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        穿越復(fù)雜地層超長引水隧洞的開挖及支護

        2021-03-31 18:28:37王國威董龑蛟
        建筑施工 2021年8期
        關(guān)鍵詞:裝藥隧洞錨桿

        王國威 董龑蛟

        1. 中國葛洲壩集團國際工程有限公司 北京 100025;2. 北京金河水務(wù)建設(shè)集團有限公司 北京 102206

        水利工程中引水隧洞施工場地狹窄,多位于山多、水急的區(qū)域,增加了工程建設(shè)中的不穩(wěn)定因素,提升了現(xiàn)場施工難度;實際施工中,要充分了解施工區(qū)域的地理條件、巖層條件,避免施工過程中出現(xiàn)塌方等風(fēng)險。因此,對于引水隧洞來說,不僅要考慮工程成本,還要參考工程施工環(huán)境、需求等特點,做好其開挖支護工作的管理[1-3]。

        1 工程概況

        巴基斯坦蘇基克納里水電站引水隧洞線路長度約23.156 km,最大埋深集中在A5—A6a之間,約1 350 m。開挖斷面呈馬蹄形,隨現(xiàn)場圍巖特性的變化而調(diào)整開挖斷面的尺寸,控制范圍為:寬7.06~7.80 m,高6.88~7.40 m。

        2 工程難點

        本工程的引水隧洞具有穿越的大小斷層多、地質(zhì)條件復(fù)雜、洞挖斷面小、線路長等特點。洞內(nèi)地下滲水、巖爆、圍巖穩(wěn)定等將對洞室施工極為不利,是本項目施工控制的難點。

        1)引水隧洞斷層帶施工。本工程引水隧洞穿越的大小斷層多達11條,其中F12(A6b—A7a段)、F17-1(A7a—A7段)、F23-1(A7a—A7段)、F18(A7—A7-1段)和F25-1(A8—A9段),斷層帶區(qū)域范圍較大,巖石破碎,地質(zhì)情況復(fù)雜,支護難度大,對隧洞施工影響非常大,是本工程施工難點。

        2)引水隧洞穿越?jīng)_溝段施工。本工程引水隧洞穿越多條沖溝,沖溝段地質(zhì)復(fù)雜,特別是A6a—A6b段,埋深非常淺,為滿足設(shè)計規(guī)范,設(shè)置了壓力鋼管穿越?jīng)_溝。根據(jù)地勘報告,引水隧洞沖溝段的水位線在隧洞的上方,在施工過程中,發(fā)生涌水可能性較大,對隧洞施工排水產(chǎn)生較大的影響,因此沖溝段的施工也是本工程的難點。

        3)巖爆段施工。本工程引水隧洞有2段埋深較大的區(qū)域,第1段A5—A6a段,埋深最大1 300 m;第2段A6b—A7a段,隧洞埋深近1 000 m。埋深超過1 000 m的區(qū)域,地應(yīng)力較高,具備發(fā)生巖爆的條件。巖爆對隧道施工影響較大,對施工人員和設(shè)備存在較大的安全風(fēng)險,因此巖爆段的預(yù)防與處理,是本工程施工難點。

        4)通風(fēng)排煙。引水隧洞單面掘進距離長,如何確保洞內(nèi)通風(fēng)是本工程的難點。

        5)洞內(nèi)排水。本工程引水隧洞單向開挖距離長,沿程損失較大,支洞口與主洞交叉口高程不一,其中一部分支洞排水是順坡,另一部分支洞排水是逆坡。引水隧洞斷面較小,排水較為困難,因此合理安排洞內(nèi)排水方向與泵站布置是本工程的難點。

        3 引水隧洞主洞的開挖施工工藝

        3.1 施工準(zhǔn)備

        支洞成形后,重點處理支洞與主洞所形成的交叉區(qū)域,依托支洞的現(xiàn)有設(shè)備,加之其他輔助設(shè)備的配合,由施工人員規(guī)范操作,開挖主洞并采取支護措施。A5—A7控制段均采用中方鉆工,除此之外的其他區(qū)域采取中方和巴方鉆工相結(jié)合的方案。

        3.2 測量放樣

        以設(shè)計圖紙為準(zhǔn),由專業(yè)人員利用全站儀測量放樣(包含隧洞中心線、掌子面樁號、設(shè)計輪廓線等),并結(jié)合鉆爆圖的相關(guān)要求,精準(zhǔn)確定炮孔孔位,給后續(xù)施工提供參照基準(zhǔn)。正式施工前,先詳細檢查上一循環(huán)的施工情況,例如是否超欠挖,針對質(zhì)量問題采取處理措施,并匯總所得結(jié)果,向全體施工人員做技術(shù)交底,以便高效進入本循環(huán)施工。以月為單位,定期檢查洞軸線和坡度,切實提高質(zhì)量控制水平。

        3.3 鉆孔作業(yè)

        引水隧洞開挖采用在自制的移動式鉆爆平臺上,人工配YTP28氣腿鉆造爆破孔,孔徑42 mm,要求工作人員精準(zhǔn)測放中線、腰線以及開挖輪廓線,分別組織鉆孔作業(yè)。每排炮分別由專門的人員管理,檢查鉆孔作業(yè)情況,確保其滿足“平、直、齊”的要求,同時各炮孔的孔底均處于相同的鉛直斷面處。此外,嚴格控制周邊孔的外偏角,適當(dāng)減小,以便與設(shè)備運行狀態(tài)相適應(yīng)。

        炮孔裝藥前由質(zhì)量管理人員逐一檢查各炮孔,分析是否存在遺漏現(xiàn)象,若有則補鉆,諸如孔徑、孔深等各項參數(shù)也均要滿足要求。當(dāng)班技術(shù)人員根據(jù)所掌握的信息展開計算,確定合適的裝藥量,根據(jù)需求領(lǐng)取材料。

        3.4 裝藥、聯(lián)線、起爆

        經(jīng)鉆孔作業(yè)后,孔內(nèi)易堆積大量巖粉,不利于順利裝藥,且易影響爆破質(zhì)量。對此,裝藥前先用高壓風(fēng)清孔,待無誤后方可裝藥爆破。各類孔的炸藥需求以及裝藥方法不同,掏槽孔和崩落孔均為φ32 mm乳化炸藥卷連續(xù)柱狀裝藥,周邊孔為φ25 mm乳化炸藥卷不耦合間隔裝藥。

        順利裝藥后,根據(jù)設(shè)計要求細致地做好聯(lián)線以及封堵工作,此階段參考炸藥的最小抵抗線長度,要求封堵長度不小于該值。此后,由專業(yè)炮工做詳細的檢查,若無誤則組織人員以及無關(guān)施工機具退場,統(tǒng)一轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域。在各項準(zhǔn)備工作均落實到位后,由炮工負責(zé),開始起爆。整個過程中均要加強警戒,避免人員誤入現(xiàn)場。

        3.5 剝離

        經(jīng)爆破后,在確?,F(xiàn)場已經(jīng)通風(fēng)散煙的前提下,先用反鏟剝離松動的危石和巖塊,再進一步由現(xiàn)場施工人員用剝離桿清理剩余的小塊危石和巖塊。施工期間加強檢查,例如開挖洞段的圍巖情況,判斷其是否失穩(wěn)或是否有失穩(wěn)的發(fā)生趨勢。

        3.6 出渣

        采用2.3 m3側(cè)卸裝載機和20 t自卸汽車聯(lián)合作業(yè),高效出渣,其間由施工人員處理掌子面以及邊墻圍巖處所存在的浮渣和危石,做到清理無死角。

        4 支護施工

        4.1 錨桿施工

        提前加工成形,施工前詳細檢查錨桿的質(zhì)量,例如尺寸是否合理、是否有油污附著,本次施工采用的是全注漿錨桿,具體含2類:一是普通砂漿錨桿,施工遵循的是“先注漿、后插桿”的原則;二是自進式錨桿,施工遵循的是“先鉆進桿體、后注漿”的原則。

        4.1.1 造孔

        根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況,A5以上控制段的鉆孔采用的是移動式平臺配氣腿鉆的方法。A5—A7段的施工均選擇單臂鉆,相較于巖石錨桿直徑,成孔直徑應(yīng)大于該值15 mm。正式鉆孔前,精準(zhǔn)測放孔位,正式鉆孔時嚴格控制作業(yè)參數(shù),例如孔徑、孔深等,確保成形的孔洞滿足質(zhì)量要求。

        4.1.2 清孔

        鉆孔后,用高壓風(fēng)清理孔內(nèi)雜物,例如巖粉、泥巖等,以便給后續(xù)的注漿施工創(chuàng)造良好的條件。

        4.1.3 注漿

        頂拱錨桿注漿統(tǒng)一在移動式平臺處完成,所用裝置為麥斯特注漿機和φ25 mm的PE注漿管。正式注漿前,將提前準(zhǔn)備好的注漿管插至孔底,隨著注漿作業(yè)的持續(xù)推進,緩慢從孔底拔出注漿管,直至孔內(nèi)灌滿泥漿為止。對于具有向上傾斜特征或是垂直狀態(tài)的孔,需加強防控,避免漿液大范圍流失;水泥漿存在特定的凝固時間,該階段用木楔固定錨桿,以免失穩(wěn)。

        4.1.4 桿體安裝

        在確保移動式平臺具有足夠穩(wěn)定性的前提下,由人工安裝錨桿。對于帶有錨定板的錨桿,應(yīng)嚴格控制其錨桿端部伸出螺母外的部分,該段的長度不可超過50 mm。經(jīng)水泥漿性能試驗后,確定其硬化特性,根據(jù)所得結(jié)果合理控制錨桿旋緊時間。

        4.2 噴混凝土施工和質(zhì)量控制

        隧洞噴射混凝土主要起到防護作用,較為適宜的是素噴混凝土或鋼纖維混凝土。遇地質(zhì)破碎帶等特殊的地質(zhì)條件時,應(yīng)判斷該部分是否存在坍塌的可能,若有則不允許出渣,應(yīng)根據(jù)實際情況及時噴錨支護。

        1)按初噴、復(fù)噴的順序依次噴射施工,2個階段的厚度要求分別為:4~5 cm、不超過10 cm。以不影響施工質(zhì)量以及不誘發(fā)安全事故為前提,Q2類圍巖可采取每3個循環(huán)初噴1次的方法;Q3類圍巖減小至每2個循環(huán)初噴1次;對于Q4—Q5類圍巖,要求盡快組織復(fù)噴作業(yè),縮短巖面的暴露時間,以免出現(xiàn)表層風(fēng)化剝落的情況。對于復(fù)噴作業(yè),則安排在錨桿及掛網(wǎng)安裝到位后施工。

        2)根據(jù)施工需求,在拌和站按設(shè)計配比生產(chǎn)質(zhì)量達標(biāo)的混凝土,遵循隨拌隨用的原則,及時用自卸車運輸至現(xiàn)場,利用機械臂式濕噴機作業(yè),達到連續(xù)濕噴的效果。

        3)為確保濕噴的施工質(zhì)量,提前做好準(zhǔn)備工作:清理作業(yè)范圍內(nèi)的危石,用高壓風(fēng)清潔巖面,避免巖粉等雜物附著問題;配備照明設(shè)備以及通風(fēng)設(shè)備,改善現(xiàn)場施工環(huán)境;調(diào)試施工機械,確保其均能夠穩(wěn)定運行;于巖面上打入短鋼筋,根據(jù)要求詳細標(biāo)記刻度,作為噴層厚度控制的依據(jù)。

        4)于料斗上安裝篩網(wǎng),利用該裝置阻隔超粒徑的骨料。正式噴射過程中,在送風(fēng)前先開啟計量泵,噴射機司機與噴射手密切溝通,嚴格控制噴射壓力,及時整理噴射現(xiàn)場所采集的數(shù)據(jù),以此為依據(jù)調(diào)整風(fēng)壓和計量泵參數(shù),從而保證施工安全,提高施工質(zhì)量。

        5)噴嘴與受噴面呈垂直的位置關(guān)系,兩者間距控制在100~200 cm。若受噴面存在鋼筋網(wǎng)覆蓋的情況,可以在許可范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整噴嘴,但至少需確保噴嘴與受噴面的夾角達到70°。嚴格控制受噴面的角度至關(guān)重要,若因空間限制或其他原因而導(dǎo)致受噴面的角度過小,將導(dǎo)致混凝土的附著力下降,易在受噴面滾動,由此產(chǎn)生波形噴面,導(dǎo)致面層的平整度不滿足要求。

        6)噴射作業(yè)遵循的是分片依次推進的原則,每片的尺寸要求為長2 m、寬1.5 m,采取自下而上“S”形噴射的方法,此舉可避免因回彈物附著在圍巖面(此處指的是尚未經(jīng)過噴射處理的部分)而導(dǎo)致噴層與巖面的黏結(jié)力下降。在正式噴射前,先找平凹陷部位,再呈螺旋形緩慢移動噴頭,每圈壓前面半圈,盡可能提高混凝土面層的光滑性與平整性。

        5 結(jié)語

        綜上所述,在水電站工程建設(shè)全流程中,引水隧洞為重點施工內(nèi)容,同時該處的施工質(zhì)量將直接對工程的整體施工質(zhì)量帶來影響。對此,施工單位需緊密結(jié)合實際情況,合理應(yīng)用開挖施工工藝,加強質(zhì)量控制,在安全的環(huán)境中高效完成開挖與支護作業(yè)。

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