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        小水電站有壓引水隧洞開挖及支護(hù)施工技術(shù)分析

        2016-05-07 08:16:23潘德龍上饒市水利電力勘測設(shè)計(jì)院江西上饒334000新余市渝水區(qū)水務(wù)局江西新余338000
        小水電 2016年1期
        關(guān)鍵詞:施工

        潘德龍,胡 彬(.上饒市水利電力勘測設(shè)計(jì)院,江西上饒334000; .新余市渝水區(qū)水務(wù)局,江西新余338000)

        小水電站有壓引水隧洞開挖及支護(hù)施工技術(shù)分析

        潘德龍1,胡彬2
        (1.上饒市水利電力勘測設(shè)計(jì)院,江西上饒334000; 2.新余市渝水區(qū)水務(wù)局,江西新余338000)

        摘要:由于地下工程引水隧洞施工環(huán)境復(fù)雜多變,有很多無法預(yù)見的因素,安全隱患多,因此隧洞的支護(hù)質(zhì)量對工程的投資、工程的施工進(jìn)度以及工程的安全性均有較大的影響。通過實(shí)際案例,結(jié)合工程的水文地質(zhì)環(huán)境,對隧道開挖和支護(hù)方案進(jìn)行了分析,并對支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行了探討。圖2幅。

        關(guān)鍵詞:小水電站;引水隧洞;開挖支護(hù);施工

        1 工程概況

        富川水電站引水隧洞總長度為6 049 m,縱坡為4‰,開挖斷面設(shè)計(jì)為馬蹄形,底寬2.5 m,洞高3.0 m。隧洞采用鋼筋混凝土襯砌,襯砌混凝土厚度0.3。在高程2 268.7 m處設(shè)置簡單圓筒式調(diào)壓井,井底高程2 221.5 m,頂高程2 275.5 m,高度54 m;調(diào)壓井之后至隧洞出口長約72 m洞段采用8 mm厚鋼板內(nèi)襯,襯后內(nèi)徑1.3 m。調(diào)壓井采用簡單圓筒式,設(shè)計(jì)開挖斷面為圓形,直徑為6.0 m,并用連接管與引水道連接,連接管開挖內(nèi)徑4.0 m,均采用厚0.5 m鋼筋混凝土襯砌。

        隧洞通過地段屬高山峽谷地貌,區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育,切割較深,雨季時期常見有一些小型塌滑現(xiàn)象。隧洞沿線出露的地層巖性較為復(fù)雜,從進(jìn)口至出口分別為:二疊系上統(tǒng)(P2a)板巖、砂巖夾灰?guī)r等;三疊系上統(tǒng)崔依比組一段(T3C1)石英角斑巖、細(xì)碧巖夾流紋巖、玄武巖;侏羅系中統(tǒng)花開左組一段(J2h1)粉砂巖夾泥巖,礫巖、砂巖夾泥巖等。

        此外隧洞沿線平緩山坡及溝谷部位分布有第四系殘坡積碎石土。二疊系巖層巖性較堅(jiān)硬,三疊系巖層巖性堅(jiān)硬,侏羅系巖層巖性較軟弱,但大部分洞段在微新巖石中通過,且?guī)r層走向與隧洞交角大。受區(qū)域性史普力深大斷裂的影響,隧洞沿線巖體斷層、裂隙發(fā)育,巖石較破碎,對洞室圍巖穩(wěn)定不利。

        總體來看,隧洞上游洞段圍巖較為穩(wěn)定,下游洞段圍巖穩(wěn)定條件相對較差。

        2 隧洞開挖及支護(hù)方案

        該隧洞斷面小、線路長,且下游巖體地質(zhì)穩(wěn)定性較差。

        (1)沿線經(jīng)過3個大沖溝,布置5條施工支洞,其中后2個沖溝位置開雙支洞,3~4號支洞間為最長洞段,約1 964 m,單邊掘進(jìn)985 m。

        隧洞開挖采用光面爆破的方式進(jìn)行,以此減小爆破對于巖體承載力和穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響,并且能夠有效的完成隧洞的加固,是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的隧洞開挖工藝。而實(shí)際的施工過程中則是采用分臺階法進(jìn)行施工的,施工的順序?yàn)橄冗M(jìn)行上臺階的開挖和支撐,當(dāng)上臺階完全貫通之后再進(jìn)行下臺階的施工。

        隧洞開挖還采用手風(fēng)鉆鉆孔和光面爆破全斷面掘進(jìn)法施工,0.05 m3小型挖掘機(jī)裝碴,手扶拖拉機(jī)出碴。洞內(nèi)通風(fēng)采用壓入式通風(fēng),混凝土泵入倉,機(jī)械振搗。

        (2)隧道支護(hù)主要包括噴射混凝土支護(hù)、錨桿支護(hù)、掛鋼筋網(wǎng)支護(hù)、噴射混凝土+錨桿+掛鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)+錨桿、掛鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)+噴射混凝土等。

        結(jié)合本工程的實(shí)際情況,圍巖巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等,圍巖地質(zhì)條件差,有少量地下水,只依靠噴射混凝土支護(hù)或錨桿支護(hù)網(wǎng)支護(hù)都無法達(dá)到良好的支護(hù)效果。噴射混凝土只可以封閉圍巖巖壁,可以防止地下水滲出,錨桿支護(hù)只可以對局部溶液出現(xiàn)坍落的巖體進(jìn)行支護(hù),掛鋼筋只可以包裹巖壁,避免石塊出現(xiàn)掉落,使巖壁構(gòu)成一個整體,但是無法對易坍落巖體進(jìn)行支護(hù)。結(jié)合本工程的實(shí)際情況,使用了掛鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土+錨桿聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行支護(hù)。

        3 隧洞開挖

        3.1洞口漸變段和V類的圍巖開挖

        在進(jìn)行實(shí)際開挖的時候,應(yīng)當(dāng)將漸變段的形狀由方形變?yōu)閳A形,在施工過程中也是采用先上部后下部的施工辦法。實(shí)際的開挖順序如下所示(見圖1)。

        圖1 洞口工程施工示意

        3.2 IV類圍巖開挖

        在進(jìn)行上臺階的開挖時,所選定的機(jī)械工作范圍是4.2~4.5 m,具體的施工順序?yàn)?先進(jìn)行導(dǎo)洞的開挖,再進(jìn)行兩側(cè)和頂拱的開挖,在完成上部開挖之后即可完成支護(hù)工作,然后再按照相關(guān)的施工要求完成后續(xù)的相關(guān)工作。在鉆孔時應(yīng)當(dāng)采用YT—28型的鉆孔機(jī)進(jìn)行人工鉆孔,鉆孔臺車應(yīng)當(dāng)由裝載機(jī)端運(yùn)。導(dǎo)洞的上半部分應(yīng)當(dāng)進(jìn)行楔形掏槽處理,拱緣處則采用光面爆破處理。在起爆之前一個檔先進(jìn)行槽孔的鉆設(shè),再進(jìn)行輔助孔和光爆孔的鉆設(shè)。在進(jìn)行爆破時應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行兩側(cè)輔助孔的對稱起爆,再進(jìn)行設(shè)計(jì)面光爆孔的起爆。對于下半部分來說,應(yīng)當(dāng)先從中心開始引爆,然后再進(jìn)行兩側(cè)的對稱引爆,最后完成設(shè)計(jì)面的光面起爆。所采用的爆破材料應(yīng)當(dāng)是乳化炸藥,進(jìn)行炸藥裝填的時候若存在水孔,則應(yīng)當(dāng)采用壓力風(fēng)管將積水吹出,然后再進(jìn)行炸藥的裝填。炸藥的引爆應(yīng)當(dāng)采用非電毫秒雷管進(jìn)行引爆(見圖2)。

        圖2 V類圍巖炮孔布置

        3.3斷層破碎地段施工措施

        在施工中對可能遇到的斷層破碎帶及其影響帶,嚴(yán)格按照“早預(yù)報、管超前、預(yù)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則施工。

        (1)超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報、超前探水

        采用以TSP203地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)為主的綜合超前地質(zhì)預(yù)報,探明掌子面前方工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的活動態(tài)勢等情況。主要探測斷層壓碎帶地段巖石的強(qiáng)度、巖性、巖層的破碎程度、涌水壓力和涌水量等情況,為正確選擇開挖方法、注漿參數(shù)及采取相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)提供依據(jù)。

        (2)斷層破碎帶開挖方法

        斷層破碎帶地段采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿或超前長管棚預(yù)注漿支護(hù)措施,并對圍巖進(jìn)行注漿處理,根據(jù)圍巖條件及監(jiān)控量測資料,合理確定開挖進(jìn)尺。開挖完成后立即初噴并及時施做錨桿、架立鋼架、噴射混凝土封閉圍巖。根據(jù)圍巖情況采取超前錨桿、鋼拱架、掛網(wǎng)等手段加強(qiáng)支護(hù)。

        開挖方法:Ⅴ級圍巖斷層破碎帶采用弧形導(dǎo)坑留核心土的方法,Ⅳ級圍巖采用全斷面施工,有水地段實(shí)行預(yù)注漿加固巖層。

        開挖手段:一是在特別軟弱的圍巖段,采用非鉆爆開挖,如利用十字鎬、風(fēng)鎬開挖或利用小型挖裝機(jī)開挖。另一種是采用控制爆破措施,如松動爆破、微振動爆破等,目的就是盡可能地減小開挖對圍巖的擾動。

        4 支護(hù)

        支護(hù)使用錨桿、混凝土、鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行施工,必要時需要根據(jù)觀測結(jié)果和地質(zhì)情況設(shè)置管棚和鋼拱架支撐。在開挖軟弱、松散巖體時,使用一掘一支護(hù)的方式進(jìn)行施工,整個施工過程要穩(wěn)步前進(jìn);開挖一循環(huán)線噴射一層混凝土,然后打錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后,再次循環(huán)進(jìn)行掘進(jìn)。對于穩(wěn)定性比較差的圍巖,爆破后馬上噴混凝土封閉巖面。完成出碴后,再打錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土,需要時可以利用鋼拱架支撐來提高支護(hù)能力。

        4.1混凝土的噴射

        所采用的水泥為普通的硅酸鹽水泥,而砂粒的直徑應(yīng)當(dāng)控制在2.5 mm以下,石子必須采用堅(jiān)硬度極好的卵石,必須使用潔凈水完成工程的建設(shè),加入的速凝劑一般為水泥總使用量的3%,混凝土凝結(jié)后的基本強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)達(dá)到20 MPa以上。所使用的混凝土噴射機(jī)應(yīng)當(dāng)為濕噴機(jī),并且采用雙水環(huán)的噴頭進(jìn)行。

        在進(jìn)行工程開挖之前必須對挖掘處進(jìn)行細(xì)致的檢查,及時清除松動的危險物品并埋設(shè)相關(guān)的噴層厚度標(biāo)識,從而確保工程建設(shè)的基本質(zhì)量。另一方面,盲管安裝可以劃分為2種,即環(huán)向盲管和局部集中式的盲管。

        在進(jìn)行混凝土施工時必須做到以下幾點(diǎn):第一,根據(jù)巖面的潮濕度確定水灰比例;第二,按照設(shè)計(jì)的施工順序進(jìn)行施工;第三,分段的距離為6 cm以內(nèi),分塊大小為4 m2的正方形;第四,噴嘴到巖面的距離為1 m,并且保證噴嘴和受噴面之間的垂直度,根據(jù)巖面的凹凸度來確定混凝土的噴出量;第五,在混凝土噴射完成后必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間超過7 d。

        4.2管棚法施工

        (1)鉆設(shè)孔徑

        在進(jìn)行孔徑鉆設(shè)的時候必須加強(qiáng)孔位和立軸的方向控制,孔徑直徑為108 mm,在實(shí)際的孔徑鉆設(shè)過程中必須準(zhǔn)確記錄各段圍巖的實(shí)際情況。在完成所有的鉆孔工作之后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行孔徑和打管質(zhì)量的檢查,對所有的孔徑進(jìn)行編號,并予以準(zhǔn)確記錄。

        (2)管料的輸送

        在完成孔徑的清理工作之后,即刻將鋼管放置于孔徑之中。對于鋼管的加工應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)的相關(guān)要求進(jìn)行,并且在施工現(xiàn)場以絲扣的形式連接在一起。

        (3)對于注漿管口的加工

        進(jìn)行注漿時采用的是長度為30 cm的鍍鋅鋼管,鋼管的1個接頭和管棚堵頭焊接在一起,另一端則和注漿管連接在一起。

        (4)進(jìn)行壓水試驗(yàn)

        在進(jìn)行混凝土的注射之前必須保證相關(guān)設(shè)備工作的正常性,并且進(jìn)行壓水試驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)過程中的用水量、水壓以及流量都進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。

        (5)注入混凝土

        所使用的混凝土水灰比應(yīng)當(dāng)為1∶1,注漿的最大壓力不能超過2 MPa,注漿的壓力應(yīng)當(dāng)逐漸增加,在達(dá)到最大允許壓力值之后持續(xù)進(jìn)行10 min以上的注漿;對于混凝土的注入量以及持續(xù)時間等都要進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄,在注漿完成之后必須即刻堵塞孔口,避免漿液流出。

        4.3施工工藝要求

        (1)對于管棚的加工和安裝

        應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行管棚鋼管的設(shè)計(jì)和制造,并且在施工現(xiàn)場完成組裝工作,保證接頭的準(zhǔn)確性和牢固性。對于未達(dá)到要求的安裝管棚應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行安裝,要求孔位的誤差不超過25 cm,角度誤差小于22°。

        (2)混凝土的注入

        在進(jìn)行注漿之前必須進(jìn)行壓水試驗(yàn),從而得到工程建設(shè)的基本參數(shù),用于工程建設(shè)的指導(dǎo)。混凝土注入的壓力應(yīng)當(dāng)逐漸上升,在達(dá)到所設(shè)計(jì)的壓力值之后應(yīng)保持10 min以上,以保證孔徑中混凝土的密實(shí)度達(dá)標(biāo)。在實(shí)際的工程建設(shè)過程中應(yīng)當(dāng)對混凝土的注入量和注入壓力進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄,加強(qiáng)注漿量和鋼管質(zhì)量的檢查,當(dāng)發(fā)現(xiàn)注漿厚度低于30 cm時應(yīng)當(dāng)鉆設(shè)小鋼管完成注漿,以滿足相應(yīng)的施工要求。

        (3)對于掛網(wǎng)的施工

        在進(jìn)行掛網(wǎng)的固定時必須使用錨桿或者插筋,并且在巖面上噴射1層混凝土之后才可以進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的安裝,鋼筋網(wǎng)和壁面之間的間距應(yīng)當(dāng)為3~5 cm。在進(jìn)行掛網(wǎng)的焊接時應(yīng)當(dāng)進(jìn)行人工整理,以保證掛網(wǎng)能夠緊貼在初噴層上,在初噴完成之后再使用混凝土將其覆蓋。鋼筋網(wǎng)的制造應(yīng)當(dāng)在鋼筋加工廠完成,并且使用5 t的載重汽車運(yùn)送至施工場所。

        4.4借助小導(dǎo)管進(jìn)行注漿施工

        當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時,應(yīng)當(dāng)采用小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù),并且保證小導(dǎo)管和開挖洞面的夾角為10°。應(yīng)當(dāng)采用手風(fēng)鉆鉆設(shè)直徑為942 mm的孔徑,而成孔后的沖洗壓力應(yīng)當(dāng)為注漿壓力的80%,直到?jīng)_洗回流水變?yōu)榍逅恢?。灌漿的水灰比則應(yīng)當(dāng)為0.5或者0.6,灌漿的壓力則應(yīng)當(dāng)為0.2~0.3 MPa。

        5 結(jié)語

        本隧道工程開挖施工后,光面爆破效果良好,超挖也都保持在20 cm以內(nèi),殘孔率也在90%以上,斷開開挖符合規(guī)定要求。

        綜上所述,在進(jìn)行引水隧道開挖和支護(hù)時,要結(jié)合工程的具體情況制定合理的開挖、支護(hù)措施,保證工程的施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        參考文獻(xiàn):

        [1]琳才元,徐勝峰.隧道錨噴支護(hù)體系作用機(jī)理淺析[J].中國西部科技,2007(6) : 26_27.

        [2]馮尚偉.錨桿發(fā)展的方向——全螺紋等強(qiáng)錨桿[J].錨桿支護(hù),2000(1) : 45_46.

        責(zé)任編輯吳昊

        作者簡介:潘德龍(1983-),男,工程師,主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。

        收稿日期:2015-10-23

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