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        分層開挖在達克曲克水電站壓力管道斜井中的應(yīng)用

        2017-11-01 16:37:16波,應(yīng),
        四川水力發(fā)電 2017年5期
        關(guān)鍵詞:施工

        陳 洪 波, 唐 洪 應(yīng), 王 榮

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

        分層開挖在達克曲克水電站壓力管道斜井中的應(yīng)用

        陳 洪 波, 唐 洪 應(yīng), 王 榮

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

        達克曲克水電站斜井分層開挖施工技術(shù)改變了以往全斷面擴挖方式,上層開挖量少,下層開挖量多,不僅大大縮短了人工扒渣時間,而且在遇到圍巖破碎地段也可以準確、快速地進行錨噴和鋼支撐聯(lián)合支護,如期、安全地完成了斜井開挖任務(wù),為壓力管道安裝創(chuàng)造了有利條件。介紹了具體的施工情況。

        達克曲克水電站;斜井;分層開挖

        1 概 述

        達克曲克水電站位于玉龍喀什河與布亞河匯合口下游29 km的河段上,是和田河水電規(guī)劃中的第四級電站,采用混合式開發(fā)。達克曲克水電站壓力管道為地下埋藏式,由漸變段、上平洞、斜井、下平洞和岔支段組成,斜井段總長88.386 m,其中包括上下彎段各15.693 m,斜井直線段57 m。斜井段設(shè)計開挖直徑6.2 m,鋼管內(nèi)徑4.8 m,混凝土襯砌厚度70 cm,與水平線夾角59°57′。壓力管道斜井剖面見圖1。

        圖1 壓力管道斜井剖面示意圖(單位:cm)

        壓力管道整體位于玉龍喀什河左岸Ⅳ級基座階地后緣山體內(nèi),隧洞埋深較淺(上覆巖體僅為10多m),巖層面與洞軸線呈小角度相交甚至平行,成洞條件不利,同時其節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體裂隙滲水較嚴重,隧洞巖性為斜長二云母石英片巖,夾黑色薄層含炭絹云母千枚巖。巖體整體飽和抗壓強度偏低,彈性及變形模量較低,抗剪強度不高,圍巖整體穩(wěn)定性差,開挖時應(yīng)及時跟進錨噴支護。

        2 施工特點分析

        (1)壓力管道埋深較淺,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育及滲水等因素加大了圍巖地質(zhì)條件變化情況的不確定性,巖層面與洞軸線呈小角度相交甚至平行,開挖過程中易出現(xiàn)垮塌情況。

        (2)壓力管道斜井洞軸線與水平線夾角為59°57′,該角度基本處于反井鉆機鉆孔傾角的臨界值,受重力作用影響,鉆桿孔向不易精確控制。如何保證在小開挖斷面內(nèi)鉆桿與壓力管道下平洞順利貫通是開挖過程中的技術(shù)難點。

        (3)壓力管道斜井半徑僅為3.1 m,開挖斷面較小,不利于機械化作業(yè)施工。

        (4)工程所在的和田地區(qū)為邊疆偏遠地區(qū),國家對大型炸藥庫和大型爆破工程的管理和審批嚴格控制,遇到法定節(jié)假日、民族節(jié)假日或者突發(fā)事件都會禁止進行爆破作業(yè),因此,爆破器材的供應(yīng)與管理也是壓力管道開挖的重點與難點。

        3 施工布置

        3.1 施工供風(fēng)

        3#施工支洞洞口距離斜井工作面近300 m,在3#支洞口布置一臺20 m3電動空壓機和一臺6 m3小型空壓機合并使用,通過直徑100 mm鋼管送風(fēng)至上平洞,與斜井開挖面保持20~30 m距離,然后再通過φ50橡膠軟管供至工作面。

        3.2 施工用供水、電

        供水池布置在3#支洞口上方,容積為20 m3,在水池出口處增設(shè)了一個4.5 kW立式管道泵,通過PEφ63水管供水至工作面。

        在3#支洞口外布置了一臺500 kVA變壓器,通過低壓電纜延伸至工作面。洞內(nèi)風(fēng)、水、電線路統(tǒng)一布置在隧洞一側(cè),電纜線布置在高側(cè),在洞壁上打孔布置插筋,施工風(fēng)、水、電管路按照規(guī)范要求敷設(shè)在插筋上。

        3.3 施工期的通風(fēng)和排水

        下平洞已經(jīng)貫通,距離洞外只有50 m,斜井擴挖采用自然通風(fēng)即可滿足施工要求;下平洞設(shè)計為內(nèi)高外低,施工用廢水通過排水溝自流至洞外。

        4 施工方案

        4.1 開挖程序和方法

        由于該工程斜井設(shè)計斷面較小且斜井洞軸線與水平線夾角為59°57′,反井鉆機孔斜不易控制,必須通過測量儀器精確定位反井鉆機的擺放和鉆孔位置。其施工程序:測量放線(反井鉆機擺放和鉆孔位置與洞軸線在同一平面內(nèi))→鉆機就位→自上而下鉆導(dǎo)井孔(φ216)→自下而上鉆擴溜渣井(φ140)→導(dǎo)井上層開挖→導(dǎo)井下層開挖。壓力管道斜井開挖分區(qū)情況見圖2。

        圖2 斜井開挖分區(qū)示意圖(單位:cm)

        整個斜井導(dǎo)井選用LM200型反井鉆機開挖、斜井擴挖,在平面上以導(dǎo)井為中心劃分上、下兩層分別進行擴挖,首先進行上層開挖,用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔,最后再進行下層開挖,渣體通過溜渣井到下平洞,SL50W-2裝載機裝20 t自卸汽車出渣,由下平洞運往渣場。

        4.2 導(dǎo)井施工

        4.2.1 施工準備

        壓力管道上平洞設(shè)計開挖半徑為3 m,因施工場地狹窄,為節(jié)約空間,選擇在反井鉆機底部開挖一個(長度)3 m×(寬度)1.5 m×(深度)1 m的循環(huán)水池,水池頂部高程低于反井鉆機軌道高程,再用M10水泥砂漿抹面,泥漿泵放入循環(huán)水池為導(dǎo)井鉆孔和擴孔供水。施工前,先用C20混凝土澆筑反井鉆機基礎(chǔ)并預(yù)留鉆機地腳螺栓坑,待機體就位后進行初校,以反井鉆機四個角點為測量控制點,以確保鉆機軸線與洞軸線重合,待機身和軌道穩(wěn)定后,安裝底板螺栓并澆筑二期混凝土。

        4.2.2 φ216導(dǎo)孔施工

        導(dǎo)井在鉆孔時受到鉆桿自身重力、圍巖類別、滲水等因素影響,鉆桿極易發(fā)生方向偏轉(zhuǎn),若角度太大,則無法找到鉆桿而導(dǎo)致鉆孔失敗,需要重新鉆孔;若角度太小,導(dǎo)孔從下平洞鉆出,將會出現(xiàn)超挖嚴重和后期回填混凝土方量大。因此,對鉆孔質(zhì)量必須嚴格控制。

        (1)鉆桿的選擇:反井鉆機的鉆桿分兩種:一種是普通鉆桿,另一種是蝴蝶鉆桿(穩(wěn)定鉆桿)。蝴蝶鉆桿可以防止鉆桿彎曲,起穩(wěn)定和導(dǎo)向作用,同時可以保護普通鉆桿,防止普通鉆桿與孔壁產(chǎn)生磨損。本工程加設(shè)蝴蝶桿的方法為:鉆桿鉆進2 m時加設(shè)一根,鉆進5 m與10 m時各加設(shè)一根,以后每隔8~10 m增加一根。

        (2)勤檢測:由于鉆桿在鉆進過程中產(chǎn)生振動,致使鉆機軸線發(fā)生偏移,鉆進過程中必須每天檢查機身四個控制點的位置,及時調(diào)整。

        (3)鉆進速度控制:導(dǎo)孔鉆進轉(zhuǎn)速高于開孔鉆進速度。對于松軟、破碎層采用低壓鉆;對于硬巖宜采用高壓鉆。操作手應(yīng)根據(jù)不同的圍巖調(diào)節(jié)鉆壓和鉆速,同時注意返渣情況,采取不同措施。本段斜井在鉆進25~30 m時,返出的渣料含黑色薄層夾泥質(zhì)巖,返料越來越少,出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象,隨即減緩鉆速,慢慢上提鉆桿,加大排量洗井,上提4根普通桿,往返鉆進,但其間不停水,發(fā)現(xiàn)無渣料返回時恢復(fù)正常鉆進。鉆孔鉆進壓力情況見表1。

        4.2.3 φ1 400擴孔施工

        導(dǎo)井完成后進行反擴鉆頭安裝,擴孔設(shè)備的動力系統(tǒng)和鉆頭安裝由人工配合裝載機SL50W-2在下平洞對接完成,在開始反擴時提升速度要慢,待反擴鉆頭穩(wěn)定后再恢復(fù)正常的提升速度。擴孔鉆進提升力見表2。

        表1 鉆孔鉆進壓力統(tǒng)計表

        表2 擴孔鉆進提升力統(tǒng)計表

        4.3 斜井擴挖

        4.3.1 上層擴挖

        斜井在平面上分上、下兩層進行擴挖,以導(dǎo)井中心為分界點。采用3臺YT-28手風(fēng)鉆鉆孔,周邊光面爆破,孔深1.5~2 m,周邊孔間距為45~50 cm,主爆孔間距為65~75 cm,孔排距為65~70 cm。由于壓力管道的安裝空間只有50 cm,故應(yīng)杜絕欠挖,盡量避免超挖,同時還需防止爆破后產(chǎn)生的大塊體渣料堵塞導(dǎo)井,因此,施工中必須嚴格控制炮孔布置。

        由于設(shè)計斷面太小,無法利用扒渣機作業(yè),爆破后的渣料全部采用人工扒渣。由于扒渣時間占據(jù)了整個循環(huán)一半以上的時間,因此,為了加快扒渣速度,在擴挖時將掌子面擴挖成“半漏斗”形狀,幾乎有一半的渣料從導(dǎo)井自動溜走,極大地縮短了循環(huán)時間。

        4.3.2 下層擴挖

        下層擴挖時,斜井所剩操作空間較小,施工人員必須佩戴好安全防護用品。必要時,在開挖掌子面搭設(shè)施工操作平臺。在距離掌子面10 m范圍內(nèi)采用活動爬梯,可以隨時拆除和安裝。由于上半層已開挖完成,溜渣孔斷面加大,故手風(fēng)鉆鉆孔深度可達2.5~3 m,爆破孔間距可以適當增加,爆破后掌子面上幾乎無渣料產(chǎn)生,渣料主要依靠爆破拋擲至溜渣孔并溜至下平洞,每次人工扒渣時間均不大于1 h,極大地加快了施工進度。

        4.4 支護施工

        系統(tǒng)支護:壓力管道的支護系統(tǒng)采用頂拱270°范圍內(nèi)錨桿+掛網(wǎng)+噴混凝土聯(lián)合支護形式,錨桿采用φ22,L=3 m,間排距2 m,梅花形布置,掛網(wǎng)φ8@20 cm×20 cm,施工采用現(xiàn)場制作安裝,噴C25混凝土,厚度為20 cm 。

        鋼支撐支護:對于斜井段內(nèi)圍巖破碎嚴重的部位采用全斷面I16鋼支撐支護,間距60~80 cm,每榀工字鋼設(shè)置φ22,L=3 m,共14根錨桿,沿工字鋼對稱布置,連接筋φ22,環(huán)向間距為80 cm。

        施工材料運輸:施工中,為保證鉆孔設(shè)備及支護材料運輸,根據(jù)施工現(xiàn)場情況,自制了一臺簡易小車,2 t卷揚機作為小車動力源,卷揚機布置在上彎段與上平洞交接處。

        5 結(jié) 語

        (1)從達克曲克水電站斜井反井鉆機施工情況看,φ216導(dǎo)孔是施工的關(guān)鍵,鉆孔過程中易發(fā)生偏斜,因此,在遇到類似較長的斜井施工時,必須控制好鉆孔方向;同時,導(dǎo)孔軸線較斜井軸線上移50 cm,上層開挖量少,可以減少人工扒渣的工程量,下層開挖量較大,而大量渣料又可以利用爆破作用力溜至下平洞,進而提高施工效率。

        (2)斜井擴挖分上、下兩層先后進行開挖,改變了以往的全斷面開挖方法。分上、下兩層開挖后,導(dǎo)井并未出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象,下層開挖時渣料幾乎全部自動流入下平洞;缺點是運用該方法施工時需要二次鋪設(shè)爬梯及風(fēng)、水管路,但總體較全斷面開挖進度明顯加快。

        從2014年5月5日導(dǎo)井開挖完成到7月13日完成斜井開挖,由于爆破期間受和田突發(fā)事件影響,5月20日~6月18日炸藥停止供應(yīng),無法正常施工, 因此,斜井開挖日平均有效進尺為1.8~2 m。斜井開挖采用上述施工方案,如期完成了施工進度目標,開挖過程中未發(fā)生安全事故,圍巖穩(wěn)定。

        TV7;TV52

        B

        1001-2184(2017)05-0021-03

        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;

        唐洪應(yīng)(1982-),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;

        王 榮(1985-),男,陜西安康人,助理工程師,從事水利水電工程測量及管理工作.

        (責(zé)任編輯李燕輝)

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