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        靈關(guān)水電站調(diào)壓井豎井開挖施工技術(shù)

        2017-11-01 16:37:16波,永,
        四川水力發(fā)電 2017年5期
        關(guān)鍵詞:導井調(diào)壓井豎井

        陳 洪 波, 張 永, 成 奇

        (中國水利水電第十工程局有限公司 ,四川 都江堰 611830)

        靈關(guān)水電站調(diào)壓井豎井開挖施工技術(shù)

        陳 洪 波, 張 永, 成 奇

        (中國水利水電第十工程局有限公司 ,四川 都江堰 611830)

        靈關(guān)水電站調(diào)壓井地質(zhì)條件極為復雜,井身中V類圍巖占48%,Ⅳ2類圍巖占30%,Ⅳ1類圍巖占22%,穩(wěn)定性極差,在弱風化及新鮮巖體中發(fā)育的巖塊巖屑型軟弱夾層和泥夾巖屑型軟弱夾層對井壁圍巖穩(wěn)定影響較大,此類復雜地質(zhì)條件下的大直徑調(diào)壓井開挖及支護施工安全問題尤為突出。闡述了靈關(guān)水電站調(diào)壓井開挖及支護施工技術(shù),可為今后類似工程提供借鑒。

        靈關(guān)水電站;調(diào)壓井;復雜地質(zhì)條件;開挖及支護;施工;安全

        1 工程概況

        靈關(guān)水電站位于青衣江支流——寶興河中游寶興縣靈關(guān)鎮(zhèn)小關(guān)子~大溪鄉(xiāng)煙溪口河段上,上接小關(guān)子電站尾水,下接銅頭電站庫尾。由擋水建筑物、泄水建筑物、引水隧洞、調(diào)壓井、調(diào)壓井前后漸變段、壓力管道、主副廠房、安裝間、GIS樓及尾水渠等建筑物組成,裝機容量為2×38.4 MW。

        調(diào)壓井型式為阻抗式,阻抗孔為3.1 m×3.1 m正方形,阻抗孔頂面高程為801.2 m,調(diào)壓井底高程為792 m,頂高程為862 m,高70 m。調(diào)壓井井筒為圓形,采用C25鋼筋混凝土襯砌,襯砌內(nèi)徑D=22 m,厚2 m,雙層配筋。

        靈關(guān)水電站調(diào)壓井圍巖中的覆蓋層厚度約占鉛直厚度的8%,強風化巖體占40%,弱風化巖體占30%,新鮮巖體僅占22%。不論風化巖體,還是新鮮巖體的完整性均較差。由于層間擠壓錯動嚴重,在高程822 m以下至井底的弱風化及新鮮巖體中共發(fā)育七條巖塊巖屑型軟弱夾層(C1~C7)和兩條泥夾巖屑型軟弱夾層(Nj1、Nj2),單層鉛直厚度為0.75~5.35 m,累計厚度為22.95 m,占該段圍巖厚度的76.5%,其抗剪強度較低,對井壁圍巖穩(wěn)定影響較大。

        高程841 m以上的覆蓋層和強風化巖石為Ⅴ類(占井周圍巖的48%);高程841~813 m的弱風化巖石為Ⅳ2類(占井周圍巖的30%);高程813 m以下為新鮮巖體,地下水位高程為802.84 m,對施工和圍巖穩(wěn)定有不利影響,圍巖分類為Ⅳ1類(占井周圍巖的22%)。

        由于井身圍巖穩(wěn)定性較差,在井筒四周進行了豎向預固結(jié)灌漿,孔內(nèi)插入錨筋束,灌漿孔深62 m,豎向錨筋束60 m,并對調(diào)壓井井筒四周巖體采用φ28,L=9 m,間、排距3 m布置的水泥砂漿錨桿進行水平錨固。 靈關(guān)水電站調(diào)壓井結(jié)構(gòu)布置情況見圖1。

        2 調(diào)壓井開挖及支護

        2.1 施工規(guī)劃及施工程序

        由于該工程地質(zhì)條件的特殊性,將設計方案中2 m厚的混凝土分兩期施工:在開挖的同時跟進倒掛混凝土進行一期支護,待開挖完成后再采用滑模工藝進行二期混凝土支護至設計斷面。

        在調(diào)壓井高邊坡開挖支護完成后,先進行井圈鎖口混凝土施工,然后進行超前預固結(jié)灌漿及超前錨筋束施工(至少先形成內(nèi)圈超前預固結(jié)灌漿及部分超前錨筋束),在導井中部進行5個孔的預固結(jié)灌漿,待調(diào)壓井底部形成通道后進行正導井施工,隨即進行井筒豎向開挖及臨時支護施工。導井開挖采用LM-200型反井鉆機由上至下進行。擴挖時以立面分層、平面分區(qū)、反鏟扒渣、邊開挖邊倒掛混凝土襯砌為原則進行施工。在開挖及倒掛混凝土間隙進行掛鋼筋網(wǎng)并結(jié)合噴混凝土進行臨時支護。井挖采用YT-28手風鉆造孔鉆爆、PC225反鏟扒渣,側(cè)卸式裝載機在井底裝15 t自卸汽車出渣的聯(lián)合作業(yè)方式作業(yè)。

        2.2 施工布置

        (1)施工道路。

        圖1 靈關(guān)水電站調(diào)壓井結(jié)構(gòu)布置圖

        調(diào)壓井施工材料的運輸?shù)缆窞檎{(diào)壓井上山公路。

        開挖時的爆渣以導井為通道,導井底部集渣從壓力管道上平段、引水隧洞分別經(jīng)6#+1、6#施工支洞運輸至棄渣場。

        (2)施工中的供風及供水。

        施工用風由6#支洞臨建場內(nèi)的空壓站用4in(1in=2.54 cm)風管作主風管供至調(diào)壓井平臺下游側(cè)開口線外附近位置,再由3″、1.5″架管向井內(nèi)用風點分散供出;

        施工用水采用在調(diào)壓井平臺下游側(cè)開口線外修建的蓄水池由4″鋼管作為主管引出,再由3″、1.5″鋼管及軟管分支引向施工用水點,水源由寶興河邊用高揚程多級泵直接抽水至蓄水池內(nèi)。

        (3)施工供電。

        豎井開挖施工供電由井口供電系統(tǒng)接入,井內(nèi)用電主要為鋼筋焊接、灌漿等設備用電及施工照明用電,配電盤隨開挖下臥延伸。照明采用36 V安全電壓。

        (4)通風散煙。

        調(diào)壓井工程施工的通風主要考慮自然通風。

        (5)施工排水。

        豎井施工排水由導井流入井底,經(jīng)壓力管道、6#+1支洞、6#支洞外排至洞外煙溪溝內(nèi)。

        (6)調(diào)壓井平臺的布置。

        根據(jù)該工程特點及現(xiàn)場施工條件,在調(diào)壓井高程862 m平臺右下角布置了一臺C5012塔機進行豎井施工材料吊運。

        于調(diào)壓井上井平臺左下游側(cè)布置了一套HZS35拌和站,為豎井臨時支護及混凝土襯砌提供拌和料。

        2.3 開挖施工方法

        (1)前期準備工作。

        邊坡開挖完成后,隨即進行了井圈鎖口混凝土澆筑,澆筑斷面為3.5 m×3 m(寬×高)。由于設計報告中外層鋼筋位于開挖井壁,保護層厚度為5 cm,且倒掛混凝土難以保證整圈全圓澆筑成型,為增強倒掛混凝土的穩(wěn)定性,在倒掛混凝土中增加了一層鋼筋(主筋選用φ28鋼筋,根數(shù)與設計主筋根數(shù)對應,分布筋為φ25@20 cm)。

        在反井鉆機導孔(φ216)鉆孔施工前,因調(diào)壓井圍巖為強風化Ⅴ類圍巖,且調(diào)壓井開挖直徑較大,圍巖完整性和穩(wěn)定性很差,溜渣導井成井后圍巖自穩(wěn)能力差,易發(fā)生塌井,不能保證調(diào)壓井擴挖正常施工,因此,需對導井和井圈周圍進行62 m深的超前固結(jié)灌漿、井周進行60 m深的錨束施工。

        導井超前固結(jié)灌漿共布設了1個中心孔和7個周邊固結(jié)灌漿孔,孔位距導井邊1.5 m、孔距2.5 m,環(huán)形布置,超前固結(jié)灌漿完成后方可進行導井施工。井圈共設三排半固結(jié)灌漿,共計297個孔,孔深62 m,錨筋束深60 m,孔位平行于軸線方向。

        (2)溜渣導井施工。

        導井口超前固結(jié)灌漿完成后,沿豎井中心線布置LM-200型反井鉆機自上而下形成φ216導孔,導孔完成后,在豎井底部安裝擴孔鉆頭,自下而上擴挖溜渣井,擴孔采用清水冷卻鉆具。考慮到巖層破碎,采取了適當?shù)目刂拼胧Υ髩K體石塊進行控制,溜渣井直徑定為1.4 m。

        (3)井身擴挖施工。

        由于調(diào)壓井圍巖類別為Ⅳ1類、Ⅳ2類和Ⅴ類,開挖過程中易發(fā)生較大范圍的坍塌,擴挖采取分區(qū)開挖、短進尺、大孔距、小排距爆破、倒掛混凝土及時跟井襯砌支護,全圓倒掛形成整圓后再進行下一襯砌段施工的原則進行施工。

        井筒擴挖在平面上分三區(qū)、短臺階進行,臺階高度不超過1.5 m。采用人工YT-28手風鉆造孔、裝2號乳化炸藥、非電管起爆、周邊孔間隔裝藥進行光面爆破。爆渣以導井為通道,人工配合PC225反鏟在井內(nèi)扒渣,導井底部用側(cè)卸式裝載機裝15 t自卸車出渣,從壓力管道上平段、引水隧洞分別經(jīng)6#+1、6#施工支洞運至棄渣場。

        由于有超前固結(jié)灌漿及錨筋束的保護,在豎井擴挖時,單區(qū)每向下擴挖深度達到5~5.5 m,跟進一期全圓分塊倒掛混凝土襯砌4~4.3 m,混凝土襯砌滯后開挖約1~1.5 m,擴挖與倒掛混凝土鋼筋綁扎施工間隙,及時進行φ28,L=9 m系統(tǒng)錨桿施工。

        (4)特殊支護措施。

        ①在豎井擴挖過程中,由于多處圍巖極為破碎,裂隙極為發(fā)育,層間填充物為泥化物,超前固結(jié)灌漿及錨筋束均對其作用甚小,在擴挖過程中也發(fā)生過一定程度的小范圍垮塌。對此,我們先及時素噴5~10 cm厚C25混凝土進行暫時封閉,其后對其周邊較好部位打設φ28,L=3 m的錨桿,結(jié)合系統(tǒng)錨桿緊貼素噴面掛φ12@20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)片,然后再對其噴10 cm厚C25混凝土進行臨時支護,及時進行倒掛混凝土施工對其進行回填支護,確保了垮塌范圍不再擴張,同時也保證了施工人員及設備的安全。

        ②由于前、后漸變段靠近調(diào)壓井井筒側(cè)的斷面均為6.2 m×6.2 m正方形,開挖斷面為12.2×12.2 m正方形,在如此差的地質(zhì)條件情況下是難以保證開挖及開挖后至永久襯砌前這段時間內(nèi)的人員和設備安全。為此,我們分別對前、后漸變段開挖斷面進行了一定調(diào)整:由圓形斷面開始,在保證設計開挖高度的情況下,將平頂擴挖成拱形(在正方形斷面頂部拱高3 m)。

        調(diào)壓井前、后漸變段采取超前錨桿作超前支護。在超前支護的保護下進行分層分部開挖,開挖后及時進行臨時支護。

        ③由于調(diào)壓井前、后漸變段與井筒交匯處為應力集中處,當豎井開挖至高程812 m左右,由于圍巖較差,前期漸變段已支護好的鋼拱架均存在一定程度的變形,若繼續(xù)下挖,漸變段存在失穩(wěn)的可能,無論在進度、安全還是投資方面都將造成不可估量的損失。為此,我們果斷決定:先對調(diào)壓井前、后漸變段進行一期混凝土支護(將設計報告中的3 m厚混凝土襯砌分兩期進行施工),待調(diào)壓井下部混凝土澆筑完成后,再適時進行二期混凝土襯砌支護至設計斷面。

        3 結(jié) 語

        該調(diào)壓井工程于2007年12月開始進行鎖口混凝土施工,逐步或穿插進行超前固結(jié)灌漿及錨筋束施工、導井固結(jié)灌漿及導井施工,于2008年6月正式開始進行豎井擴挖及倒掛混凝土施工,2009年6月完成豎井全部開挖任務, 2009年11月16日順利完成調(diào)壓井二期滑模混凝土澆筑,歷時近兩年時間,共計完成豎井開挖38 000 m3,φ28,L=9 m錨桿1 057根,鋼筋制安2 130 t,C25混凝土襯砌13 000 m3。

        在施工過程中,針對該工程地質(zhì)情況的特殊性,采取了澆筑鎖口混凝土、超前預固結(jié)灌漿及錨筋束固結(jié)周圈、臨時支護及倒掛混凝土及時跟進豎井擴挖、調(diào)整前、后漸變段開挖斷面、將前、后漸變段設計混凝土進行分期襯砌等措施,確保了復雜地質(zhì)條件下的靈關(guān)水電站調(diào)壓井豎井開挖及支護安全、順利完工。實踐證明:在此種復雜地質(zhì)條件、特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)壓井施工中,所采取的這些措施是行之有效和非常必要的,為今后同類條件下調(diào)壓井工程開挖及支護施工積累了一定的經(jīng)驗。

        TV7;TV52

        B

        1001-2184(2017)05-0006-03

        2017-08-20

        陳洪波(1970-),男,四川都江堰人, 工程師,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作;

        成 奇(1974-),男,貴州織金人,工程師,一級建造師,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作;

        張 永(1976-),男,四川廣元人,工程師,一級建造師,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

        (責任編輯李燕輝)

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