓有成效的工作,尤其在隧洞開挖、安全支護(hù)、費(fèi)用控制以及永久襯砌、回填灌漿等方面,采取了諸多有效的管控手段,取得了一些成功經(jīng)驗(yàn),為其他類似工程提供借鑒。

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