高卓輝

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

1 工程概況

巴塘水電站是金沙江上游河段十三級(jí)開發(fā)中的第九級(jí)電站,總裝機(jī)容量為750 MW。導(dǎo)流洞斷面為城門洞型,為有壓洞,最大開挖斷面面積268 m2,屬于特大型隧洞,隧洞全長(zhǎng)808.98 m。導(dǎo)流洞斷面形式為城門洞型,襯砌成形斷面尺寸為12 m×14 m(寬×高),樁號(hào)導(dǎo)0+000.00～導(dǎo)0+025.00為進(jìn)口漸變段,開挖斷面尺寸由20.20 m×19.05 m(寬×高)漸變到16.20 m×18.05 m(寬×高),均為Ⅴ類圍巖。泄洪放空洞為有壓洞,隧洞總長(zhǎng)度651.65 m,隧洞斷面為圓形,襯砌后直徑14.2 m。

在特大洞室開挖過(guò)程中,每層石方開挖工期是控制洞室進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的特大洞室開挖通常采用先開挖上層,再開挖中層,最后開挖下層(保護(hù)層)的施工方法。上層分輻采用手風(fēng)鉆水平鉆孔爆破開挖,裝載機(jī)配合自卸車出渣;中層全輻潛孔鉆豎直鉆孔爆破開挖,液壓反鏟配合自卸車出渣;下層(保護(hù)層)全輻采用手風(fēng)鉆水平鉆孔爆破開挖,液壓反鏟配合自卸車出渣。傳統(tǒng)方法每層開挖均為關(guān)鍵線路,不利于節(jié)約關(guān)鍵線路關(guān)鍵項(xiàng)目施工工期。項(xiàng)目部在電站導(dǎo)流洞施工中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況,采用特大洞室多層同步開挖技術(shù)[1],即在完成上層開挖200延米后啟動(dòng)中層開挖,中層開挖完成200延米后啟動(dòng)下層(保護(hù)層)開挖,過(guò)程中同步進(jìn)行各層支護(hù),多層同步開挖的施工方法,有效提高了施工效率,節(jié)約了工期及成本。

2 技術(shù)特點(diǎn)及適用范圍

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的洞室分層開挖施工方法相比,多層同步開挖施工技術(shù)具有以下特點(diǎn):

(1)根據(jù)寬度計(jì)算第二層開挖高度,按8%縱坡比計(jì)算每循環(huán)開挖長(zhǎng)度;繪制洞室平面多層同步開挖流程圖和臺(tái)階斷面圖。

(2)在洞室上層開挖200 m后,啟動(dòng)洞室第二層開挖,洞室第二層開挖200 m后,啟動(dòng)保護(hù)層開挖。

(3)先開挖下支洞側(cè)半輻第二層,利用上支洞另半輻作為上層交通通道,按溝槽明挖進(jìn)行爆破開挖,兩次出渣;先開挖半輻具體通車條件后,開挖另半輻第二層。

(4)利用該技術(shù)可以縮短開挖工期,為后序混凝土創(chuàng)造提前施工條件[2]。

2.2 適用范圍

多層同步開挖施工技術(shù)主要適用于洞室寬度不小于10 m的地下特大洞室開挖工程施工,可推廣于溝槽、基礎(chǔ)等開挖。

3 工藝原理

該技術(shù)原理核心為洞室左右半輻交替開挖,分兩次出渣,交替調(diào)整施工道路,第Ⅰ、Ⅱ階段施工交通平面布置分別見圖1和圖2。施工前先確定施工便道寬度,再計(jì)算溝槽開挖深度[3]。溝槽開挖深度計(jì)算采用下式。

圖1 第Ⅰ階段施工交通平面布置

圖2 第Ⅱ階段施工交通平面布置

H=(B-2×B路)/0.5

(1)

式中,H為溝槽開挖深度,m;B為洞室寬度,m,設(shè)計(jì)值;B路為上層和下層施工便道寬度,m,根據(jù)邊墻錨桿外露長(zhǎng)度、機(jī)械設(shè)備寬度和安全距離確定,臺(tái)階坡比1∶0.5。

洞室開挖寬度14.6 m,臨時(shí)支護(hù)厚度0.2 m,洞內(nèi)上下層施工便道設(shè)計(jì)為5.5 m,長(zhǎng)64 m,坡度為10%,道路臺(tái)階坡比1∶0.5。洞內(nèi)上下層施工道路設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 洞內(nèi)上下層施工道路設(shè)計(jì)(單位:cm)

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程為導(dǎo)流洞上層繼續(xù)開挖→下層支洞至上游方向通道(保證下層支洞至泄洪洞段道路暢通)→上游右側(cè)第II層開挖、支護(hù)(單次開挖長(zhǎng)度約30 m)→改移便道(右側(cè)距上層掌子面約60 m)→上游左側(cè)第II層開挖、支護(hù)→上層支洞臨時(shí)防護(hù)→II層下游左側(cè)通道→II層下游右側(cè)開挖、支護(hù)→改移便道(右側(cè)距上層掌子面約60 m)→下游左側(cè)第II層開挖、支護(hù)。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 洞內(nèi)上下層施工道路設(shè)計(jì)

根據(jù)電站導(dǎo)流洞高度16.2 m和寬度14.6 m,分三層開挖,第一層開挖高度7.9 m,第二層開挖高度6.4 m,第三層開挖高度2 m。第二層開挖高度6.4 m,采用分輻溝槽開挖,洞內(nèi)上下層施工便道設(shè)計(jì)為5.5 m,長(zhǎng)64 m,坡度為10%,道路臺(tái)階坡比1∶0.5。

4.2.2 測(cè)量放線

導(dǎo)流洞第二層爆破采用潛孔鉆打豎向孔,在第一層開挖完成200 m后,由測(cè)量人員使用全站儀按施工圖紙對(duì)先開挖半輻爆破孔進(jìn)行放樣,白灰標(biāo)記,每次放樣60～80 m。

第二層左半輻炮孔布置的順序:先周邊預(yù)裂孔和緩沖孔,中部“V”掏槽孔(主爆孔),最后輔助爆破孔。

右半輻炮孔布置的順序:先周邊預(yù)裂孔,再緩沖孔,最后主爆破孔。

4.2.3 鉆孔

炮孔采用潛孔鉆主要豎向鉆孔,部分傾斜鉆孔,鉆孔應(yīng)嚴(yán)格按照測(cè)量放樣孔施鉆,開鉆前應(yīng)用坡度尺量測(cè)鉆桿角度,調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)后再開鉆。采用QZJ-100B或100E型鉆機(jī)鉆孔,并應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)角度和放樣點(diǎn)位搭設(shè)鉆孔鋼管樣架,精確控制預(yù)裂鉆孔的方向,使預(yù)裂孔平行,不出現(xiàn)交叉孔或“八”字孔,預(yù)裂孔的鉆孔不得隨意改變孔距、傾角和深度。

梯段爆破的主爆孔和緩沖孔采用履帶式液壓鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔,臨近設(shè)計(jì)邊坡坡面線的梯段造孔角度應(yīng)與邊坡坡比一致,其他主爆孔角度根據(jù)設(shè)計(jì)角度確定,開孔時(shí)應(yīng)通過(guò)角度測(cè)量工具不斷檢查鉆孔角度,保證鉆孔角度與設(shè)計(jì)一致。

4.2.4 裝藥爆破

主爆區(qū)炮孔采用直徑90 mm乳化炸藥連續(xù)裝藥,導(dǎo)爆管傳爆。緩沖孔采用直徑70 mm乳化炸藥細(xì)沙(或造孔巖粉)間隔裝藥,裝藥量為主爆區(qū)炮孔的1/2～1/3藥量,巖石破碎時(shí)取小值。預(yù)裂孔采用竹片綁扎直徑32 mm乳化炸藥不耦合間斷結(jié)構(gòu)裝藥,導(dǎo)爆索傳爆,線裝藥密度滿足爆破設(shè)計(jì)要求。

炮孔堵塞材料應(yīng)用沙、粘土或鉆孔石粉,采用木棍或竹竿來(lái)分層搗實(shí),堵塞長(zhǎng)度應(yīng)滿足爆破設(shè)計(jì)的要求。

導(dǎo)流洞第二層爆破采用乳化炸藥,“V”字形起爆網(wǎng)絡(luò),單耗0.28～0.3 kg/m3。預(yù)裂爆破孔為5孔一段,應(yīng)先于相鄰主爆破孔起爆,時(shí)間間隔不得小于75 ms。主爆破孔網(wǎng)絡(luò)采用“V”形起爆,采用非電毫秒延遲電雷管串聯(lián)、并聯(lián)相結(jié)合的孔外延時(shí)分段和孔內(nèi)延時(shí)爆破的連接網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)分段延時(shí)起爆,控制最大單響藥量。

完成裝藥和網(wǎng)絡(luò)連接后,警戒范圍內(nèi)所有人員和機(jī)械設(shè)備撤離至安全地帶。當(dāng)所有警戒員報(bào)告警戒完成后,爆破指揮員方可下達(dá)起爆指令。起爆后,由爆破員檢查爆破結(jié)果,當(dāng)確認(rèn)無(wú)盲炮時(shí),方可解除爆破警戒。

4.2.5 通風(fēng)排煙

開啟布置在施工支洞口的SD-Ⅱ-140型(功率110 kW×2)軸流通風(fēng)機(jī)壓入新鮮空氣,洞內(nèi)廢氣從施工支洞排出。主風(fēng)管接至到導(dǎo)流洞第Ⅰ層洞室開挖作業(yè)面,當(dāng)?shù)冖?、Ⅲ層爆破影響時(shí),應(yīng)先拆除,爆破后重新進(jìn)行安裝。

4.2.6 出渣與便道修筑

通風(fēng)排煙后,1.6 m3液壓反鏟和自卸汽車進(jìn)入洞內(nèi),先采用液壓反鏟進(jìn)行修路,再進(jìn)占式裝渣。出渣完成,造孔人員、潛孔鉆、支護(hù)人員、材料和支護(hù)設(shè)備進(jìn)洞進(jìn)入下一循環(huán)施工。

5 應(yīng)用效果

巴塘水電站導(dǎo)流洞按照原施工開挖方案,即第一層開挖支護(hù)完成后再進(jìn)行第二層開挖支護(hù)。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),第一層洞室按照Ⅲ類圍巖120 m/月、Ⅳ類圍巖85 m/月、Ⅴ類圍巖45 m/月強(qiáng)度計(jì)算;第二層洞室按照Ⅲ類圍巖200 m/月、Ⅳ類圍巖150 m/月、Ⅴ類圍巖120 m/月強(qiáng)度計(jì)算;第三層洞室按照平均200 m/月考慮。

以導(dǎo)流洞下游側(cè)洞室開挖支護(hù)作為控制工期,第一層洞室下游側(cè)共277.13 m(Ⅲ類圍巖61.63 m、Ⅳ類圍巖96 m、Ⅴ類圍巖120 m),第一層洞室開挖支護(hù)總耗時(shí)135 d;第二層洞室下游側(cè)共438 m(Ⅲ類圍巖141.28 m、Ⅳ類圍巖96 m、Ⅴ類圍巖120 m),第二層洞室耗時(shí)約120 d;第三層洞室耗時(shí)約70 d。

導(dǎo)流洞自2019年7月13日進(jìn)行主洞上層洞室施工,綜上理論計(jì)算,預(yù)計(jì)于2020年6月15日第三層洞室貫通。實(shí)際于2020年4月30日貫通,工期提前45 d。最高強(qiáng)度一個(gè)月同時(shí)完成第一層開挖支護(hù)110 m,第二層開挖190 m。

6 結(jié)語(yǔ)

巴塘水電站導(dǎo)流洞通過(guò)特大洞室多層同步施工技術(shù),有效降低了施工成本,節(jié)約了特大洞室開挖總工期。該技術(shù)的成功應(yīng)用按期實(shí)現(xiàn)了水電站導(dǎo)流洞導(dǎo)流目標(biāo),得到了業(yè)主、監(jiān)理的一致認(rèn)可,所取得的經(jīng)驗(yàn)可為其他類似工程參考借鑒。