映秀灣水電站尾水圍堰施工

楊 鵬, 徐 冉

(中國人民武裝警察部隊水電第十一支隊,四川成都 610036)

1 概 述

“5.12”汶川大地震導致映秀灣水電站受損嚴重,位于距映站閘首 7km處的尾水出口全部被埋及部分 213國道被埋。為順利進行引水隧洞內的檢修工作,需進行尾水開挖并設置圍堰,以阻止水流進入。圍堰底部高程為 876.5m,堰頂高程889.12m,高度為 12.62m,山體原始坡度為 1∶0.5。圍堰防滲采用帷幕灌漿鉆灌至巖體透水率為 q≤50Lu止,形成圍堰后,需對堰體內進行抽排水至交通洞,揚程高約 7～10m,圍堰內外水位落差為10.5m。

2 尾水圍堰工程關鍵技術

2.1 尾水出口開挖及料源平衡的確定

由于“5.12”特大地震,導致電站尾水出口全部被埋,采用大型機械開挖至原有底板標高 876.5m;根據工程點多面廣的實際情況,做好對各工程部位料源的調用規劃,并將多余開挖量運至其他工程部位,使之既滿足土石圍堰施工進度要求,又不影響其他部位的填料工作,因此,要求其運輸快捷。故圍堰填料采用原有塌方體,經數次碾壓及隨后進行的檢驗單位試驗確定壓實度達 94%、最大干密度為 1.77g/cm3、最優含水量為 12.9g/cm3、濕密度為 1.89g/cm3,均達到規范要求。摻和料擊實試驗參數見表 1。

表1 摻和料擊實試驗參數表

2.2 圍堰防滲工程

該堰體由松散碎石、土石塌方體堆積而成。由于堰外岷江水流湍急,并且要實現 2008年 10月 14日完成防滲,因此,必須在 10天左右完成1700m帷幕灌漿施工;由于“5.12”地震原因造成該處地質條件變化復雜且缺乏水文地質資料、危險系數大,高壓灌漿施工的強度及現場條件在同類工程中沒有先例,成孔異常困難,故在必要時采用跟管鉆井和下套管鉆進。在滿足質量要求的前提下,保證施工進度是該項目的重點,其機具選型、施工工藝選擇都必須慎重考慮。

2.3 粘土芯墻回填

為提高堰體抗滲水性能,在其中部開挖堰芯至設計標高 876.5m,寬 5m,采用低液限分散性粘土回填,最大干密度為 1.77g/cm3,最佳含水率為 12.9%,拌合施工用水,形成一道粘土止水層。低液限分散性粘土試驗參數見表 2。

表2 低液限分散性粘土試驗參數表

2.4 堰內抽排水

鑒于堰內外水流落差達 10.5m,堰體滲水嚴重,尾水洞內部集水過多,抽水揚程較高,抽水路徑長,抽水采用兩處(尾水出口、交通洞)同時作業的方式:尾水出口抽水采用階梯抽水法,間隔 30m設置一道袋裝粘土圍堰蓄水。交通洞抽水揚程高達數 10m,洞內大孤石較多,機器運輸困難。

3 主要施工措施及對策

3.1 合理進行料源的時空平衡

為確保施工強度,節省運距、便于開挖,料源基本按平衡原則進行調配,在施工區域周邊堆放工程部位棄料,采用部分經篩選后的地震塌方體做堰側填料。在確定少量填料量時,根據不同的料種在不同填筑部位的流失情況,采用不同的比例填料。針對岷江水流湍急的具體情況,堰體開挖及填筑部分考慮 5%的損耗量,堰體外部拋投部分大塊石,防止河水對堰體的沖刷。

3.2 確保填料強度

3.2.1 設備選型

優先選用高效率、機動性好的設備。挖裝主要選用 2～3m3的挖掘設備及 3m3以上的裝載機。運輸主要選用 15～20t大型載重自卸汽車。因場地限制,無法采用大型機械施工。

3.2.2 施工方案預演

由于該工程地處 213國道旁,受交通管制等多方因素限制,我部選擇適當時機,按填料高峰強度進行模擬組織施工,以檢查機械設備、運輸車輛、道路通行能力、交通指揮、通訊聯絡、施工組織、現場指揮及安全保障措施等。

3.2.3 圍堰填料穩定的判斷

為確保安全施工,避免發生大規模的山體坍塌,造成人、車安全事故,特別是在山體塌滑多發段,預先進行了開挖。經綜合考慮,從以下幾個方面進行判斷:

(1)山體邊坡化:山體在地震前,坡度比為 1∶0.5。受 “5.12”地震影響,山體危石較多,地層松散,余震或雨天極易再次發生坍塌及泥石流。

(2)帷幕灌漿及抽排水。受場地限制,堰體較松散成凹形,且因岷江水流湍急,江水泄入堰內情況嚴重,為此,在堰體上設置了兩排注漿孔,孔徑 90mm、孔距 1.2m、孔深 12m錯位布置并采用高壓灌漿法,形成了一道止水帷幕。受地震影響地質條件變化復雜,且施工無詳細地質資料,江水穿過時流速較大,漿液很難停留;堰體內原有積水較多、分散較廣、水位落差較大、抽水揚程較高,針對出現的這些現象應引起高度重視,及時改變施工方式。

3.2.4 圍堰施工的主要技術要點及安全措施

(1)對原有堆積體采用挖掘機至上而下分層開挖,兩機間距 10m,自卸汽車配合運輸,部分回填料采用自卸汽車端進法拋填,將大部分拋投料(大塊石)直接拋入江中,以保護堰體外側不被江水沖刷。填料數量及規格須滿足設計要求。

(2)挑選質量好的填料。石渣料的粒徑應相對均勻,將粒徑小于 5.0mm的細顆粒嚴格控制在 10%以內。

(3)開挖及填料過程中,及時采用石渣加高,頂部用碎石或粗粒風化砂進行鋪筑施工,安排專人養護路面,以確保施工道路滿足大型車輛陰雨天暢通無阻的要求。

(4)堰芯粘土回填止水層采用低液限分散性粘土。

(5)針對地震滑落的大孤石,優先進行機械打眼爆破(淺孔鉆爆破),采用 2#乳化炸藥,裝藥量為 0.52kg/m3.以保證施工機械及人員安全。因山體地表松散、危石較多,開挖及填料過程中一機配置一名安全觀察員。

(6)帷幕灌漿施工工期緊、難度大、地質情況變化復雜且無詳細地質水文資料,鉆孔過程中易出現卡鉆、塌孔。必要時,采用跟管鉆進和下套管的措施,同時視鉆孔的情況靈活控制鉆進壓力和速度;當鉆孔至設計孔深后,下入塑料花管,將跟管鉆進的外管用拔管機拔出,確保鉆孔成功。

(7)鉆孔孔徑為 90mm,孔深 12m,孔距 1.2 m,錯位布設。采用潛孔鉆機和工程地質鉆機鉆孔。首先采用工程地質鉆機鉆孔,便于對壓漿孔的孔深和孔距進行確認;鉆孔垂直偏差應小于 1%。

(8)單孔施工程序。鉆機對中孔位→整平穩固鉆機→造孔(跟管鉆進)→下灌漿花管→拔外管→測孔深、孔斜→下孔口裝置→灌漿→機械封孔→人工封孔。

(9)帷幕灌漿孔采用孔口封閉、孔內循環的灌漿方法,所用水泥為 32.5級普通硅酸鹽水泥,符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》對帷幕灌漿強度等級不低于 42.5級的要求。水灰比采用 0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1三個比級 ,在高速攪拌機中配置好某一比級的漿比后送至攪拌槽中,根據要求,在施工過程中測量漿溫,所測漿溫均在5℃以上,符合技術要求的規定。在帷幕灌漿中,嚴格按要求逐級變漿,未發現任何串、冒、漏漿時不得越級變漿。

圖1 尾水橋、啟閉室塌方體開挖

(10)在規定的壓力下,當注入率不大于 0.4 L/min時,繼續灌注 15min,或當注入率不大于 1.0 L/min時,延續灌注 30min后結束,此項措施為確保圍堰的穩定,減少了抽水成本。

(11)由于地質情況變化不確定因素較多,為提高圍堰的防滲性能,在堰體形成后距其內側 3m處設置了一道袋裝子圍堰,采用鋼架管支撐,回填低液限分散性粘土并做一道堰體內側防水層。

(12)堰體內集水、孤石較多,抽水及孤石清除難度大、機械及材料運輸困難。抽水采用階梯方式排水,在尾水出口 300m左右的洞內設置兩道袋裝砂子圍堰,鋼架管支撐蓄水及逐級排水,同時,交通洞內設一處抽水設備,揚程高 10m,采用150m3/h大馬力柴油抽水機。對于洞內孤石,由于無法采用爆破作業,均為人工鉆孔破碎。

(13)圍堰施工結束后,采用挖掘機配合自卸汽車分層分段開挖拆除,合理調配開挖方量,實行就近工程部位回填原則,同時,挖至設計標高876.5m。

(14)加強對圍堰施工機械及工作人員統一指揮。為防止余震導致山體坍塌、交通事故及施工人員的安全,在山體設置兩道被動防護網,并配備專職安全員巡視危石變化;在 213國道設置一排交通警示標志。為確保圍堰施工車輛安全,限制來往車輛車速。施工汽車輪緣距堰邊緣不少于2.5～3.5m,并安排專人布置標識。在堰體各危險部位分別設置安全警示牌,指揮人員穿救生衣,現場準備救生圈,加強專職安全員的巡視工作。

部分施工情況見圖 1～4。

圖2 尾水橋塌方體開挖

圖3 尾水粘土圍堰及抽排水施工

圖4 尾水圍堰拆除

4 施工保障措施

由于“5.12”地震致使電站尾水出口全部被埋,開挖難度大、危險性高、不確定因素多,根據實際情況,我們采取了以下措施:

(1)河水上漲,流量過大,超過 1000m3/s,堰體外側的大塊石容易被河水沖走而破壞堰體,我們采用了鉛絲石籠人工再次拋投大塊石的措施。

(2)帷幕灌漿滲水嚴重,采用振孔高噴法和常規高噴法組織施工,發揮各自的優勢,互相補充。研制并改進了振孔高噴等造孔機具,提高了造孔速度,確保了造孔精度。根據高壓旋噴不同深度和水下地質條件,制定了不同的施工應對措施,確保了防滲施工質量。

(3)在開挖及填料、抽水過程中,加大了對安全管理的投入,切實制定了安全事故應急救援預案,抓好項目部班組三級教育,安全交底。提高本項目在發生安全事故時的快速處理能力,盡可能地減少事故造成的人員傷亡和財產損失。

(4)為確保各施工作業面工程建設的順利進行,科學實施緊急避險救援預案,防止因自然、地質災害、余震造成的次生災害、衛生防疫、工程質量等各種不安全因素對建設工程、參建人員和機械設備造成重大損失,及時有效的預防各種危險因素造成的重大事故,最大程度地減少人員傷亡及財產損失。

(5)針對震后被深埋在土壤里的遇害人遺體及各種有害物體腐爛過程中各類病菌造成的瘟疫傳播,切實、認真制定詳細的防疫安全應急處理和預防預案,提高三級成員對突發疫情隱患的防疫和自我保護意識。

5 結 語

映秀灣水電站尾水圍堰施工克服了地震塌方體、無詳細地質水文資料、施工強度大、危險性高的困難,采用部分塌方體做堰體回填、防滲帷幕、堰內抽排水的應急預案處理方案是成功的,達到了該工程對圍堰施工、防滲、安全的要求,為類似在地震災害中圍堰施工、防滲、應急預案提供積累了可靠的施工經驗和技術參數。