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        磨盤山水庫(kù)輸水隧洞豎井施工措施

        2013-10-24 12:08:24強(qiáng)
        黑龍江水利科技 2013年1期
        關(guān)鍵詞:錨桿混凝土施工

        崔 強(qiáng)

        ( 哈爾濱市磨盤山水庫(kù)管理處,黑龍江 五常150200)

        1 工程概況

        磨盤山水庫(kù)是以為哈爾濱市供水為主,并結(jié)合下游防洪、灌溉等綜合利用的控制性水利樞紐工程,位于拉林河干流上游五常市沙河子鎮(zhèn)沈家營(yíng)村上游1.8 km附近。[1]

        供水洞穿過右岸山體,進(jìn)口距壩軸線上游約200 m,隧洞設(shè)計(jì)全長(zhǎng)1383.9 m,洞徑3.20 m,樁號(hào)為GS0 +000 ~GS1,其中GS0 +000 ~GS1 +073.9 為鋼筋混凝土襯砌; GS1 +073.9 ~1 +383.9 段為鋼板混凝土襯砌段,該段洞身大部分地段地質(zhì)為泥夾塊石,富含水,圍巖不穩(wěn)定,成洞條件很差。洞挖原設(shè)計(jì)為圓形,后變更為馬蹄形斷面,成洞洞徑3.20 m。地面高程在300.00 m ~430.00 m。

        供水洞施工期間,經(jīng)黑龍江省地質(zhì)調(diào)查院對(duì)供水洞巖石級(jí)別重新進(jìn)行鑒定,洞內(nèi)巖石由原XI 級(jí)變更為XIII ~XIV 級(jí)。巖石級(jí)別增加,帶來(lái)了施工難度,開挖速度變慢,直接影響工程進(jìn)度。為加快供水洞施工進(jìn)度,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)各方研究決定,在供水洞GS1 +063 段增設(shè)豎井,可以增加兩個(gè)工作面,縮短工期。

        2 豎井施工

        2.1 豎井位置選擇及工程布置

        豎井井口位置根據(jù)地形、地質(zhì)情況,首先要選定在堅(jiān)硬的基巖上,避開滑坡體,以保證豎井井身穩(wěn)定;其次,豎井口要避開挑水溝,以保證豎井口安全。供水洞豎井井口定在緊臨山體坡腳臺(tái)地上,地面標(biāo)高H =323.0 m,豎井軸線與供水洞軸線斜交點(diǎn)里程在供水洞1 +050 處。豎井深度H =32.1 m,凈空長(zhǎng)×寬=4.8 m ×3.6 m。豎井開挖斷面為矩形,井口為560 cm×680 cm,井身為430 cm ×550 cm,豎井平導(dǎo)開挖斷面為馬蹄形,上總數(shù)R =1.8 m的半圓,下部為360 cm×250 cm矩形。

        2.2 豎井井口施工

        利用挖掘機(jī)或推土機(jī)推出表層浮土或者松渣,形成一個(gè)施工臺(tái)階,在臺(tái)階平面上按擬定井口坐標(biāo)放大樣。按施工要求,明挖井口,形成5.6 m ×6.8 m×2 m矩形抗,按要求綁扎井口籠式鋼筋,籠式鋼筋采用φ20 螺紋鋼,間距均為20 cm,豎向筋采用φ20 圓鋼,同井身護(hù)筋同號(hào),豎向筋施工間距20cm。井口籠式鋼筋形成后,按尺寸澆注豎井鎖口圈混凝土,鎖口圈采用C20 混凝土,澆注尺寸按圖示。鎖口圈混凝土豎向筋底部要預(yù)留≥50 d長(zhǎng)度,做為豎井護(hù)壁筋接頭。鎖口圈混凝土高度初步定為2 m,其實(shí)際高度要按施工地質(zhì)情況定,鎖口圈混凝土基面盡量置于基巖面上,以防豎井井口下沉,表面要高出地面25 cm,防止地表水或雜物掉入豎井。豎井口根據(jù)周邊水流情況,安砌片石混凝土排水溝,形成排水系統(tǒng),確保洪水不沖涮豎井井口。

        2.3 豎井提升設(shè)備施工方法

        首先在豎井口架立龍門吊,龍門吊骨架采用φ150 鋼管焊接,設(shè)計(jì)尺寸為:10 m

        圖1 豎井提升設(shè)備施工設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

        豎井提升采用5 t電動(dòng)定向葫蘆,利用28 號(hào)工字鋼作橫梁,把棄碴從豎井提升后橫走到出碴位置,利用自卸汽車棄碴。

        2.4 豎井井身施工

        豎井井深32.1 m,采用全斷面豎向開挖,非電起爆,周邊眼采用預(yù)裂爆破。YT28 鑿巖機(jī)鉆眼,人工出碴,5 t電動(dòng)葫蘆卷?yè)P(yáng)機(jī)提升。井壁施工φ22、L =30 m錨桿,設(shè)護(hù)壁筋φ20,豎筋和水平間距15 cm,豎筋每節(jié)長(zhǎng)度為1.8 m,上節(jié)與下節(jié)用電焊連接,護(hù)壁C20 混凝土厚35 cm。豎井護(hù)壁混凝土每1.5 m高度襯砌一組。在豎井一側(cè)設(shè)槽鋼梯做人行通道。

        2.5 豎井井口防洪安全

        由于豎井口處山洪沖刷影響帶,須沿井口棄碴場(chǎng)周邊漿砌片石擋墻,確保洞口安全,洞口位置高程高出溝底2 m,并備砂袋防洪使用。

        2.6 豎井井底抽水措施

        豎井井底水源主要有地下滲水和施工用水。在豎井底靠風(fēng)水管設(shè)2 m ×2 m ×1.2 m出碴槽兼集水井,利用45 kW高壓泵抽排到洞外。

        3 豎井洞室施工

        洞室開挖采取“短進(jìn)尺,弱爆破,強(qiáng)支護(hù),早封閉”12 字方法進(jìn)行。

        3.1 豎井至進(jìn)口GS0 +000 ~GS1 +073.9 段施工

        豎井至進(jìn)口GS0 +000 ~GS1 +073.9 段巖石質(zhì)量較好,開挖采用自上而下分層分區(qū)階梯狀開挖,對(duì)局部較堅(jiān)硬巖體和孤石采用人工手持風(fēng)鉆打眼,弱爆破解體。分層噴錨支護(hù),分層高度5 ~8 m,一般情況下每6 m一級(jí),開挖一級(jí)支護(hù)一級(jí)。

        3.2 豎井至出口GS1 +073.9 ~1 +383.9 段施工

        供水洞GS1 +073.9 ~1 +383.9 段巖石由原XI級(jí)變更為XIII ~ XIV 級(jí)。供水洞設(shè)計(jì)為φ 3.9 m圓形,局部地段掛網(wǎng)噴護(hù)。如果按設(shè)計(jì)圓形洞室施工,對(duì)成洞地質(zhì)條件差的洞室開挖需采取拱架支撐作初期支護(hù)手段,由于圓形斷面施工,其支撐腿不能直立,應(yīng)力分散,起不到支撐的作用。為此,供水洞豎井至出口段開挖斷面自圓心以下改變?yōu)榫匦?,才能使拱架支撐腿直立起到支撐的作用,開挖斷面上部成半圓形,開挖半徑由1.95 m增加至2.2 m,預(yù)留支撐拱20 cm 和5 cm 拱頂沉降值,下部矩形尺寸為1.95 m×4.4 m。

        該段洞室洞身穿越淺埋溝谷,埋深15 ~20 m不等,洞頂覆巖體厚度薄,巖石屬?gòu)?qiáng)風(fēng)化下限,節(jié)理發(fā)育,巖層破碎,地表有3 ~5 m富含水透水層,洞室開挖后裂隙水豐富,為減少爆破震動(dòng),縮短初期支護(hù)時(shí)間,洞室采用上下半斷面微臺(tái)階施工方法,即:圓心以上到拱頂為上半斷面,開挖高度2.2 m,開挖底寬度4.4 m,呈半徑2.2 m的半圓形,下半斷面開挖高度1.95 m,寬4.4 m呈矩形,上下半斷面臺(tái)階相距3 ~5 m。

        3.2.1 上半斷面施工

        上半斷面施工必須遵循“短進(jìn)尺,弱爆破,強(qiáng)支護(hù),早封閉”原則施工,其施工流程為:超前錨桿—開挖—架支撐拱—連接鋼筋—噴護(hù)混凝土。

        1) 超前錨桿施工。在格柵拱拱背,沿徑向5 ~10°外插角施工超前錨桿,超前錨桿采用φ22,L =2.5 m螺紋鋼施工,環(huán)向拱頂90°園弧間距0、25 m,其余園弧間距0.5 m,每循環(huán)施工錨桿22 根。

        2) 開挖。上半斷面開挖采用手持風(fēng)鉆鉆眼,周邊眼光面爆破,每次開挖進(jìn)尺≤1.2 m。

        3) 格柵支撐拱施工。格柵支撐拱采用75#工字鋼加工或者用φ22 螺紋鋼筋制成格柵花拱,縱向間隔0.8 m 設(shè)一榀,每榀拱架由3 段拼裝而成,每段拱架長(zhǎng)2.4 m,每段拱架兩端用H=8mm 厚鋼板加工成連接板,用4 組φ16 螺栓連接,每一榀格柵拱架按施工規(guī)范要求架立后,兩邊各設(shè)兩根φ22,L =2.5 m鎖腳錨桿固定,格柵拱沿周邊間隔0.5 m設(shè)縱向連接筋,連接筋采用φ22 螺紋鋼焊接,每?jī)砷駯殴盀橐唤M,噴護(hù)C20 混凝土20 cm厚封閉,再施工下一開挖循環(huán)。

        4) 出碴。由于上半斷面空間小,施工工序繁雜,只宜采用人工出碴到下半斷面。

        3.2.2 下半斷面施工

        下半斷面施工工藝流程為開挖—出碴—架立支撐腿—噴護(hù)混凝土。

        1) 開挖。下半斷面開挖掌子面,距上半斷面開挖掌子面距離3 ~5 m為宜,以利于上半斷面人工出碴。下半斷面開挖采用手持風(fēng)鉆鉆眼,周邊眼光面爆破,每次進(jìn)尺≤2 m。

        2) 出碴。下半斷面前50 m出碴采用裝載機(jī)直接出碴,開挖50 m后采用跟頭式扒碴機(jī)配2.5 t自卸車出碴。

        3) 架立拱架支撐腿施工。下半斷面開挖出碴后立即施工格柵拱支撐腿,支撐腿長(zhǎng)2.2 m,上部設(shè)H=8 mm厚鋼板連接板,下部焊接H =10 mm厚鋼板作支撐板,以提高整個(gè)支撐拱承載力,每榀支撐腿施工兩根φ22,L=2.5 m螺紋鋼筋作鎖腳錨桿。

        4) 噴護(hù)混凝土施工。噴護(hù)混凝土采用潮噴機(jī),噴護(hù)C20 混凝土,噴護(hù)厚度20 cm。

        4 豎井回填封堵施工

        考慮豎井作為供水洞洞身回填灌漿、固結(jié)灌漿、接觸灌漿、鋼板防腐、混凝土模板拆除的施工人員、施工材料進(jìn)出口,留6.1 m鋼筋混凝土不澆筑作為工作面,具體步驟為:

        1) 首先完成供水洞洞身回填灌漿、固結(jié)灌漿、接觸灌漿、鋼板防腐、混凝土模板拆除、洞身修補(bǔ)、清渣的工作。

        2) 鋼軌鋪架,確定軌面標(biāo)高。

        3) 鋼護(hù)筒吊裝:鋼護(hù)筒分為3 節(jié),每節(jié)長(zhǎng)1.5 m,在洞內(nèi)進(jìn)行焊接,與鋼筋混凝土連接處采用木模封堵。

        4) 鋼筋制安: 鋼筋為雙層¢20 的螺紋鋼,間距38 cm;環(huán)向筋間距20 cm,分為兩個(gè)半圓,待每節(jié)鋼護(hù)筒定位后進(jìn)行鋼筋制安。

        5) 混凝土澆築: 混凝土標(biāo)號(hào)為C25,邊墻厚80 cm,拱頂中心厚245 cm,由豎井進(jìn)料一次性澆築;在澆築混凝土前,預(yù)埋2 根¢40 的鋼管且高出混凝土頂面15 cm作為排水用。

        6) 豎井回填: 待混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以后開始回填,回填前為減小填料對(duì)混凝土的沖擊力,在距混凝土拱頂100 cm處加一排鋼軌( 16 kg/m) ,橫向長(zhǎng)440cm,與井壁錨桿焊接; 縱向間距100 cm。首先采用人工回填200 cm厚黏土,然后再回填隧道棄渣。豎井混凝土回填斷面圖見圖2。

        圖2 豎井混凝土回填斷面圖

        [1]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 哈爾濱市磨盤山水庫(kù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2005.

        [2]肖青春. 某隧洞豎井施工[J]. 西部探礦工程,2010(11) :199 -202.

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