潘大飛

(中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局,河南鄭州 450000)

關(guān)于古學(xué)水電站埋置式調(diào)壓室開挖施工技術(shù)的探討

潘大飛

(中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局,河南鄭州 450000)

本文通過對古學(xué)水電站埋置式調(diào)壓室穹頂、豎井的開挖支護(hù)施工及程序進(jìn)行總結(jié),為類似工程施工提供一定的借鑒和參考。

埋置式調(diào)壓室 穹頂 豎井 開挖施工 古學(xué)水電站

1 工程概況

1.1 工程概況

古學(xué)水電站為圓筒型阻抗式調(diào)壓室,全地下布置,結(jié)構(gòu)上分為穹頂(EL2305.44～EL2298.0)、豎井(EL2298.0～EL2232.8)、阻抗孔(EL2232.8～EL2223.75)三部分。穹頂高7.44m,體型為中心角123.84°、半徑8.137m的半球形球拱,底部位于EL2298.0巖壁梁上;豎井直徑14.7m、開挖高度65.2m;阻抗孔直徑5m、開挖高度9.05m;調(diào)壓室總開挖高度為81.69m。調(diào)壓室采用系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴C20混凝土厚10cm進(jìn)行支護(hù);井筒系統(tǒng)錨桿Φ28,L=6m,排距2m,入巖5m。穹頂及井身采用1m厚鋼筋混凝土進(jìn)行襯砌,混凝土強(qiáng)度等級為C25。

1.2 地質(zhì)情況

調(diào)壓室位于定曲河左岸雄厚的山體內(nèi),地表基巖裸露、地形陡峻,調(diào)壓井井身最小水平埋深100m左右,穹頂上覆巖體厚約32m。地層巖性為三迭系灰色鈣質(zhì)、砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r。調(diào)壓井圍巖整體穩(wěn)定,以III類圍巖為主,井身有巖洞溶蝕區(qū);卸荷帶水平寬度10m～20m,強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深10m～20m。

2 施工程序及施工規(guī)劃

2.1 施工程序

施工程序?yàn)?施工準(zhǔn)備(包括7#施工支洞開挖至豎井處)→EL2291.5(7#施工支洞底板高程)至穹頂(EL2305.44高程)斜坡道路開挖→調(diào)壓室穹頂(EL2305.44～EL2298高程)開挖→穹頂混凝土襯砌及灌漿→豎井井身EL2298～EL2291.5高程開挖→豎井井身EL2291.5～EL2223.75高程開挖(包括阻抗孔)。

2.2 施工規(guī)劃

在調(diào)壓室豎井開挖前先進(jìn)行穹頂施工。調(diào)壓室豎井開挖,采用先開挖導(dǎo)井、導(dǎo)洞再擴(kuò)挖的施工方法。待調(diào)壓井底部引水隧洞開挖及臨時(shí)支護(hù)完成后,下部出渣通道形成,即可進(jìn)行導(dǎo)井施工。在EL2291.5高程豎井中心點(diǎn)處布置LM200型反井鉆機(jī),自上而下形成Φ216mm導(dǎo)孔;導(dǎo)孔完成后,在豎井底部安裝Φ1400mm擴(kuò)孔鉆頭,自下而上擴(kuò)挖形成直徑1.4m的中導(dǎo)井,反井鉆機(jī)擴(kuò)孔采用清水冷卻鉆具。由于中導(dǎo)井直徑較小,而調(diào)壓井?dāng)U挖斷面較大,利用中導(dǎo)井在擴(kuò)挖時(shí)來進(jìn)行溜渣,極易造成堵塞。施工過程中采用“立面分層、平面分區(qū)、現(xiàn)代60挖機(jī)扒渣、邊開挖邊支護(hù)”的施工原則進(jìn)行。

3 施工布置

調(diào)壓室穹頂開挖襯砌、中導(dǎo)洞開挖支護(hù)及豎井?dāng)U挖支護(hù)施工由7#施工道路、7#支洞(兼上室)進(jìn)入工作面;豎井下部出渣由6#支洞、6#施工道路轉(zhuǎn)運(yùn)至棄碴場。豎井施工時(shí)在井壁架設(shè)臨時(shí)爬梯,供施工人員上下。

4 施工方法

4.1 調(diào)壓室穹頂EL2305.44～EL2298高程開挖

穹頂開挖,按分區(qū)分層的方式進(jìn)行,平面上分為3區(qū),分層高度2.5m,先開挖(1)區(qū),然后開挖(2)區(qū)和(3)區(qū)(詳見開挖分區(qū)示意圖)。(1)區(qū)沿7#施工支洞向前掘進(jìn),采用梯段爆破的方式進(jìn)行開挖;開挖至結(jié)構(gòu)邊線2～2.5m時(shí)采用光面爆破。(2)區(qū)與(3)區(qū)距離結(jié)構(gòu)面較近,利用(1)區(qū)部分未運(yùn)出爆渣修整成斜面作為施工平臺(tái),采用分層光面爆破開挖的方式進(jìn)行。穹頂開挖分區(qū)示意圖如圖1。

鉆爆工作平臺(tái)由裝載機(jī)輔助、人工搭設(shè)腳手架完成。YT-28手風(fēng)鉆造孔,人工填裝乳化炸藥,非電毫秒雷管微差爆破;光面爆破時(shí),注意控制周邊孔孔距,人工間隔裝藥,導(dǎo)爆索起爆。爆破石碴采用ZL50側(cè)卸裝載機(jī)裝碴,25t自卸汽車經(jīng)由7#支洞運(yùn)出至4#棄渣場;開挖期間對成型開挖面按照設(shè)計(jì)圖紙跟進(jìn)支護(hù),以確保圍巖穩(wěn)定和施工安全。

4.2 調(diào)壓室穹頂襯砌、灌漿

穹頂開挖結(jié)束,通過對圍巖監(jiān)控量測確認(rèn)圍巖穩(wěn)定后,即可進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌施工?；炷磷鳛轳讽?shù)挠谰弥ёo(hù),對其施工質(zhì)量要嚴(yán)格按規(guī)范要求來控制。采用滿堂腳手架、大塊定型模板進(jìn)行全斷面襯砌。穹頂封頂使用混凝土泵進(jìn)行作業(yè),以保證封頂混凝土厚度。襯砌完成后,為加強(qiáng)穹頂巖面、初期支護(hù)與混凝土襯砌之間的結(jié)合,以形成整體受力結(jié)構(gòu),按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行灌漿施工。灌漿按“先回填后固結(jié)”的順序進(jìn)行,在穹面混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后即可進(jìn)行回填灌漿,回填灌漿結(jié)束后7天再進(jìn)行固結(jié)灌漿。

4.3 豎井EL2298～EL2291.5高程開挖施工

EL2298～EL2291.5高程豎井開挖在穹頂永久支護(hù)完成后進(jìn)行。開挖按分區(qū)分層的方式進(jìn)行,平面上分為3區(qū),分層高度2.5m,先開挖①區(qū),然后開挖②區(qū)和③區(qū)。

4.4 豎井EL2291.5～EL2223.75高程開挖施工(包括阻抗孔)

本段豎井開挖,采用先反井鉆機(jī)形成導(dǎo)井,再人工開挖形成溜渣中導(dǎo)井,最后人工擴(kuò)挖井身及阻抗孔的施工順序。

4.4.1 反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工

(1)施工程序及方法;先從EL2291.5高程平臺(tái)由上向下鉆進(jìn)Φ 216mm導(dǎo)孔,貫通后,再在下平面連接擴(kuò)孔鉆頭,由下向上擴(kuò)孔,擴(kuò)孔直徑Φ1400mm。施工步驟為:混凝土作業(yè)平臺(tái)施工→反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及循環(huán)水池施工→主機(jī)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)形成→安裝反井鉆機(jī)并進(jìn)行調(diào)試→由上向下鉆進(jìn)Φ216mm先導(dǎo)孔→導(dǎo)孔貫通后換上Φ 1400mm擴(kuò)孔鉆頭由下向上進(jìn)行擴(kuò)孔施工→擴(kuò)孔成功后拆除鉆機(jī)并做好防護(hù)。(2)導(dǎo)孔鉆進(jìn);反井鉆機(jī)施工的關(guān)鍵在于先導(dǎo)孔鉆孔質(zhì)量,鉆通后的偏離誤差大小在開鉆后無法進(jìn)行中間檢測和控制,只能依靠經(jīng)驗(yàn),針對不同的圍巖類別,實(shí)施不同的鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速和適時(shí)裝配穩(wěn)定鉆桿進(jìn)行控制。鉆進(jìn)時(shí)采用的穩(wěn)定鉆桿加設(shè)方法如下:鉆進(jìn)2 m時(shí)加設(shè)1根,鉆進(jìn)8～10m時(shí)再加設(shè)1根,然后每鉆進(jìn)15m加設(shè)1根。鉆進(jìn)參數(shù)選擇主要依據(jù)地層條件、鉆進(jìn)部位等多方面因素確定。一般按下表所示參數(shù)施工,但在施工時(shí)根據(jù)不同情況予以調(diào)整。(3)擴(kuò)孔鉆進(jìn);一、拆導(dǎo)孔鉆頭接擴(kuò)孔鉆頭;導(dǎo)孔鉆透后,將擴(kuò)孔鉆頭和導(dǎo)孔鉆頭拆卸工具運(yùn)到調(diào)壓井下口,通過對講機(jī)聯(lián)系,上下配合拆下導(dǎo)孔鉆頭接上擴(kuò)孔鉆頭,即可向上擴(kuò)孔。二、擴(kuò)孔鉆進(jìn);當(dāng)擴(kuò)孔鉆頭接好后,慢速上提鉆具。直到滾刀開始接觸巖石,然后停止上提,用最低轉(zhuǎn)速(5～9rpm)旋轉(zhuǎn),并慢慢給進(jìn)、保證鉆頭滾刀不受過大的沖擊而破壞,等刀齒把凸出的巖石破碎掉,再繼續(xù)給進(jìn),當(dāng)鉆進(jìn)至5m以上,正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。開始擴(kuò)孔時(shí),下邊要有人觀察,將情況及時(shí)通知操作人員,等鉆頭全部均勻接觸巖石,才能正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。為保證鉆機(jī)和滾刀的使用壽命,一般將系統(tǒng)壓力限制在17Mpa之內(nèi)。在擴(kuò)孔過程中,當(dāng)巖石硬度較大,可適當(dāng)增加鉆壓,反之可以減少鉆壓。三、拆機(jī);將擴(kuò)孔鉆頭卡固在鋼軌上、拆掉鉆機(jī)的前后斜拉桿和各種油管,將主機(jī)從鉆架上拆掉,將鉆架主機(jī)車和一些輔助設(shè)備拆下。將擴(kuò)孔鉆頭吊牢,將軌道拆掉,將鉆頭提出孔外。然后將操作車吊上來,再將泵車、油箱冷卻器拆下,分別運(yùn)到出口。全部鉆孔工作結(jié)束。

4.4.2 豎井(阻抗孔)擴(kuò)挖施工

擴(kuò)挖采用人工自上而下、分層爆破來進(jìn)行,TY-28手風(fēng)鉆鉆孔,周邊光面爆破,電雷管引爆非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行起爆,分層開挖高度控制在2.0m以內(nèi);掛網(wǎng)錨噴支護(hù)緊跟開挖分層施工。

一次擴(kuò)挖:為避免溜渣時(shí)堵孔,爆破時(shí)采用密孔小炮,以減小大塊石的數(shù)量。初擬孔深2.0m,排距50～70cm,間距50～75cm。炸藥單耗控制在0.86kg/m3左右,循環(huán)進(jìn)尺1.8～2.0m。二次擴(kuò)挖:孔徑Φ 42mm、光爆孔孔距0.50m、孔深2m,裝φ25mm乳化炸藥、孔內(nèi)導(dǎo)爆索,孔外非電微差毫秒雷管分兩段起爆;主爆孔孔深2.0m、孔距0.8～1.2m、排距1.0～1.2m,Φ32乳化炸藥,非電毫秒雷管孔間微差起爆。炸藥單耗控制在0.58kg/m3左右,循環(huán)進(jìn)尺1.8～2.0m。網(wǎng)路參數(shù):上述爆破網(wǎng)路采用孔間微差起爆,孔間微差25ms,排間微差75ms。為減小光爆孔的同段起爆藥量,將同段爆破孔數(shù)多的分兩段起爆。以控制單響裝藥量,減少爆破振動(dòng)對豎井的影響。

4.5 豎井支護(hù)施工

4.5.1 支護(hù)參數(shù)

豎井:砂漿錨桿Φ28、L=6.0m、M25、排距2m,掛網(wǎng)噴C20混凝土10cm。阻抗孔:砂漿錨桿Φ22、L=3.0m、M20、排距1.5m,掛網(wǎng)噴C20混凝土10cm。導(dǎo)井:局部掛網(wǎng),砂漿錨桿Φ25、,L=2.0m、M20,全井噴C20混凝土10cm。

4.5.2 支護(hù)施工

豎井支護(hù)施工前,先清除開挖表面松動(dòng)的巖塊、浮碴;噴射混凝土施工作業(yè)前,先沖洗巖面,并保持巖面濕潤,埋設(shè)控制混凝土厚度的檢驗(yàn)鋼筋條,并檢查和試運(yùn)行施工區(qū)照明和風(fēng)水管路。

5 結(jié)語

在四川省甘孜州定曲河古學(xué)水電站埋置式調(diào)壓室穹頂、豎井的開挖支護(hù)過程中,穹頂開挖合理安排施工程序,豎井采用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井施工,從而實(shí)現(xiàn)了安全快速施工,節(jié)約了施工工期和成本,達(dá)到了預(yù)想效果,為類似工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

潘大飛(1975—),男,河南南陽人,工程師,本科,主要從事水利水電工程項(xiàng)目管理工作。