摘要:為提高楊房溝水電站尾水調壓室開挖的效率,將原方案中Ⅲ~Ⅸ層井挖施工方案調整為布設施工支洞(增加中層施工支洞、下層施工支洞和中隔墻2個聯(lián)系洞)的分層開挖支護方案。結果表明:優(yōu)化后的開挖方案克服了施工工序安排與周轉困難、施工強度大等問題,降低了安全風險;優(yōu)化方案更加合理、方便施工,節(jié)約了4.5個月施工工期,提高了施工效率。
關鍵詞:尾水調壓室; 洞室開挖; 分層開挖; 楊房溝水電站
中圖法分類號:TV554
文獻標志碼:A
DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.005
文章編號:1006-0081(2024)S1-0013-04
1 工程概況
楊房溝水電站主要功能為發(fā)電,樞紐工程等別為Ⅰ等,工程規(guī)模為大(1)型,由雙曲拱壩、泄洪消能建筑物(壩后水墊塘及二道壩)、左岸引水系統(tǒng)、地下廠房及尾水系統(tǒng)等主要建筑物組成。楊房溝水電站是中國首個采用EPC模式建設的大型水電站工程。鑒于楊房溝水電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群規(guī)模大、洞室密集,主要洞室具有“高邊墻、大跨度”的特點[1],尾水調壓室的開挖施工進度直接影響后續(xù)的混凝土澆筑、金屬結構安裝等關鍵節(jié)點。尾水調壓室位于主變洞下游,與主廠房、主變洞平行布置,與主變洞之間巖柱厚42.00 m。尾水系統(tǒng)采用“兩機一室一洞”的布置方式[2],調壓室下部由一道中隔墻分隔為二室,二機共用一室,中隔墻厚14.60 m,頂高程2 009.50 m,中隔墻以上二室連通,調壓室頂拱高程2 030.75 m,尾水調壓室最大開挖尺寸為166.1 m×24.0 m×79.75 m(長×寬×高),采用圓拱直墻型斷面布置。
2 尾水調壓室原開挖方案
2.1 通道布置
尾水調壓室?guī)r隔墻以上布置3條通道,分別為尾調排風洞、廠房上層匯水洞及尾調通氣洞,其中尾調排風洞布置于右端墻,布置高程2 018 m,長度為147.95 m,其斷面為城門洞型,斷面尺寸8.5 m×7.0 m(寬×高),與主變排風洞相接,是尾水調壓室第Ⅰ、Ⅱ層開挖施工的通道;廠房上層匯水洞布置于左端墻,布置高程2 009.5 m,由廠房進風兼交通洞派生,尾調通氣洞布置于巖柱隔墻頂部,布置高程2 009.5 m,均為尾水調壓室第Ⅲ層開挖的施工通道。尾水調壓室的第Ⅰ,Ⅱ層開挖施工通道見圖1。
1,2號尾水調壓室第Ⅲ~Ⅷ層開挖采用豎井溜渣至尾水隧洞內,通過尾水洞或尾水連接管出渣。
第Ⅸ、Ⅹ層開挖采用自上而下開挖至尾水調壓室底部,施工通道為尾水連接洞。1,2號尾水調壓室第Ⅲ~Ⅷ層開挖使用的液壓鉆機、反鏟扒渣設備及施工材料通過已形成的25 t橋機吊運。1,2號尾水調壓室第Ⅲ~Ⅷ層開挖通道見圖2。
2.2 開挖施工方法
(1) 第Ⅰ層。尾水調壓室第Ⅰ層初擬開挖高度為12.75 m(高程2 030.75~2 018.00 m),分中導洞開挖支護和兩側擴挖支護分序進行。中導洞開挖支護超前,兩側擴挖滯后30 m以上,再進行兩側擴挖及支護,呈“品”字形開進。中導洞寬12 m,采用三臂鉆鉆孔爆破。兩側擴挖采用人工手風鉆或多臂鉆鉆爆,裝載機挖裝,自卸汽車出渣,經尾調排風洞運至棄渣場。
(2) 第Ⅱ層。尾水調壓室第Ⅱ層擬開挖高度為9.5 m(高程2 018.00~2 008.50 m),分兩小層進行開挖。Ⅱ-1層(2 018.00~2 013.00 m)的層高5 m,以尾調排風洞為開挖及出渣通道。Ⅱ-2層(2 013.00~2 008.50 m)的層高4.5 m,以廠房上層匯水洞為開挖及出渣通道。100 Y鉆機沿開挖結構
線進行深孔預裂,液壓鉆鉆孔拉槽爆破。保護層開挖采用手風鉆豎向鉆孔爆破。開挖出渣采用裝載機或反鏟裝渣,自卸汽車出渣,經尾調排風洞或廠房上層匯水洞運至渣場。
(3) 尾調豎井溜渣導井施工。1,2號尾水調壓室第Ⅲ~Ⅷ層開挖采用井挖,施工先形成溜渣豎井,再分區(qū)或全斷面開挖爆破,反鏟扒渣至井底,通過尾水洞或尾水連接管出渣。1,2號尾水調壓室井挖部分各布置2口溜渣導井,直徑6 m,導井深為43.5 m,沿調壓室下部中心線布置。
溜渣井開挖采用反井鉆機反提直徑1 400 mm導井后,人工正向擴挖成直徑6 000 mm溜渣井,溜渣井施工方法見圖3。
1、2號調壓室分別布置2個溜渣導井,各調壓室按2個溜渣導井分邊墻預裂、中部擴挖和支護3個工序依次循環(huán)施工。1,2號尾水調壓室豎井擴挖起始高程為2 008.50 m,兩豎井擴挖錯開進行,并保持兩豎井開挖工作面高差應大于20 m,確保巖柱隔墻穩(wěn)定。2號尾水調壓室豎井擴挖面高程滯后1號尾水調壓室,2號尾水調壓室各層擴挖掘進方向應從左向右進行,以便合理規(guī)劃爆破應力釋放方向,保護中隔墻巖柱。
2.3 原開挖方案存在的不足
2.3.1 進度分析
投標階段尾水調壓室高度為82.75 m,第Ⅰ、Ⅱ層開挖至尾調施工中隔墻頂面,開挖總高度為22.25 m,第Ⅲ~Ⅹ層開挖總高度為60.5 m,石方井開挖總方量為18.7萬m3。井挖方量極大,且采用石方井挖法大型設備無法進入,只能采用人工溜渣的形式進行開挖,而溜渣通道需在尾水連接管開挖支護施工完成后方能形成通道。根據現(xiàn)場實際施工情況及施工期總進度計劃安排,受尾水連接管開挖完成時間限制,即在尾水連接管施工完成前無法形成溜渣通道,則尾水調壓室第Ⅲ~Ⅹ層開挖需在尾水連接管開挖完成以后方可進行,且需要先完成4個直徑為6 m的溜渣井,單個溜渣井深42.5 m(至尾水管連接洞頂)。按照其他同類豎井開挖效率,直徑6 m豎井開挖每米需2 d,若按照1號、3號,2號、4號間隔式開挖,直徑6 m溜渣井開挖大概需要170 d,則尾水調壓室分層開挖將溜渣井開挖形成后才可進行施工,且豎井開挖的人工溜渣施工效率低,施工速度慢,無法滿足總進度計劃目標。
2.3.2 安全分析
采用井挖法開挖尾水調壓室第Ⅲ~Ⅹ層,豎井直徑6 m,井深42.5 m,井口直徑大,安全防護困難。人工溜渣施工屬于高邊坡作業(yè),施工人員人身安全難以保證,安全隱患突出,另上方溜渣及鉆爆施工期間下方無法通行,施工警戒面多,警戒設置困難。豎井施工至下部時需設置臨時爬梯供人員上下作業(yè),而爬梯布置位置只能在開挖區(qū)內設置,每次爆破施工需拆除爬梯或加強保護,通道布置困難,人員上下通道安全隱患大。另外,采用溜渣法施工,洞內粉塵量大,工作環(huán)境差,無法滿足職業(yè)健康相關規(guī)定要求。每層開挖后,無法采用大型支護設備施工,只能使用小型支護設備,施工效率低。場內坑洞多,支護設備人員進入施工現(xiàn)場,安全防護困難,安全隱患大。
2.3.3 后期施工難度分析
因尾水調壓室第Ⅲ~Ⅹ層采用井挖法施工,后期混凝土施工只能以4條尾水連接管作為施工通道。阻抗板以上部分混凝土施工材料運輸困難,中隔墻以下60.5 m高程混凝土澆筑全部需要采用高排架施工,混凝土澆筑、模板、鋼筋、排架搭設等材料只能采取垂直吊運。垂直運輸量大,材料周轉慢,施工進度無法保障,施工期間存在立體交叉作業(yè)情況,施工難度極大,安全隱患突出[3-4]。
3 尾水調壓室開挖方案優(yōu)化
3.1 總體優(yōu)化方案
若尾水調壓室中隔墻以下采用井挖法施工,施工期間的安全、進度將無法保證,開挖、支護施工難度極大。結合現(xiàn)場實際情況、設計變更(尾水調壓室底板抬高3 m,開挖總高度變更為79.5 m)及總進度計劃安排,經多次方案討論研究,為確保后期施工安全,減少交叉施工干擾,消除減弱開挖及混凝土施工期的安全隱患,提高施工效率,將尾水調壓室開挖方案優(yōu)化調整如下。
(1) 開挖分層由投標方案的Ⅹ層調整為Ⅷ層。
(2) 將中隔墩以下石方井挖調整為平洞分層分區(qū)開挖,調整后增加施工支洞4條,增加支洞分別為尾調中支洞、中隔墻1號聯(lián)系洞及2號聯(lián)系洞、尾調下支洞。
(3) 尾水調壓室開挖均采用液壓鉆、潛孔鉆分層梯段開挖,裝載機、反鏟出渣,自卸汽車運渣,減少井挖設備。支護均采用多臂鉆、噴漿臺車等大型設備施工。
3.2 開挖分層分區(qū)優(yōu)化方案
根據施工階段設計藍圖,尾水調壓室總體開挖共計分Ⅷ層進行,采用水平分層開挖法,設置施工支洞4條,以滿足各層開挖支護施工運輸通行需求。尾水調壓室開挖分層特性詳見表1。
4 方案對比
(1) 調整后的方案取消了石方井挖,開挖及混凝土施工難度減小,施工安全風險降低,且有利于支護施工質量。
(2) 調整后的方案新增了施工支洞,其后期可作為尾調室混凝土施工通道使用,混凝土施工通道增加,有利于進度目標實現(xiàn)。
(3) 對照投標工期,調整后的方案將施工方井挖方案優(yōu)化為平洞法開挖,預計可節(jié)約工期140 d;新增4條施工支洞,增加石方洞挖7 500 m3。方案調整后措施費用增加,但總工期縮短,施工難度減小,施工效率極大提高,施工安全風險降低。
5 結 論
楊房溝水電站尾水調壓室開挖方案結合現(xiàn)場施工條件和國內已有的尾水調壓室開挖成功經驗,最終確定了由原方案中Ⅲ~Ⅸ層井挖施工方案調整為利用布設施工支洞(增加中層施工支洞、下層施工支洞和中隔墻2個聯(lián)系洞)分層開挖支護方案。調整后的施工方案更有利于保證工程施工進展,更有利于保證工程施工質量和安全。采取了優(yōu)化后的施工方案后,施工工序安排與周轉困難、施工布置困難和施工強度大等一系列問題得到解決,雖然投資有一定增加,但有效地保證了機組提前發(fā)電1 a的工期目標,工期效率顯著。
參考文獻:
[1] 李友華,黃應軍,李景元.溪洛渡水電站左岸地下廠房大跨度高邊墻開挖施工技術[J].水力發(fā)電,2008(9):9-11,14.
[2] 黃汝東,楊繼承.白鶴灘水電站尾水調壓室穹頂開挖支護施工技術[J].水利水電技術,2015(增2):57-59.
[3] 阮林茂,張斌.芹山水電站調壓井開挖施工[J].水力發(fā)電,2000(2):32-33.
[4] 翟春明.特大斷面洞室石方開挖[J].科技與企業(yè),2012(24):177-178.