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        博瓦水電站引水隧洞三岔口開挖與支護(hù)技術(shù)淺析

        2019-11-22 08:48:54翟好科
        陜西水利 2019年10期
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖施工

        翟好科

        (中國水利水電第十一工程局有限公司,河南 鄭州 450001)

        0 引言

        水電站引水隧洞工程主體施工過程中,支洞與主洞交叉口段為關(guān)鍵施工區(qū)域,該段圍巖應(yīng)力分布復(fù)雜,空間跨度大、作業(yè)難度大,施工安全尤為重要[1]。本文以博瓦水電站引水隧洞工程3#支洞為例,論述了隧洞三岔口綜合加強(qiáng)支護(hù)的開挖方法。

        1 工程簡介

        博瓦水電站位于四川省涼山州木里縣,2015年7月19日開工建設(shè),預(yù)計(jì)總工期44個(gè)月,受隧洞圍巖地址條件較差,以及地處偏遠(yuǎn)高海拔山區(qū)交通不暢影響,工期拖延2020年底。電站是水洛河干流河段“一庫十一級”水電開發(fā)方案中的第八級水電站,分別與上游新藏水電站和下游寧朗水電站相銜接。

        電站采用引水式發(fā)電,裝機(jī)容量168 MW。電站左岸引水隧洞全長14.188 km;閘廠址相距約16.2 km。工程主要任務(wù)為發(fā)電,兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水要求,投產(chǎn)后,每年可向四川電網(wǎng)提供6.933/7.341億kW·h(單獨(dú)/聯(lián)合)的電量。

        2 博瓦水電站引水隧洞三岔口規(guī)劃

        博瓦水電站C2標(biāo)段引水隧洞起點(diǎn)樁號為隧1+640,終點(diǎn)樁號為隧5+585,長3945 m。3#支洞長度635 m,支洞交主洞樁號K0+635,上坡洞坡度+0.8%,交叉點(diǎn)主洞樁號隧4+648.908,主洞開挖斷面10.02×9.28 m,主洞、支洞交叉口段平面圖見圖1。支、主洞交叉口為隧洞關(guān)鍵區(qū)域,開挖跨度大、應(yīng)力分布復(fù)雜、作業(yè)難度大,為了保證洞身安全穩(wěn)定,隧洞三岔口采取了非常規(guī)立體支護(hù)開挖技術(shù)。

        根據(jù)進(jìn)度,3#支洞剩余40 m,考慮3#洞掌子面圍巖情況,存在節(jié)理面發(fā)育、巖石破碎、夾雜粉質(zhì)巖層,難以自穩(wěn)等特點(diǎn),屬V類偏差圍巖。為減小斜交進(jìn)洞山體產(chǎn)生的不均衡應(yīng)力,因此,從支洞與主洞相交的右邊墻后退10 m,正交進(jìn)洞。

        圖1 主洞、支洞交叉口段平面圖

        3 方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

        3.1 三岔口實(shí)施流程

        支洞影響段開挖支護(hù)→支洞爬坡異形段施工→主洞左邊墻重疊段上層開挖、臨時(shí)支護(hù)→主洞支洞重疊段上層開挖支護(hù)→主洞上、下游上層開挖支護(hù)→各洞段下層開挖支護(hù)→主洞鉆爆臺(tái)車組裝→引水隧洞上、下游開挖支護(hù)施工。

        3.2 三岔口支洞段施工

        該洞段位于三岔口附近,上下游掌子面爆破頻繁擾動(dòng)該段圍巖,另三岔口段是山體圍巖應(yīng)力最為集中處,易出現(xiàn)應(yīng)力釋放、坍塌等事故,引水隧洞施工的唯一通道,在交叉口段采用弱爆破,超前支護(hù)和強(qiáng)支護(hù)的施工原則。

        根據(jù)洞室振動(dòng)影響和安全距離,3#支洞三岔口段分為:三岔口影響段10 m、三岔口爬坡異形段5 m、支洞主洞重疊段10.02 m。主洞、支洞交叉口段開挖見圖2。

        圖2 主洞、支洞交叉口段開挖示意圖

        3.2.1 三岔口影響段施工

        根據(jù)3#支洞圍巖現(xiàn)狀,巖石破碎、節(jié)理面發(fā)育,并伴有薄厚不均的軟弱夾層,需提前做好進(jìn)入三岔口段加強(qiáng)支護(hù)的準(zhǔn)備,具體措施如下:

        (1)開挖。三岔口影響段,分段弱爆破,每循環(huán)2.0 m內(nèi)。

        (2)錨噴。在原設(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)支護(hù),參數(shù):每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿7個(gè)部位10根,鎖腳錨桿長4.5 m,Φ25螺紋鋼筋,原設(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)錨桿長4.5 m,錨桿直徑Φ25螺紋鋼筋,間排距1.5 m,梅花形布置,錨桿頭外露20 cm;利用鉆爆臺(tái)車YT-28手風(fēng)鉆鉆D50 mm孔,注漿采用GS30EB錨桿注漿機(jī),所有錨桿均為砂漿錨桿,漿液采用水灰比0.4:1的濃漿,人工持注漿管從孔底慢慢拔出,保證漿液充滿孔內(nèi),然后人工將錨桿體打插入孔內(nèi),施工工藝不再詳述。掛網(wǎng)網(wǎng)格15 cm×15 cm,采用Φ8 mm盤圓鋼筋調(diào)直后人工掛網(wǎng),網(wǎng)片與系統(tǒng)錨桿頭綁扎固定,局部采用膨脹鉤加固;C20噴砼厚度20 cm,采用潮噴法。位置:左邊墻中部1根、右邊墻中部1根、左側(cè)起拱線以下30 cm設(shè)1根、右側(cè)起拱線以下30 cm設(shè)1根、左側(cè)起拱線以上30 cm設(shè)2根、右側(cè)起拱線以上30 cm設(shè)2根、拱中2根。

        (3)拱架及超前。采用18#工字鋼鋼拱架,間距60 cm;頂拱Φ48超前注漿導(dǎo)管,環(huán)距30 cm,軸向排距2.0 m。

        (4)所有支護(hù)工序緊跟掌子面。

        3.2.2 爬坡異形段施工

        三岔口10 m影響段開挖支護(hù)后,開始向主洞右邊墻方向向上18°角爬坡開挖,保證支洞頂拱平順連接主洞拱頂,底板暫預(yù)留,與主洞底板落底時(shí)一并開挖。

        (1)開挖。異形段,分段弱爆破,每循環(huán)1.5 m內(nèi)。

        (2)錨噴。在原設(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),參數(shù):根據(jù)支洞爬升坡度的高度,與主洞相交于主洞右邊墻位置,落底后支洞最高斷面高7.6 m,邊墻需要增加鎖腳錨桿加強(qiáng)支護(hù),每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿7組14根,鎖腳錨桿長4.5 m,錨桿直徑Φ25螺紋鋼筋,YT-28手風(fēng)鉆鉆D50 mm孔,注漿采用GS30EB錨桿注漿機(jī),所有錨桿均為砂漿錨桿,漿液采用水灰比0.4∶1的濃漿,人工持注漿管從孔底慢慢拔出,保證漿液充滿孔內(nèi),然后人工將錨桿體打插入孔內(nèi),施工工藝在此不再詳述。位置:左邊墻均布2組各2根、右邊墻均布2組各2根、起拱線以下30 cm各2根、起拱線以上30 cm各2根、拱中2根。原設(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)錨桿長3.0 m,錨桿直徑Φ25螺紋鋼筋,間排距1.0 m,梅花形布置,錨桿頭外露20 cm;掛網(wǎng)網(wǎng)格15 cm×15 cm,采用Φ6.5盤圓鋼筋調(diào)直后人工掛網(wǎng),網(wǎng)片與系統(tǒng)錨桿頭綁扎固定,局部采用膨脹鉤加固;C20噴砼厚度20 cm,采用潮噴法。爬坡異型段相交位置支護(hù)見圖3。

        圖3 爬坡異型段相交位置支護(hù)示意圖

        (3)拱架及超前。從主洞右邊墻到爬坡開始樁號,為異形洞段,主洞鋼拱架右側(cè)支腿,落底在支洞拱架拱部位置,受力較為集中,該洞段鋼拱架采用18#工字鋼雙拱疊加,內(nèi)拱與設(shè)計(jì)拱架線一致,外拱向外擴(kuò),間距75 cm,爬坡鋼拱架每榀尺寸各不相同,落底后接長拱腿至地面,并完成落底后未支護(hù)段的錨噴支護(hù)工作;在爬坡開始樁號頂拱布設(shè)一排Φ48超前注漿導(dǎo)管,環(huán)距30 cm。

        (4)所有支護(hù)工序緊跟掌子面。

        3.2.3 主洞和支洞交叉重疊段施工

        施工支洞變形爬坡段完成后,K0+629.673~K0+634.683~主洞左邊墻段10.02 m長,進(jìn)入主洞和支洞交叉重疊段施工。從主洞右邊墻繼續(xù)爬坡開挖,直至到達(dá)主洞拱頂,然后水平向主洞左邊墻繼續(xù)開挖,到達(dá)主洞左邊墻后停止該階段開挖。主洞與支洞重疊段開挖支護(hù)見圖4。

        圖4 主洞與支洞重疊段開挖支護(hù)圖

        (1)開挖。支洞和主洞重疊段,分段弱爆破。從主洞右邊墻至主洞軸線,每循環(huán)1.5 m內(nèi);從主洞軸線至主洞左邊墻,每循環(huán)1.0 m內(nèi),避免對主洞左邊墻造成較大超挖破壞。

        (2)錨噴。該段為臨時(shí)支護(hù),滿足主洞上層向上下游擴(kuò)挖、修整斷面要求,進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),參數(shù):掛網(wǎng)、錨噴支護(hù),掛網(wǎng)Φ6.5鋼筋,網(wǎng)格15 cm×15 cm;臨時(shí)錨桿長4.5 m,Φ25螺紋鋼筋,YT-28手風(fēng)鉆鉆D50 mm孔,注漿采用GS30EB錨桿注漿機(jī),所有錨桿均為砂漿錨桿,錨桿間排距1 m布置;C20噴砼厚度15 cm。

        (3)所有支護(hù)工序緊跟掌子面。

        3.3 引水隧洞隧主洞段施工

        三岔口主洞影響段30 m長,從相交點(diǎn)主洞樁號隧4+646.263分別向上游和下游各15 m,該洞段圍巖應(yīng)力集中,需要在系統(tǒng)支護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),滿足三岔口圍巖穩(wěn)定需求。作為主洞的交通要道,采用弱爆破,超前支護(hù)和強(qiáng)支護(hù)的施工原則。根據(jù)加強(qiáng)支護(hù)方式和開挖先后順序,分為三個(gè)部分:上游段、重疊段、下游段,每段10 m。

        3.3.1 主洞、支洞重疊段施工

        接上步工序,支洞開挖支護(hù)至主洞左側(cè)邊墻,臨時(shí)支護(hù)后,順主洞洞軸線方向,向下游對主洞上半層進(jìn)行修邊擴(kuò)挖,下游重疊洞段5 m完成后,向上游對主洞上半層進(jìn)行修邊擴(kuò)挖,開挖進(jìn)尺1.5 m內(nèi)。

        擴(kuò)挖洞段達(dá)到開挖線以后,立設(shè)鋼拱架,鋼拱架采用18#工字鋼雙拱疊加,內(nèi)拱與設(shè)計(jì)拱架線一致,外拱向外擴(kuò),間距75 cm;支洞與主洞斷面相交的部位的鋼拱架,右側(cè)拱通過一節(jié)直線拱架落腳在支洞最后一榀拱架拱部,直線拱架最大長度2.1 m,最小長度0.3 m,具體長度根據(jù)現(xiàn)場安裝拱架時(shí)確定;每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿加固支護(hù),鎖腳錨桿環(huán)向間距1.5 m,Φ25螺紋鋼筋,長4.5 m;頂拱Φ48超前注漿導(dǎo)管,環(huán)距30 cm,軸向排距1.5 m,C20噴射砼厚20 cm。系統(tǒng)支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)措施同期進(jìn)行,完成上半層全面支護(hù)。各個(gè)循環(huán)支護(hù)工作緊跟掌子面[2]。

        3.3.2 主洞下游段、上游段施工

        重疊段上半洞完成后,仍按照上、下游工作面交替施工的原則對主洞上半洞進(jìn)行開挖支護(hù),開挖循環(huán)2.0 m內(nèi)。

        擴(kuò)挖洞段達(dá)到開挖線以后,立設(shè)鋼拱架,鋼拱架采用18#工字鋼,間距60 cm,每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿加固支護(hù),鎖腳錨桿環(huán)向間距1.5 m,Φ25螺紋鋼筋,長4.5 m;頂拱打插Φ48超前注漿小導(dǎo)管,提前固結(jié)加強(qiáng)掌子面前方預(yù)開挖洞段頂拱,注漿壓力0.2~0.3 MPa,漿液濃度1∶1,環(huán)間距30 cm,軸向排距2.0 m,C20噴射砼厚20 cm。

        系統(tǒng)支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)措施同期進(jìn)行,完成上半層全面支護(hù),主洞上、下游段加強(qiáng)支護(hù)見圖5。各個(gè)循環(huán)支護(hù)工作緊跟掌子面。

        圖5 主洞上、下游段加強(qiáng)支護(hù)圖

        3.3.3 隧洞下層施工(落底)

        待上下游掌子面距離達(dá)30 m,進(jìn)行主洞下層以及支洞異形段落底開挖支護(hù)。從支洞異形爬坡段向主洞內(nèi)落底開挖,根據(jù)圍巖情況確定隧洞下層開挖的循環(huán)長度,邊開挖,根據(jù)各段的支護(hù)原則邊支護(hù)[3]。

        3.4 支洞相交部位修角

        三岔口正交,轉(zhuǎn)彎半徑大于15 m,考慮后期砼襯砌鋼筋運(yùn)輸以及砼罐車轉(zhuǎn)彎半徑,以及通風(fēng)帶、風(fēng)水管等因素,斷面相交部位邊墻、頂拱適當(dāng)擴(kuò)挖,上、下游夾角巖體斜切45°,寬度2 m,保證支、主洞平順連接,滿足出渣車輛、砼罐車以及鋼筋運(yùn)輸車輛平順轉(zhuǎn)彎,不剮蹭兩側(cè)洞壁及設(shè)施。

        4 施工進(jìn)度

        3#支洞三岔口段施工,主要施工資源配置和正常支洞施工的基本相同;施工原計(jì)劃65天全部完成,實(shí)際40天圓滿完成,具備主洞全斷面開挖掘進(jìn)的條件。

        5 結(jié)語

        本文論述了博瓦水電站3#支洞與主洞交叉口段開挖支護(hù)方式,在隧洞圍巖地質(zhì)條件極差情況下,采用了提前調(diào)整支洞相交夾角、分層開挖錨固、超前支護(hù)、加強(qiáng)支護(hù)、疊加支護(hù)、補(bǔ)強(qiáng)加固等多種開挖支護(hù)方式,涉及了超前注漿小導(dǎo)管、3D疊加鋼拱架、掛網(wǎng)噴砼、加強(qiáng)鎖腳錨桿等技術(shù),在3#施工支洞與主洞交叉段得到了綜合應(yīng)用,具有安全、快速、高效的效果,并在相鄰的2#施工支洞得到驗(yàn)證推廣。根據(jù)實(shí)際運(yùn)用情況,從施工進(jìn)度等方面綜合評價(jià)效果良好,也為同類工程起到很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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