反導井施工技術在溪古水電站的應用

賀 波, 楊 波

(中國水利水電第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)

1 概 述

溪古水電站位于四川省甘孜州九龍縣境內,是九龍河干流梯級開發(fā)的第一級電站,工程任務以發(fā)電為主,兼顧電站引水后減水河段的環(huán)境生態(tài)用水。電站采用混合式開發(fā),工程由首部樞紐、引水系統及電站廠房三部分組成。首部樞紐工程位于九龍縣城下游約 10km的溪古峽谷內,主要建筑物由混凝土面板堆石壩、溢洪洞、排沙(放空)洞及左岸電站進水口等組成。電站裝機 3臺,單機容量 83MW,總裝機 249MW。位于左岸的溢洪洞工程主要由進水塔、上平段、渦室、渦井及相接的通風洞等組成。溢洪洞的渦室及渦井分別為半徑 5550mm和3550mm的圓形豎井式結構,總開挖高度 97m。溢洪洞平面布置見圖 1。

圖 1 溢洪洞各洞室平面布置圖

2 施工方案的選擇與背景

根據設計優(yōu)化:溢洪洞下部的出水通道由原來的與排沙(放空)洞合二為一改為與導流洞合二為一。這就要求在大壩主河道截流前導流洞應具備的過流條件包括相應的溢洪洞的渦井下部必須完工,即渦井的開挖和支護施工至少要完工,以便在其下部做封閉平臺,既可滿足導流洞過流的需要,同時渦井又可以進行混凝土施工。由于溪古水電站前期施工受種種因素的影響,溢洪道高邊坡開挖及支護施工進度緩慢,如果按照常規(guī)的施工方案(高邊坡開挖支護→上平段洞挖及支護→渦室及穹頂部分洞挖、支護(形成施工作業(yè)平臺)→溜渣導井施工→渦室及渦井擴挖、支護)進行施工,至少需要 11個月時間,遠遠不能滿足大壩主河道截流的節(jié)點工期目標。通過方案比較,認為從過壩交通洞打通大壩的灌漿洞與溢洪洞的通風洞到達渦室,從而進行渦室、渦井的溜渣導井開挖及擴挖的施工方案可縮短直線工期 5個月,能夠為主河道截流目標的實現提供可能。

與此同時,也對溜渣導井的施工方案進行了對比:即采用反井鉆機、人工正導井法和人工反導井法施工。反井鉆機施工安全可靠,但施工費用較高,同時由于灌漿洞及通風洞交通條件的限制,運輸十分不便;人工正導井法施工出渣運輸困難,效率極低,施工進度緩慢,不能滿足工期的要求。經過反復比較方案,最終確定采用人工反導井法施工。只要采取一定的技術、安全保證措施,就能確保安全施工,同時施工成本也可大幅度降低。

3 反導井法施工方案的設計與施工

該工程采用的反導井法施工溜渣導井總體方案為:在渦室內開挖出上部平臺,利用地質鉆機沿渦室渦井的圓心豎直往下鉆孔至下部的導流洞頂板,形成施工作業(yè)用吊籃鋼繩穿繩導孔,人工在吊籃平臺上往上鉆爆開挖 φ2000的溜渣導井。反導井施工示意圖見圖 2。

圖 2 反導井施工示意圖

3.1 上部施工平臺

原設計方案中大壩左岸的灌漿洞沒有與省道改線公路的過壩交通洞相接,但之間相隔也僅有10m。為了加快施工進度,滿足方案的需要,為此,通過與業(yè)主溝通,請設計單位將灌漿洞延伸與交通洞相接(后期將封閉),這樣,施工通道就可以從過壩交通洞→灌漿洞→通風洞→到達渦室上部,形成上部施工作業(yè)平臺。上部施工作業(yè)平臺設置在溢洪洞渦室高程2854.7m,既有足夠的空間進行相應的設施布置,同時又不至于因渦室開挖工程量大使出渣困難而延誤工期和增加成本。

渦室上部的施工作業(yè)平臺主要布置施工吊籃的提升系統。提升機架最簡便的方法就是在穿繩導孔上方用型鋼架設支架,但同時考慮到今后渦井擴挖及混凝土澆筑的需要,最后還是采用在渦室的穹頂頂部設置天錨做為倒向吊點。天錨采用6根 φ25、孔深 6.0m的砂漿錨桿(每根錨桿至少可承受 25kN的拉力,完全滿足要求),在天錨上焊接 φ25圓鋼筋做成的吊環(huán),將倒向用的滑車固定于吊環(huán)上,根據牽引鋼繩直徑及牽引力的要求,倒向滑車采用 100kN。從使用情況看,由于倒向滑車在運行時牽引鋼繩對其輪軸的摩擦會產生一定的損耗,因此倒向滑車應選擇較大型號。提升卷揚機采用 3t(JM-3)卷揚機,卷揚機采用在高程2857.4m平臺上鉆設的 φ25、孔深 1.5m的砂漿錨桿作地錨固定。考慮足夠的安全系數,提升鋼繩選用 φ18.5、6×19mm+1—170kgf/mm2的鋼繩。

3.2 穿繩導孔及通信導孔

吊籃提升鋼繩穿繩導孔設于渦室及渦井的圓心,孔向垂直向下,孔徑為 120mm。由于此孔同時又是反導井人工開挖時的導向孔,直接關系到反導井開挖的方向定位,因此,務必保證其鉆孔的垂直度。施工前,首先由測量人員精確測放出孔位點線,然后將地質鉆機固定于打孔位置,調整鉆桿為垂直角度,隨后進行鉆設,并在鉆設施工前期隨時調整糾正鉆孔方向。整個鉆設過程較為順利,日進尺平均為 7～8m,鉆孔的偏差也較小,能夠滿足施工要求。

反導井施工中的通信聯絡尤為重要,特別是在施工吊籃提升與降落過程中,上部平臺卷揚機操作人員與吊籃中施工人員的及時聯系是保證施工安全的重要保證。而本工程上部平臺與下部導流洞之間沒有直接的通道,相對高度較大、巖體較厚,無法采用對講機等無線設備進行通信。為解決此問題,決定采用有線電話,即在渦井靠擴挖巖壁 800mm處用地質鉆機再行鉆設一 φ120的垂直通信導孔(為安全起見,此孔沒有與穿繩導孔共用),從此孔穿設電話線路(外側用鋼管保護)聯絡上下方的施工情況。

另外,為保證下部施工安全,在兩個孔的四周均設置了圍欄,確保物件不從孔中下落。

3.3 施工吊籃

該工程反導井開挖斷面直徑為 2000mm,為施工作業(yè)人員操作方便,吊籃空間設計為 1200 mm×1200mm的方形,用∠100×5的角鋼焊接成鋼框架,用 5mm厚的花紋鋼板鋪底,四周設置安全鋼欄桿,四角用 φ20的圓鋼做成鋼繩的吊耳。為避免上下運行中反導井巖壁可能的松動巖塊對吊籃中人員造成的不安全,同時又能在掌子面固定位置時鉆孔等的操作方便,在吊籃的上口設計制作了一個活動頂蓋。

3.4 下部通道

反導井下部通道做為人員、機械設備及材料運輸的通道,主要利用已經施工完成的導流洞平段上游洞段。但在反導井施工時導流洞下游出口尚有 30m的洞挖未完成,經過一個汛期,洞內積水較多,人員、機械設備均不能直接進入,曾考慮過從進口抽水,但抽水費用勢必較高。最后采用在消力池前端(導流洞出口)已開挖的底板處用地質鉆機鉆兩個 φ120的排水孔,利用導流洞底板往下游有一定的坡勢自然排水。

3.5 通風排煙

由于反導井施工空間狹小,空氣流通不暢,因此,保證施工過程中良好的通風排煙尤為重要。實際施工中,在反導井下部導流洞中設置了一臺吸出式功率為 11kW的通風機,在反導井內則將φ60的風管接至掌子面處,用空壓機供風進行通風,將煙塵壓到豎井底部,經該部位的吸出式風機抽出洞外。

為解決部分煙塵通過中心穿繩導孔上升進入上部平臺的問題,在上部平臺設置了一臺 5.5kW的吸出式通風機將煙塵吸出洞外。

3.6 反導井施工

通過電話聯絡,上部平臺卷揚機操作人員將提升吊籃的鋼繩從中心穿繩導孔中落下,下部通道施工人員將鋼繩系牢于已裝上風水管、鉆機等設施的吊籃的吊耳上,兩名施工人員進入吊籃(一人為鉆孔施工人員,一人為通信等輔助施工人員),通過電話聯絡,提升吊籃,同時開動空壓機,通過供風管向反導井內輸送新鮮空氣。在吊籃的提升過程中,電話一直保持通話,以便遇到緊急情況時可以隨時停車。當吊籃提升至掌子面可施工位置時,停止提升,施工人員用長短合適的鋼管將吊籃相對固定于四周巖壁,以避免鉆孔施工時吊籃擺動。反導井的鉆孔采用一臺 YT28氣腿鉆鉆孔,鉆孔深度經試驗確定 1.5m最合適。鉆孔完成后,通過信號聯絡,將吊籃下放到底部,裝上已準備好的火工材料重新提升至掌子面,裝藥連線,將電雷管導線引至下部通道安全位置的起爆控制器,同時將吊籃的鋼繩解開,提升至掌子面爆破影響范圍以上,一切就緒后起爆。爆破后往反導井內吹入空壓機的壓縮空氣加速排煙,待煙塵排完并至少等 30min后洞內巖體相對穩(wěn)定時才能進行下一個循環(huán)的施工。

4 施工效果

溢洪洞渦室、渦井溜渣反導井按計劃在 2個月內施工完成,滿足了工期要求,為渦室、渦井的擴挖創(chuàng)造了條件,贏得了時間,也為主河道截流目標的實現提供了保障。

5 結 語

溪古水電站溢洪洞豎井式渦室、渦井在常規(guī)施工方案不成立的情況下,經過方案的比選與優(yōu)化,創(chuàng)造條件進行施工,并成功采用人工反導井開挖施工技術,為工程節(jié)點目標的實現創(chuàng)造了條件,也相對節(jié)約了施工成本。通過此次工程實踐,筆者有以下幾點體會和改進措施,供參考:

(1)嚴格按安全技術操作規(guī)程進行施工是保證反導井順利施工的關鍵;

(2)良好的上下通信聯絡是保證安全施工的前提。該工程采用有線電話實時聯系,克服了以往工程電鈴等信號聯系不確切的問題;

(3)在卷揚機的控制上,筆者認為:如果再增加一個由吊籃上的操作人員可以直接控制的雙控系統將更好。