關于古學水電站埋置式調壓室開挖施工技術的探討

潘大飛

(中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局,河南鄭州 450000)

關于古學水電站埋置式調壓室開挖施工技術的探討

潘大飛

(中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局,河南鄭州 450000)

本文通過對古學水電站埋置式調壓室穹頂、豎井的開挖支護施工及程序進行總結,為類似工程施工提供一定的借鑒和參考。

埋置式調壓室 穹頂 豎井 開挖施工 古學水電站

1 工程概況

1.1 工程概況

古學水電站為圓筒型阻抗式調壓室,全地下布置,結構上分為穹頂(EL2305.44～EL2298.0)、豎井(EL2298.0～EL2232.8)、阻抗孔(EL2232.8～EL2223.75)三部分。穹頂高7.44m,體型為中心角123.84°、半徑8.137m的半球形球拱,底部位于EL2298.0巖壁梁上;豎井直徑14.7m、開挖高度65.2m;阻抗孔直徑5m、開挖高度9.05m;調壓室總開挖高度為81.69m。調壓室采用系統錨桿掛網噴C20混凝土厚10cm進行支護;井筒系統錨桿Φ28,L=6m,排距2m,入巖5m。穹頂及井身采用1m厚鋼筋混凝土進行襯砌,混凝土強度等級為C25。

1.2 地質情況

調壓室位于定曲河左岸雄厚的山體內,地表基巖裸露、地形陡峻,調壓井井身最小水平埋深100m左右,穹頂上覆巖體厚約32m。地層巖性為三迭系灰色鈣質、砂質板巖夾灰巖。調壓井圍巖整體穩定,以III類圍巖為主,井身有巖洞溶蝕區;卸荷帶水平寬度10m～20m,強風化帶下限埋深10m～20m。

2 施工程序及施工規劃

2.1 施工程序

施工程序為:施工準備(包括7#施工支洞開挖至豎井處)→EL2291.5(7#施工支洞底板高程)至穹頂(EL2305.44高程)斜坡道路開挖→調壓室穹頂(EL2305.44～EL2298高程)開挖→穹頂混凝土襯砌及灌漿→豎井井身EL2298～EL2291.5高程開挖→豎井井身EL2291.5～EL2223.75高程開挖(包括阻抗孔)。

2.2 施工規劃

在調壓室豎井開挖前先進行穹頂施工。調壓室豎井開挖,采用先開挖導井、導洞再擴挖的施工方法。待調壓井底部引水隧洞開挖及臨時支護完成后,下部出渣通道形成,即可進行導井施工。在EL2291.5高程豎井中心點處布置LM200型反井鉆機,自上而下形成Φ216mm導孔;導孔完成后,在豎井底部安裝Φ1400mm擴孔鉆頭,自下而上擴挖形成直徑1.4m的中導井,反井鉆機擴孔采用清水冷卻鉆具。由于中導井直徑較小,而調壓井擴挖斷面較大,利用中導井在擴挖時來進行溜渣,極易造成堵塞。施工過程中采用“立面分層、平面分區、現代60挖機扒渣、邊開挖邊支護”的施工原則進行。

3 施工布置

調壓室穹頂開挖襯砌、中導洞開挖支護及豎井擴挖支護施工由7#施工道路、7#支洞(兼上室)進入工作面;豎井下部出渣由6#支洞、6#施工道路轉運至棄碴場。豎井施工時在井壁架設臨時爬梯,供施工人員上下。

4 施工方法

4.1 調壓室穹頂EL2305.44～EL2298高程開挖

穹頂開挖,按分區分層的方式進行,平面上分為3區,分層高度2.5m,先開挖(1)區,然后開挖(2)區和(3)區(詳見開挖分區示意圖)。(1)區沿7#施工支洞向前掘進,采用梯段爆破的方式進行開挖;開挖至結構邊線2～2.5m時采用光面爆破。(2)區與(3)區距離結構面較近,利用(1)區部分未運出爆渣修整成斜面作為施工平臺,采用分層光面爆破開挖的方式進行。穹頂開挖分區示意圖如圖1。

鉆爆工作平臺由裝載機輔助、人工搭設腳手架完成。YT-28手風鉆造孔,人工填裝乳化炸藥,非電毫秒雷管微差爆破;光面爆破時,注意控制周邊孔孔距,人工間隔裝藥,導爆索起爆。爆破石碴采用ZL50側卸裝載機裝碴,25t自卸汽車經由7#支洞運出至4#棄渣場;開挖期間對成型開挖面按照設計圖紙跟進支護,以確保圍巖穩定和施工安全。

4.2 調壓室穹頂襯砌、灌漿

穹頂開挖結束,通過對圍巖監控量測確認圍巖穩定后,即可進行鋼筋混凝土襯砌施工。混凝土作為穹頂的永久支護,對其施工質量要嚴格按規范要求來控制。采用滿堂腳手架、大塊定型模板進行全斷面襯砌。穹頂封頂使用混凝土泵進行作業,以保證封頂混凝土厚度。襯砌完成后,為加強穹頂巖面、初期支護與混凝土襯砌之間的結合,以形成整體受力結構,按設計圖紙進行灌漿施工。灌漿按“先回填后固結”的順序進行,在穹面混凝土達到設計強度的70%后即可進行回填灌漿,回填灌漿結束后7天再進行固結灌漿。

4.3 豎井EL2298～EL2291.5高程開挖施工

EL2298～EL2291.5高程豎井開挖在穹頂永久支護完成后進行。開挖按分區分層的方式進行,平面上分為3區,分層高度2.5m,先開挖①區,然后開挖②區和③區。

4.4 豎井EL2291.5～EL2223.75高程開挖施工(包括阻抗孔)

本段豎井開挖,采用先反井鉆機形成導井,再人工開挖形成溜渣中導井,最后人工擴挖井身及阻抗孔的施工順序。

4.4.1 反井鉆機導井施工

(1)施工程序及方法;先從EL2291.5高程平臺由上向下鉆進Φ 216mm導孔,貫通后,再在下平面連接擴孔鉆頭,由下向上擴孔,擴孔直徑Φ1400mm。施工步驟為:混凝土作業平臺施工→反井鉆機基礎及循環水池施工→主機冷卻循環水系統形成→安裝反井鉆機并進行調試→由上向下鉆進Φ216mm先導孔→導孔貫通后換上Φ 1400mm擴孔鉆頭由下向上進行擴孔施工→擴孔成功后拆除鉆機并做好防護。(2)導孔鉆進;反井鉆機施工的關鍵在于先導孔鉆孔質量,鉆通后的偏離誤差大小在開鉆后無法進行中間檢測和控制,只能依靠經驗,針對不同的圍巖類別,實施不同的鉆進壓力、轉速和適時裝配穩定鉆桿進行控制。鉆進時采用的穩定鉆桿加設方法如下:鉆進2 m時加設1根,鉆進8～10m時再加設1根,然后每鉆進15m加設1根。鉆進參數選擇主要依據地層條件、鉆進部位等多方面因素確定。一般按下表所示參數施工,但在施工時根據不同情況予以調整。(3)擴孔鉆進;一、拆導孔鉆頭接擴孔鉆頭;導孔鉆透后,將擴孔鉆頭和導孔鉆頭拆卸工具運到調壓井下口,通過對講機聯系,上下配合拆下導孔鉆頭接上擴孔鉆頭,即可向上擴孔。二、擴孔鉆進;當擴孔鉆頭接好后,慢速上提鉆具。直到滾刀開始接觸巖石,然后停止上提,用最低轉速(5～9rpm)旋轉,并慢慢給進、保證鉆頭滾刀不受過大的沖擊而破壞,等刀齒把凸出的巖石破碎掉,再繼續給進,當鉆進至5m以上,正常擴孔鉆進。開始擴孔時,下邊要有人觀察,將情況及時通知操作人員,等鉆頭全部均勻接觸巖石,才能正常擴孔鉆進。為保證鉆機和滾刀的使用壽命,一般將系統壓力限制在17Mpa之內。在擴孔過程中,當巖石硬度較大,可適當增加鉆壓,反之可以減少鉆壓。三、拆機;將擴孔鉆頭卡固在鋼軌上、拆掉鉆機的前后斜拉桿和各種油管,將主機從鉆架上拆掉,將鉆架主機車和一些輔助設備拆下。將擴孔鉆頭吊牢,將軌道拆掉,將鉆頭提出孔外。然后將操作車吊上來,再將泵車、油箱冷卻器拆下,分別運到出口。全部鉆孔工作結束。

4.4.2 豎井(阻抗孔)擴挖施工

擴挖采用人工自上而下、分層爆破來進行,TY-28手風鉆鉆孔,周邊光面爆破,電雷管引爆非電毫秒延期導爆管雷管起爆網絡的方式進行起爆,分層開挖高度控制在2.0m以內;掛網錨噴支護緊跟開挖分層施工。

一次擴挖:為避免溜渣時堵孔,爆破時采用密孔小炮,以減小大塊石的數量。初擬孔深2.0m,排距50～70cm,間距50～75cm。炸藥單耗控制在0.86kg/m3左右,循環進尺1.8～2.0m。二次擴挖:孔徑Φ 42mm、光爆孔孔距0.50m、孔深2m,裝φ25mm乳化炸藥、孔內導爆索,孔外非電微差毫秒雷管分兩段起爆;主爆孔孔深2.0m、孔距0.8～1.2m、排距1.0～1.2m,Φ32乳化炸藥,非電毫秒雷管孔間微差起爆。炸藥單耗控制在0.58kg/m3左右,循環進尺1.8～2.0m。網路參數:上述爆破網路采用孔間微差起爆,孔間微差25ms,排間微差75ms。為減小光爆孔的同段起爆藥量,將同段爆破孔數多的分兩段起爆。以控制單響裝藥量,減少爆破振動對豎井的影響。

4.5 豎井支護施工

4.5.1 支護參數

豎井:砂漿錨桿Φ28、L=6.0m、M25、排距2m,掛網噴C20混凝土10cm。阻抗孔:砂漿錨桿Φ22、L=3.0m、M20、排距1.5m,掛網噴C20混凝土10cm。導井:局部掛網,砂漿錨桿Φ25、,L=2.0m、M20,全井噴C20混凝土10cm。

4.5.2 支護施工

豎井支護施工前,先清除開挖表面松動的巖塊、浮碴;噴射混凝土施工作業前,先沖洗巖面,并保持巖面濕潤,埋設控制混凝土厚度的檢驗鋼筋條,并檢查和試運行施工區照明和風水管路。

5 結語

在四川省甘孜州定曲河古學水電站埋置式調壓室穹頂、豎井的開挖支護過程中,穹頂開挖合理安排施工程序,豎井采用反井鉆機進行導井施工,從而實現了安全快速施工,節約了施工工期和成本,達到了預想效果,為類似工程施工提供了經驗。

潘大飛(1975—),男,河南南陽人,工程師,本科,主要從事水利水電工程項目管理工作。