張山勇

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概述

調(diào)壓室位于引水隧洞末端，為水室式調(diào)壓室。調(diào)壓室豎井采用圓形斷面，上室無壓斷面采用城門洞形。豎井內(nèi)徑12.00 m，底板高程1104.62 m，頂部平臺高程1225.00 m，堅(jiān)井高120.38 m。上室設(shè)在隧洞上游側(cè)，長200.00 m，城門洞形斷面尺寸在8.00 m×10.00 m～8.00 m×12.00 m(寬×高)，進(jìn)口底板高程1202.00 m，傾向豎井的排水底坡為1%。調(diào)壓室檢修閘門布置在豎井下游側(cè)，平板閘門尺寸為6.20 m×6.20 m。閘門井后的混凝土中設(shè)通氣孔，調(diào)壓室頂部下游側(cè)設(shè)置閘門啟閉檢修平臺。

經(jīng)現(xiàn)場設(shè)計(jì)代表確認(rèn)開挖巖層為Ⅴ類圍巖，施工前已按圖紙中要求對豎井50.00 m范圍內(nèi)圍巖進(jìn)行了深孔預(yù)固結(jié)灌漿。

調(diào)壓井開挖時(shí)，采用反井鉆機(jī)進(jìn)行溜渣井的開挖，開挖直徑為1.40 m，在進(jìn)行調(diào)壓井的擴(kuò)挖出渣時(shí)發(fā)生了溜渣井內(nèi)部坍塌，給調(diào)壓井施工帶來巨大的安全隱患。

2 溜渣井內(nèi)DN1200鋼管安裝方案

2.1 DN1200鋼管參數(shù)及安裝范圍

DN1200(δ10 mm)鋼管每米重量為293.46 kg，單根12 m鋼管總重為：293.46×12=3.522 t，計(jì)劃安裝范圍為：EL1209.82～ EL1101.82，共9根總長度為108.00 m，共9根安裝鋼管總重量為：293.46×108=31.69 t。

2.2 DN1200鋼管現(xiàn)場安裝方案

(1)調(diào)壓井內(nèi)支撐平臺搭設(shè)方案。在鋼管往溜渣洞內(nèi)下放過程中，需對管節(jié)進(jìn)行組焊，需對下放的管節(jié)進(jìn)行臨時(shí)支撐，計(jì)劃采用在調(diào)壓井已開挖工作面上鋪設(shè)型鋼平臺，作為臨時(shí)管節(jié)支撐平臺使用，如圖1所示。

圖1 調(diào)壓井內(nèi)開挖斷面鋼平臺搭設(shè)示意圖

(2)平臺鋪設(shè)說明。平臺鋪設(shè)相關(guān)事項(xiàng)為①平臺主支撐材料選用200H型鋼，型鋼鋪設(shè)時(shí)保證水平度的偏差不大于10 mm。②單根H型鋼長度為12 m，兩兩拼裝組成組合橫梁，增加抗彎折強(qiáng)度，四周使用φ25鋼筋錨固于地層，增加抗滑力[1]。③H型鋼底部采用支撐材料墊實(shí)，增加其抗彎折強(qiáng)度。④H型鋼布置位置按圖2進(jìn)行，與開挖好的溜渣井邊緣預(yù)留300 mm空間，以便DN1200鋼管能夠擔(dān)在H型鋼梁上。⑤周圍布置鋼板作為操作平臺。

調(diào)壓井溜渣孔內(nèi)鋼管安裝示意圖如圖2所示。

圖2 調(diào)壓井溜渣孔內(nèi)鋼管安裝示意圖(單位：m)

2.3 DN1200鋼管安裝方式

計(jì)劃使用汽車吊順著溜渣洞將12 m長鋼管下放，垂直下放至調(diào)壓井支撐平臺時(shí)，利用支撐平臺鎖住鋼管口，再進(jìn)行下根12 m長的鋼管下放作業(yè)，與先前放置在支撐平臺上的鋼管進(jìn)行對接、焊接作業(yè)，將其連接成24 m長鋼管，利用汽車吊吊起鋼管，取掉鎖定梁，繼續(xù)垂直下放，照此循環(huán)施工，直至108 m鋼管安裝完畢。

2.4 DN1200鋼管安裝吊點(diǎn)設(shè)置方式

因外購DN1200鋼管材質(zhì)為Q235，管壁厚度為10 mm，每米重量為293.46 kg，總吊裝重量為293.46×108=31.69 t，若采用焊接吊耳形式，因管節(jié)重量過大必然會導(dǎo)致吊點(diǎn)變形和撕裂，會存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，計(jì)劃采用在鋼管上預(yù)制起吊孔穿鎖定梁的方式進(jìn)行管節(jié)的吊裝。

2.5 DN1200鋼管安裝鋼絲繩選擇

計(jì)劃吊裝方式采用2根單根6 m長的鋼絲繩繞成4根3 m鋼絲繩進(jìn)行吊裝作業(yè)。鋼絲繩直徑選型計(jì)算如下所示。

(1)吊裝總重量：31.69 t。

(2)4根鋼絲繩每根承擔(dān)重量：31.69/4=7.923 t。

(3)采用計(jì)算公式：T=D2×52(T為重量,kg;D為鋼絲繩直徑,mm)。

(4)安全系數(shù)取6倍。

(5)計(jì)算公式：7923×6=D2×52 求得：D=30.24 mm

鋼絲繩第1組6×7類的力學(xué)性能如圖3所示[2]。依據(jù)計(jì)算結(jié)果鋼絲繩選用直徑為32 mm，6×7+1WS,進(jìn)行吊裝。

圖3 鋼絲繩第1組6×7類的力學(xué)性能

2.6 DN1200鋼管整體吊裝安裝汽車吊選擇

溜渣孔內(nèi)鋼管安裝最大參數(shù)為：最大起吊重量：31.69 t；最大起升高度：20.408 m；最大站車幅度：11.063 m；最大伸桿長度：23.221 m,汽車吊占車位置及吊裝半徑如圖4所示。

圖4 DN1200鋼管整體吊裝圖(單位：m)

通過參數(shù)表查找，采用130 t汽車吊配合φ32 mm鋼絲繩進(jìn)行溜渣洞內(nèi)鋼管安裝作業(yè)。

2.7 溜渣孔內(nèi)鋼管安裝施工步驟

(1)130 t吊車站車位置場地整理(長度為15 m，寬度為10 m)。

(2)進(jìn)行12 m第一節(jié)鋼管吊裝至溜渣井內(nèi)，使用吊裝梁鎖定在溜渣井口。

(3)進(jìn)行12 m第二節(jié)鋼管吊裝與第一大節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對焊接。

(4)使用130 t汽車吊進(jìn)行24 m管節(jié)下放至溜渣井口并使用鎖定梁鎖定。

(5)進(jìn)行12 m第三節(jié)鋼管與第二節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對焊接。

(6)使用130 t汽車吊進(jìn)行36 m管節(jié)下放至溜渣井口并使用鎖定梁鎖定。

(7)進(jìn)行12 m第四節(jié)鋼管與第三節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對焊接。

(8)使用130 t汽車吊進(jìn)行48 m管節(jié)下放至溜渣井口并使用鎖定梁鎖定。

(9)進(jìn)行12 m第五節(jié)鋼管與第四節(jié)在溜渣井口進(jìn)行組對焊接。

按照上述鋼管安裝順序依次進(jìn)行，直至共9根所有管節(jié)安裝就位，到第七、八、九節(jié)管節(jié)下放安裝時(shí)，需注意對接焊縫焊接必須牢固可靠，并加拉板進(jìn)行連接，拉板不少于4組，長度不短于600 mm。至此溜渣井內(nèi)鋼管安裝完畢，安裝總長度為108 m。

2.8 溜渣井內(nèi)鋼管底部加固措施

當(dāng)鋼管放置到調(diào)壓井底部與開挖底板面接觸后進(jìn)行渣料回填，渣料回填至距溜渣井底部1.5 m，人工整平頂面，使頂面形成一個(gè)5 m長，7 m寬的作業(yè)平臺。然后掛鋼筋網(wǎng)(φ25,100 mm×100 mm)，鋼筋網(wǎng)通過與錨筋、工字鋼焊接固定，在鋼管四周斜立4塊鋼板，鋼板厚5 mm，并對鋼板進(jìn)行加固處理，該鋼板作為噴射混凝土底部模板，噴射C30混凝土厚度為20 cm。在鋼板與原一次支護(hù)之間選擇適當(dāng)位置向空腔區(qū)預(yù)埋φ120 mm泵送混凝土管兩根，管長3 m。制作完畢，使用混凝土泵澆筑C30混凝土[3]。

以上處理措施完成以后，將鋼筒頂端固定在調(diào)壓井施工平臺鎖定梁，再進(jìn)行底部出渣。采用邊出渣邊支護(hù)的方式。

2.9 溜渣井內(nèi)鋼管與井壁之間縫隙灌漿措施

溜渣井底部澆筑完畢，再進(jìn)行灌漿處理。在調(diào)壓井工作面放置注漿設(shè)備，溜渣井內(nèi)沉入底部一根φ50 mm注漿管，對底部5 m范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖{處理，注漿段以上范圍內(nèi)空隙采用細(xì)渣料回填。

2.10 溜渣井內(nèi)鋼管與調(diào)壓井內(nèi)部塌陷段空腔回填處理措施

根據(jù)前期溜渣洞視頻勘測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在高程約1191.00 m位置處，調(diào)壓井內(nèi)部未開挖基巖面坍塌了約50 m3空腔，為了保障后續(xù)調(diào)壓井開挖安全施工，需對塌陷空腔段進(jìn)行處理，處理措施如下。

(1)從現(xiàn)有高程1225.00 m作業(yè)面處采用鉆機(jī)鉆直徑200 mm孔至內(nèi)部坍塌處。

(2)利用直徑200 mm的導(dǎo)孔進(jìn)行中砂石骨料的填充，直至填滿。

(3)對預(yù)填的虛渣進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

處理過程如圖5所示。

圖5 調(diào)壓井內(nèi)部塌方處處理措施示意圖

2.11 溜渣井內(nèi)鋼管穩(wěn)定性計(jì)算

鋼筒允許豎向承載力公式如式(1)所示。

(1)

式中：μ為鋼筒周長，長度為3.77 m；q為地層允許摩阻力，為200 kPa；l為鋼筒長度，為108 m,鋼筒豎向允許承載力Ra=3.77×200×108=81 432 kN,鋼筒所受重力G=31.69×9.8=310.56 kN,Ra>G,故鋼筒穩(wěn)定性滿足要求。

3 結(jié) 語

此溜渣井塌方處理專項(xiàng)施工方案經(jīng)過專家組論證后得到實(shí)施，解決了圍巖開挖過程中溜渣井堵塞的技術(shù)難題，為類似工程施工問題的解決提供了一種思路。