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穹頂施工技術(shù)在大截面水電站調(diào)壓室工程中的應(yīng)用研究

徐鎮(zhèn)南鄧志華

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，江西 南昌330038)

【摘要】水電站工程中尾水調(diào)壓井?dāng)嗝娲蠼孛嬉约按罂鐝綍?huì)影響到尾水調(diào)壓井圍巖的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)過程中改變尾水調(diào)壓井頂部的形狀即采用穹頂狀，可以解決上述問題。本文基于印度尼西亞PAKKAT水電站尾水調(diào)壓井球冠穹頂所具有的大截面以及大跨徑的特點(diǎn)，針對水電站實(shí)際施工過程，對開挖的施工技術(shù)、施工方法作了較為詳細(xì)的闡述，具有一定的指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】尾水調(diào)壓室；球冠穹頂；開挖支護(hù)；施工技術(shù)

1工程概述

1.1　工程簡況

印度尼西亞PAKKAT水電站工程包括3個(gè)尾水調(diào)壓室頂端，3個(gè)頂端均設(shè)計(jì)為球冠狀，按照并排布置的原則進(jìn)行相應(yīng)的布置。其頂部球冠橫向最大跨度為53m，高度為26.5m，尾水調(diào)壓室筒狀部分高度為860m，在尾水調(diào)壓室852.3~877m高程處有尾水檢修閘門廊道，3個(gè)尾水調(diào)壓室通過中間的檢修閘門廊道形成一個(gè)整體。施工項(xiàng)目為尾水檢修閘門廊道底端以上的開挖以及高程851.3m以上的井身開挖工程。

1.2　地形地質(zhì)

印度尼西亞PAKKAT水電站大壩基巖出露，分布地層屬于薄—中厚層灰?guī)r，其巖性是T1yn1-3。河床段壩基所處的巖性為弱風(fēng)化基巖，具體位于基巖的中下部。兩岸壩肩段所處的巖性為弱風(fēng)化基巖，具體位于基巖的下部—中上部。巖質(zhì)邊坡屬于逆向坡，巖層斜插入河底，自然邊坡穩(wěn)定性相對較好。調(diào)壓室的頂拱圍巖主要為Ⅲ類，施工時(shí)，由于爆破等原因造成圍巖塊體的穩(wěn)定性不佳，甚至?xí)霈F(xiàn)塊體失穩(wěn)的現(xiàn)象。

1.3　分層開挖

此次施工包括5層，冠狀穹頂?shù)拈_挖順序由下至上，上部的開挖層是Ⅰ 層，下部以此類推，開挖分層見圖1。最大的開挖高度確定為10.8m，除了最高的位置，其他每層開挖高度為5~7m。為確保最上層的穹頂成型以及保持圍巖的穩(wěn)定性，開挖施工時(shí)將最上層分為5個(gè)區(qū)域，分別為：分環(huán)形導(dǎo)洞；中心預(yù)留巖柱；環(huán)形擴(kuò)挖區(qū)；底部拉槽區(qū)；周邊保護(hù)層。具體分區(qū)見圖2。

圖1　尾水調(diào)壓室穹頂開挖分層

圖2　尾水調(diào)壓室Ⅰ層開挖分區(qū) (單位：m)

2開挖支護(hù)施工方案

2.1　開挖方法與施工程序選擇

在開挖時(shí)，為了保證大跨徑硐室的穩(wěn)定性，確保球冠穹頂成型時(shí)的質(zhì)量，并盡可能使超挖量以及回填混凝土量降至最低，參考之前成功開挖大硐室的案例，確定采用如下施工方法：?先進(jìn)行環(huán)形導(dǎo)洞的開挖；?中間位置支撐預(yù)留的巖柱；?對周邊進(jìn)行環(huán)形擴(kuò)挖。由于球形物體的水平剖切面均屬于標(biāo)準(zhǔn)圓，因此，開挖思路可確定為以穹頂中心的軸線為核心，選擇不同半徑的圓周鉆水平孔，達(dá)到“以圓削球”的效果。

施工時(shí)，若相鄰最近的硐室發(fā)生爆破，會(huì)嚴(yán)重影響到穹頂?shù)姆€(wěn)定性，為確保不出現(xiàn)上述不利狀況，確定采用隔洞錯(cuò)距的開挖原則。對于每一個(gè)尾調(diào)室，施工順序如下:?開挖環(huán)形導(dǎo)洞；?對預(yù)留中心巖柱的下部進(jìn)行開挖；?預(yù)留巖柱上部保護(hù)層；?底板進(jìn)行拉槽操作；?環(huán)形擴(kuò)挖，完成每個(gè)區(qū)域的開挖后迅速采取系統(tǒng)支護(hù)的措施。具體的施工順序模擬見圖3。

圖3　尾水調(diào)壓室開挖程序三維模擬圖

2.2　環(huán)形導(dǎo)洞施工過程

施工支洞徑向鎖口支護(hù)完成之后，開挖方向改變?yōu)橹Ф摧S線方向，以距穹頂圓心5m的長度為開挖距離；接下來根據(jù)相應(yīng)的測量，放出穹頂中心位置并引出邊線，引出邊線的方向?yàn)轳讽數(shù)闹行狞c(diǎn)至實(shí)際開挖巖面，逐炮修邊擴(kuò)挖，拉齊開挖面垂直于環(huán)形導(dǎo)洞的軸線；之后基點(diǎn)為穹頂?shù)闹行?，預(yù)留一根中心巖柱，該中心巖柱的直徑為10m，環(huán)形導(dǎo)洞開挖順著中心巖柱的外側(cè)進(jìn)行，其寬度選擇為8m，高度選擇為7.49~10.42m；導(dǎo)洞開挖按照如下方式進(jìn)行：?底部掏槽；?上部保護(hù)層開挖。

Ⅰ層環(huán)形導(dǎo)洞的開挖見圖4。

圖4?、駥迎h(huán)形導(dǎo)洞開挖示意圖(單位：m)

2.3　中心預(yù)留巖柱施工與穹頂保護(hù)層施工

中心預(yù)留巖柱的開挖包括兩個(gè)部分：?導(dǎo)洞的開挖；?預(yù)留保護(hù)層的開挖。導(dǎo)洞的開挖尺寸(寬×高)確定為10m×7.9m。保護(hù)層的開挖厚度處于2~2.3m之間，開挖保護(hù)層的軸線為穹頂中心，開挖方向確定為由外側(cè)至穹頂?shù)闹行摹?/p>

2.4　底部拉槽與環(huán)形擴(kuò)挖施工

為滿足環(huán)形擴(kuò)挖區(qū)域施工空間(頂拱9m長錨桿的施工空間)的要求，當(dāng)結(jié)束環(huán)形導(dǎo)洞的開挖以及采取頂拱系統(tǒng)的支護(hù)措施之后，對于中心預(yù)留的巖柱以及環(huán)形導(dǎo)洞的底板要進(jìn)行拉槽下臥的操作，深度確定為3.5m，鉆孔方式為液壓鉆孔梯段爆破；結(jié)束后開始環(huán)形擴(kuò)挖施工，開挖的寬度確定為5.4m，高度確定為36.56~10.84m，選擇環(huán)形導(dǎo)洞開挖階段鉆爆臺(tái)車，工程施工人員持手風(fēng)鉆進(jìn)行如下操作：?鉆孔；?裝藥；?爆破。

2.5?、騸Ⅴ層開挖施工

Ⅱ~Ⅴ層的開挖方式確定如下：中間梯段爆破，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層。預(yù)先留出5.5m厚的保護(hù)層，為了保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線開挖成型的質(zhì)量，分兩次對保護(hù)層進(jìn)行開挖，當(dāng)完成中間梯段爆破之后，開挖靠近中心側(cè)3.0m的保護(hù)層，另外，外緣2.5m保護(hù)層的開挖時(shí)間應(yīng)與下層同時(shí)進(jìn)行。選擇液壓鉆以及梯段爆破的方式進(jìn)行中間鉆孔，保護(hù)層的開挖方向?yàn)榄h(huán)向進(jìn)行。開挖施工見圖5。

圖5?、騸Ⅴ層開挖施工示意圖

2.6　支護(hù)程序及方法

尾水調(diào)壓室穹頂具有兩個(gè)顯著特征：?開挖高度高；?斷面尺寸大。為確保頂拱的穩(wěn)定性，在開挖時(shí)必須迅速進(jìn)行必要的支護(hù)，不同層不同區(qū)開挖完成之后，應(yīng)迅速采取安全有效的支護(hù)措施?；趪鷰r應(yīng)力的變化，支護(hù)原則為先進(jìn)行淺層支護(hù)，再進(jìn)行深層支護(hù)，不同工序之間的作業(yè)方式為交替流水作業(yè)。具體支護(hù)過程為: 開挖→初噴混凝土→6m錨桿→排水孔施工→鋼筋掛網(wǎng)→復(fù)噴混凝土→9m預(yù)應(yīng)力錨桿施工→錨索施工。

3結(jié)語

通過印度尼西亞PAKKAT水電站的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，調(diào)壓室施工效果良好，質(zhì)量穩(wěn)定，滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。環(huán)形導(dǎo)洞球冠結(jié)構(gòu)面各項(xiàng)指標(biāo)(包括開挖半孔率、超欠挖控制)全部滿足要求，整個(gè)斷面具備以下優(yōu)點(diǎn)：?過渡平緩；?美觀?；谇蚬隈讽旙w型的復(fù)雜性，在施工時(shí)，工程設(shè)計(jì)人員對過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過計(jì)算機(jī)編程計(jì)算了環(huán)形開挖爆破孔的孔位及孔深，提高了準(zhǔn)確度，對于環(huán)形擴(kuò)挖施工意義重大。

參考文獻(xiàn)

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Application study on dome construction technology in surge

chamber project of large cross section hydropower station

XU Zhennan, DENG Zhihua

(JiangxiGanyuEngineeringConstructionCo.,Ltd.,Nanchang330038,China)

Abstract:The large cross section and long span of tail water surge shaft section in hydropower station project will affect the stability of tail water surge shaft surrounding rock. The shape at the top of tail water surge shaft can be changed in the design process, namely dome shape can be adopted for solving the above problems. In the paper, the excavation construction technology and construction methods are described in detail aiming at practical the construction process on the basis of large cross section and large span features in Indonesia PAKKAT Hydropower Station tail water surge shaft spherical cap dome. It has certain guidance role.

Key words:tail water surge chamber; spherical cap dome; excavation support; construction technology

中圖分類號：TV732.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8241(2016)01-0003-04

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.01.002