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        壓力管道斜井開(kāi)挖施工技術(shù)在木坡水電站中的應(yīng)用

        2018-02-01 06:35:34黨現(xiàn)宏
        水利建設(shè)與管理 2018年1期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)井爬梯出渣

        黨現(xiàn)宏

        (黃河上中游管理局西安黃河工程監(jiān)理有限公司,陜西 西安 710021)

        1 工程概述

        木坡水電站位于四川省阿壩州小金縣境內(nèi)的撫邊河干流上,為撫邊河干流自下而上規(guī)劃的第3級(jí)電站。電站樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐等組成。電站正常蓄水位2709.00m,死水位2705.00m,引水隧洞長(zhǎng)10074.07m,設(shè)計(jì)引水流量43.32m3/s,裝機(jī)容量3×15MW。

        引水系統(tǒng)壓力管道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為421.625m,其中K0+029.227~K0+157.462段(長(zhǎng)136.93m)為傾角50°的斜管段,設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面為直徑4.9m的圓洞,鋼管內(nèi)徑3.7m,混凝土襯砌厚度為60cm。

        斜管段圍巖以T3Zh薄層、中厚層板巖為主,偶夾強(qiáng)風(fēng)化極薄層炭質(zhì)板巖,主要發(fā)育有N13°E/SE∠41°、N33°E/NW∠76°等多組構(gòu)造裂隙,巖體較破碎,裂隙發(fā)育,炭質(zhì)板巖中裂隙雜亂無(wú)序,為碎裂結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu),地下水活動(dòng)顯著,致使圍巖穩(wěn)定性較差,以Ⅳ類(lèi)圍巖為主。

        2 施工工法

        壓力管道斜管段原施工方案:采用吊籃法施工,“先導(dǎo)孔、后從下至上開(kāi)挖導(dǎo)井、最后從上向下擴(kuò)挖”。上彎段采用地質(zhì)鉆機(jī)在斜管段溜渣井的下邊緣鉆孔2個(gè),間距0.5m,鉆孔直徑為φ80mm,一個(gè)孔作為穿牽引繩用,另一個(gè)孔作為作業(yè)人員與卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員通信線(xiàn)路用,作業(yè)人員和卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員采用有線(xiàn)內(nèi)部電話(huà)進(jìn)行溝通。在上彎段安裝6t卷?yè)P(yáng)機(jī),用φ15.2鋼絞線(xiàn)作牽引繩,鋼絞線(xiàn)穿過(guò)斜管鉆孔,上部連接卷?yè)P(yáng)機(jī),下部連接施工吊籃,作業(yè)人員在施工吊籃內(nèi)進(jìn)行操作,施工吊籃在卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引下不斷提升,從斜管段底部向上采用人工開(kāi)挖,開(kāi)挖直徑為φ2.0m的導(dǎo)井,上導(dǎo)井開(kāi)挖完成后,從斜管段自上而下采用手風(fēng)鉆造孔進(jìn)行擴(kuò)挖,人工翻渣通過(guò)導(dǎo)井倒運(yùn)至下平洞,裝載機(jī)裝至5t自卸汽車(chē),經(jīng)下平洞、壓力管道施工支洞運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

        在實(shí)際施工過(guò)程中,遇到局部圍巖穩(wěn)定性較差,隨時(shí)可能造成坍塌以及單向作業(yè)面開(kāi)挖工作效率低等因素影響,導(dǎo)致施工工期大幅滯后。為解決問(wèn)題,經(jīng)專(zhuān)家、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等人員的多次技術(shù)分析、討論評(píng)估,制定導(dǎo)井開(kāi)挖采用“正導(dǎo)和反導(dǎo)開(kāi)挖”相結(jié)合的施工方法。具體優(yōu)化調(diào)整方案如下:擴(kuò)挖采用自上而下的施工方法,上導(dǎo)井采用人工開(kāi)挖,尺寸2.0m×2.0m,沿頂拱布置。采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升小車(chē)軌道運(yùn)輸出渣至上平段,裝載機(jī)裝渣、5t自卸汽車(chē)經(jīng)交通洞運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。下導(dǎo)井開(kāi)挖采用移動(dòng)式操作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè),開(kāi)挖后的石渣通過(guò)導(dǎo)洞溜至壓力管道下平段,采用裝載機(jī)裝渣、5t自卸汽車(chē)經(jīng)下平洞運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。導(dǎo)井?dāng)U挖采用上而下的施工方法。

        2.1 導(dǎo)井開(kāi)挖施工

        2.1.1 上導(dǎo)井正挖

        a. 開(kāi)挖順序。斜管段導(dǎo)井口開(kāi)挖支護(hù)→斜管段導(dǎo)井開(kāi)挖支護(hù)。

        b. 開(kāi)挖施工方法。

        壓力管道斜管段導(dǎo)井口開(kāi)挖采用手風(fēng)鉆一次開(kāi)挖成型,采用光面爆破工藝,出渣方式采用挖掘機(jī)配5t自卸汽車(chē)運(yùn)至指定堆料場(chǎng),井口澆筑一層50cm厚的C20混凝土,以保證導(dǎo)井施工安全。

        壓力管道斜管段導(dǎo)井口開(kāi)挖澆筑完畢后,即可從上而下進(jìn)行上導(dǎo)井井身開(kāi)挖支護(hù)施工。開(kāi)挖采用YT-28手風(fēng)鉆造孔,電雷管起爆,周邊光面爆破,每輪進(jìn)尺控制在1.0m左右,頂拱一次開(kāi)挖成型。開(kāi)挖后的石渣由人工裝渣至出渣小車(chē),采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升至上彎段,再用出渣汽車(chē)運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。起吊鋼架采用I16工字鋼制作而成,長(zhǎng)4.8m,寬2.0m,高3.8m,在起吊鋼架上設(shè)置定滑輪和鋼軌,用于提升出渣小車(chē)。出渣小車(chē)為KFU0.75-6U型翻斗式礦車(chē),裝渣容量0.48m3。經(jīng)過(guò)計(jì)算, 6t卷?yè)P(yáng)機(jī)提升出渣小車(chē)滿(mǎn)足施工需求。

        導(dǎo)井施工的人工通道采用鋼筋爬梯,行走時(shí)必須系好安全繩。爬梯采用φ22螺紋鋼筋加工制作,寬0.3m,梯步高0.2m, 梯面距地5cm,單節(jié)長(zhǎng)2.0m,掛在底板的插筋上(每2m設(shè)置兩根φ22螺紋鋼筋,L=1.0m,與水平面夾角為80°,錨桿可兼作此插筋),爆破前取下掌子面附近爬梯掛在側(cè)墻扶手插筋上,防止損壞。爬梯扶手采用φ22螺紋鋼加工制作而成,沿導(dǎo)洞側(cè)墻布置,固定在插筋上(φ22螺紋鋼筋,L=1.0m,間距1.0m,錨桿可兼作此插筋),外露0.2m,插筋端頭水平偏上。

        為了保證出渣時(shí)人員設(shè)備的安全,每10m在導(dǎo)洞左右兩側(cè)交替設(shè)置避險(xiǎn)洞,放置風(fēng)鉆等設(shè)備。避險(xiǎn)洞尺寸高×寬:2.0m×1.0m,洞深1.2m,噴素混凝土支護(hù)即可。

        開(kāi)挖后支護(hù)及時(shí)跟進(jìn),Ⅳ類(lèi)圍巖臨時(shí)支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土10cm進(jìn)行支護(hù),以防止石塊坍塌掉落砸傷作業(yè)人員;其中在導(dǎo)井弧形段頂部,系統(tǒng)錨桿采用φ22mm、L=2.0m的M20普通砂漿錨桿,間距1.0m、排距1.5m交錯(cuò)布置,掛φ8mm@20cm×20cm的鋼筋網(wǎng);對(duì)于其他三面井壁,系統(tǒng)錨桿采用φ22、L=1.0m的M20普通砂漿錨桿,間距1.0m、排距1.5m交錯(cuò)布置,不采用掛網(wǎng)鋼筋。

        對(duì)于局部圍巖較差的部位,采用向下打超前錨桿進(jìn)行預(yù)支護(hù)。超前錨桿采用φ22mm、L=3.0m的普通砂漿錨桿,必要時(shí)可采用φ25、L=3.0m的自進(jìn)式注漿錨桿,間距30cm,沿導(dǎo)井開(kāi)挖邊線(xiàn)布置,外插角10°~15°。

        2.1.2 下導(dǎo)井反挖

        a. 開(kāi)挖順序。斜管段導(dǎo)井口開(kāi)挖支護(hù)→斜管段導(dǎo)井開(kāi)挖支護(hù)。

        b. 開(kāi)挖施工方法。

        壓力管道斜管段導(dǎo)井口開(kāi)挖支護(hù)完畢后,即可從下而上進(jìn)行導(dǎo)井開(kāi)挖支護(hù)施工。采用移動(dòng)式操作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè),操作平臺(tái)按導(dǎo)井尺寸采用φ22螺紋鋼筋為骨架加工制作,上鋪竹條板,8號(hào)鐵絲加固。操作平臺(tái)固定在洞壁的錨桿上,根據(jù)施工需要隨機(jī)移動(dòng)。開(kāi)挖采用YT-28手風(fēng)鉆造孔,電雷管起爆,周邊光面爆破,每輪進(jìn)尺控制在1.5m左右,頂拱一次開(kāi)挖成型。開(kāi)挖后的石渣通過(guò)導(dǎo)井溜至壓力管道下平段,然后采用裝載機(jī)配合5t自卸汽車(chē)裝渣經(jīng)下平洞運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。

        開(kāi)挖后支護(hù)及時(shí)跟進(jìn),由于受?chē)姖{機(jī)作業(yè)限制,從壓力管道下平段向上開(kāi)挖30m范圍內(nèi)支護(hù)參數(shù)同上導(dǎo)井正挖,30m范圍以外支護(hù)方式及參數(shù)與上述Ⅳ類(lèi)圍巖相同。

        導(dǎo)洞施工的人工通道采用鋼筋爬梯,鋼筋爬梯同上導(dǎo)井正挖。避險(xiǎn)洞設(shè)置同上導(dǎo)井正挖。

        2.1.3 小結(jié)

        上導(dǎo)井正反開(kāi)挖相距10m時(shí),反向開(kāi)挖停止,采用正向開(kāi)挖單面作業(yè),直至貫通。

        2.2 擴(kuò)挖施工

        自上而下開(kāi)挖方式:造孔、爆破、出渣裝運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)同下導(dǎo)井工序相同。

        斜管段施工的人工通道采用鋼筋爬梯,鋼筋爬梯同上導(dǎo)井正挖。

        斜管段擴(kuò)挖后,支護(hù)跟進(jìn),Ⅳ類(lèi)圍巖洞段臨時(shí)支護(hù)采用初噴射混凝土(5cm)+系統(tǒng)錨桿(φ22mm錨桿,間距1.0m,排距1.5m,L=2m,梅花形布置)+掛鋼網(wǎng)片(采用φ8鋼筋,間排距20cm×20cm)+再?lài)娚銫20混凝土(厚5cm)。擴(kuò)挖后針對(duì)前期導(dǎo)井開(kāi)挖部位支護(hù)不足的,按以上支護(hù)參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

        比Ⅳ類(lèi)圍巖更差洞段,增加工字鋼支護(hù),I14工字鋼拱架,中心間距1.0m,縱向采用φ22鋼筋連接,間距1.0m,拱架鎖腳固定錨桿沿拱架環(huán)向交錯(cuò)布置,間距1.5m,系統(tǒng)錨桿可兼作拱架鎖腳固定錨桿。針對(duì)不良地質(zhì)段洞挖采用超前錨桿支護(hù)。超前支護(hù)采用Ф25(L=3.0m)錨桿,間距20~30cm,上半拱120°范圍布置,外露長(zhǎng)度不大于20cm,仰角、外插角8°~12°,循環(huán)間距1.5m(搭接長(zhǎng)度不小于1.0m)。

        壓力管道斜管段導(dǎo)井開(kāi)挖示意圖如圖1所示。壓力管道斜管段導(dǎo)井支護(hù)圖如圖2所示。

        3 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)控制

        根據(jù)壓力管道斜管段主要施工方法和工程特點(diǎn),施工中控制的重點(diǎn)、難點(diǎn)主要有:

        a. 施工用電安全控制。施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電設(shè)備和線(xiàn)路的安裝、巡檢、維修或拆除,必須由專(zhuān)業(yè)電工完成,并實(shí)施監(jiān)護(hù);井下施工必須配置充足的照明設(shè)施,照明燈具的金屬外殼必須保護(hù)接零,單相回路的照明開(kāi)關(guān)箱內(nèi)必須裝設(shè)漏電保護(hù)器。

        b. 起吊出渣施工安全控制。高空作業(yè)必須規(guī)范佩戴安全帽、安全帶等安全用品,所有材料、設(shè)備必須固定可靠,防止墜落,嚴(yán)禁拋投工具、材料等;卷?yè)P(yáng)機(jī)作業(yè)前必須對(duì)鋼絲繩、離合器、制動(dòng)器、保險(xiǎn)輪、體動(dòng)滑輪等進(jìn)行檢查,檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)、井架、吊盤(pán)有無(wú)異常,機(jī)身、井架是否牢固可靠,傳動(dòng)部位防護(hù)是否齊全有效,各部連接緊固件是否完好可靠;卷?yè)P(yáng)機(jī)工作期間,操作人員必須嚴(yán)格按照指揮人員信號(hào)進(jìn)行操作,信號(hào)不明或可能引起事故時(shí)必須暫停操作,待弄清情況后方可繼續(xù)作業(yè);每天對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩、天輪、地滑輪、機(jī)架、出渣小車(chē)、軌道進(jìn)行安全檢查,對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)每周加一次油。

        c. 施工材料設(shè)備運(yùn)輸控制。材料機(jī)設(shè)備運(yùn)輸時(shí),

        圖1 壓力管道斜管段導(dǎo)井開(kāi)挖示意圖(單位:cm)

        圖2 壓力管道斜管段導(dǎo)井支護(hù)(單位:cm)

        現(xiàn)場(chǎng)要有專(zhuān)人指揮、監(jiān)督,做到指揮統(tǒng)一,人員要做到忙而不亂,保證人員和設(shè)備的安全;運(yùn)輸時(shí)必須將材料、設(shè)備捆綁牢固,符合要求,嚴(yán)格執(zhí)行不超寬、不超高、不超量的“三不超”規(guī)定。

        d. 開(kāi)挖支護(hù)施工安全和質(zhì)量控制。開(kāi)挖過(guò)程中采用“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量”的方式。?爆破控制:嚴(yán)格控制爆破質(zhì)量和裝藥量,避免爆破導(dǎo)致井壁巖體松動(dòng),每次爆破結(jié)束,通風(fēng)散煙后,必須對(duì)井壁進(jìn)行安全檢查,人工排險(xiǎn)后方可進(jìn)行后續(xù)施工作業(yè)。?支護(hù)控制:支護(hù)施工時(shí),應(yīng)根據(jù)圍巖情況適當(dāng)調(diào)整錨桿孔向,使錨桿與圍巖走向垂直。如遇圍巖地質(zhì)條件太差,在開(kāi)挖前采用超前錨桿進(jìn)行預(yù)支護(hù),開(kāi)挖后采用鋼拱架支護(hù),確保施工安全。噴射混凝土厚度必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,在每次爆破作業(yè)后,都要對(duì)已經(jīng)錨噴支護(hù)的部位進(jìn)行安全檢查,對(duì)于出現(xiàn)裂縫、變形的部位,必須立即對(duì)其進(jìn)行加固處理,待加固處理安全后,方可施工。?超欠挖控制:根據(jù)擴(kuò)挖尺寸輪廓線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量放樣,做到一炮一放樣,同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員進(jìn)行書(shū)面交底;現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員根據(jù)測(cè)量放樣及掌子面巖石類(lèi)別進(jìn)行孔位布置,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員再對(duì)班組進(jìn)行交底。鉆孔孔底充填20cm深柔性材料以保護(hù)開(kāi)挖爆破面,孔底軟弱墊層(保護(hù)層)部位局部欠挖采用風(fēng)鎬修整至設(shè)計(jì)邊線(xiàn)。?洞軸線(xiàn)測(cè)量控制:由于壓力管道擴(kuò)挖支護(hù)施工難度大,洞軸線(xiàn)控制尤為重要,除正常進(jìn)行的每循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)測(cè)量控制,平時(shí)加密斷面檢查、復(fù)測(cè)頻率。斷面測(cè)量滯后開(kāi)挖面5~10m,按5m間距進(jìn)行,每10m(或5天)進(jìn)行一次洞軸線(xiàn)的全面檢查、復(fù)測(cè)。

        e. 施工通風(fēng)散煙。井下開(kāi)挖支護(hù)作業(yè)時(shí),必須始終保持工作面通風(fēng),保證空氣流通。導(dǎo)井開(kāi)挖利用前期蝶閥室交通洞和壓力管道下平洞開(kāi)挖施工時(shí)已經(jīng)形成的供風(fēng)系統(tǒng)(1臺(tái)22kW的軸流風(fēng)機(jī)供風(fēng)),采用φ300mm的風(fēng)帶接入,在靠近斜管段處連接φ150mm的風(fēng)管將風(fēng)壓入掌子面,確保施工過(guò)程中通風(fēng)需求。斜管段導(dǎo)井開(kāi)挖完成后,擴(kuò)挖施工通風(fēng)采用自然通風(fēng)。

        4 進(jìn)度對(duì)比

        根據(jù)原方案計(jì)算,斜管段導(dǎo)井開(kāi)挖按1.0m/d進(jìn)行,擴(kuò)挖按1.0m/d進(jìn)行,各需138天,共計(jì)276天。方案調(diào)整后,斜管段導(dǎo)井開(kāi)挖平均進(jìn)尺達(dá)1.8m/d,僅用76天完成開(kāi)挖任務(wù),比原計(jì)劃提前61天,斜管段擴(kuò)挖施工進(jìn)度平均進(jìn)尺達(dá)1.3m/d,僅用105天完成,比原計(jì)劃提前33天。

        通過(guò)科學(xué)合理地調(diào)整方案,壓力管道斜井開(kāi)挖超前完成計(jì)劃任務(wù)目標(biāo),為后續(xù)壓力管道安裝爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        木坡水電站壓力管道斜井開(kāi)挖支護(hù)施工經(jīng)驗(yàn)表明:應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)因地制宜,注重施工過(guò)程,不斷科學(xué)創(chuàng)新地調(diào)整施工工法,改進(jìn)工藝,合理優(yōu)化施工參數(shù),優(yōu)選施工機(jī)具,這對(duì)指導(dǎo)施工并提高工作效率具有十分重要的意義。該工程導(dǎo)井開(kāi)挖采用“正導(dǎo)和反導(dǎo)開(kāi)挖”相結(jié)合的施工方法,不但確保了人身安全和工程質(zhì)量,同時(shí)也節(jié)省了工程成本、提高了工作效率,為類(lèi)似工程施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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