海南瓊中抽水蓄能電站尾水調壓室初期支護研究

陳釗++晉良海++吳菊華

摘要：海南瓊中抽水蓄能電站尾水調壓室洞室圍巖有白堊系的紫色、紫紅色含礫砂巖、含礫長石石英砂巖為主，夾泥質粉砂巖及泥巖；洞室內存在f11-1斷層，破碎帶寬度1cm至2cm，充填破碎的巖石碎塊碎屑，膠結較差，力學性質較差并伴有地下水滲出。考慮圍巖本身所具有的承載效能，采用新奧法原理施工，依托毫秒微差與光面爆破技術，進行全斷面掘進，并在洞周掛鋼筋網片噴射混凝土加系統錨桿和隨機錨桿形成初期柔性支護，系統錨桿采用梅花型布置。依據洞室開挖效應分析結果確定不利結構面，按照圍巖變形管理等級分檔次確定支護參數。采用理論結果與觀測數據動態嚙合的方法，優化開挖與支護的施工工藝。

Abstract： Tail water surge chamber surrounding rock are Cretaceous purple， purple pebbly sandstone， pebbly feldspathic quartz sandstone of Hainan Qiongzhong pumped storage， with silty sandstone and mudstone； f11-1 fault in underground caverns， with a width of 1cm to 2cm broken rock fragments， filling scraps， poor cementation， poor mechanical properties with water flow. Using the new Austrian method principle construction， after the full section of excavation in the hole around the steel mesh sprayed concrete early support， the initial support using system anchor plus random anchor form. The anchor system into two forms： Phi 25， L=5000mm and 7000mm are alternately arranged； the diameter of 22 L=4000mm， 1500mm row spacing layout. According to the analysis results of excavation effect， the unfavorable structural plane is determined， and the supporting parameters are determined according to the grade of rock deformation management. The construction technology of excavation and support is optimized by means of dynamic meshing between theoretical results and observation data.

關鍵詞：海南瓊中抽水蓄能電站；調壓室；新奧法；初期支護；動態嚙合

Key words： Hainan Qiongzhong pumped storage power station；surge chamber；new Austrian method；initial support；dynamic meshing

中圖分類號：TV732.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0105-03

0 引言

海南瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣境內，工程建成后其主要任務是承擔海南電力系統的調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用和黑啟動等任務。電站尾水調壓室主要包括調壓室上室、連接管（含水平段、彎段及豎井段）、調壓室井體頂部等結構。尾水調壓室豎井中心位于8#施工支洞8支0+538.911m處（尾水調壓室中心線樁號：尾0+042.000），井深95.852m，高程▽289.75～193.898。其中高程▽289.75～267.00開挖斷面為直徑17.7m圓形，高程266.00～215.50開挖斷面為直徑18.3m圓形，高程214.898～193.898開挖斷面為直徑6.7m圓形。調壓室豎井下部與尾水主洞相連。尾水調壓室位于尾水岔洞下游42m尾水主洞上，地表高程490m～502m，井頂拱高程297.9m，井底板高程175.348m，洞室頂拱埋深194m～196m，弱風化以下巖體厚度137m。洞室圍巖有白堊系的紫色、紫紅色含礫砂巖、含礫長石石英砂巖為主，夾泥質粉砂巖及泥巖；該段洞室內未發現有大型構造，已發現的f11-1斷層規模較小，破碎帶寬度只有1cm至2cm，充填破碎的巖石碎塊碎屑，膠結較差，力學性質較差并伴有地下水滲出。與該洞室相近的8#施工支洞內發育的緩傾角節理與陡傾角節理面組合形成不穩定塊體，在施工時曾有過掉塊現象，推測在該洞室內也同樣存在有陡傾角節理與緩傾角節理組合形成不穩定體，施工中有可能產生不穩定的掉塊，需注意安全。在施工過程中還注意在地下水滲出點打排水孔，以防止地下水揚壓力對圍巖造成破壞。因此，為保證施工安全，需根據不同的支護參數，確保豎井開挖一段支護一段。通過理論結果與觀測數據動態嚙合的方法，優化開挖與支護的施工工藝，對并對后期施工提供經驗指導。

1 支護方式及參數

采用新奧法原理施工，此法充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用以錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時對圍巖進行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對圍巖和支護結構的監控、測量來指導地下工程的設計與施工。本項目依托毫秒微差與光面爆破技術，進行全斷面掘進，并在洞周掛鋼筋網片噴射混凝土加系統錨桿和隨機錨桿形成初期柔性支護，系統錨桿采用梅花型布置。

尾水調壓室豎井井身支護有六種方式：

①289.750～267.000段，設置系統錨桿Φ25，L=5000mm與7000mm相間，排距2000m，外露400mm，梅花形布置，共13排，每排27根，噴150mm厚C25砼，掛Φ8@200mm×200mm鋼筋網；

②267.000～215.500段，設置系統錨桿Φ25，L=5000mm與7000mm相間，排距2000mm，外露700mm，梅花形布置，共25排，每排27根，噴150mm厚C25砼，掛Φ8@200mm×200mm鋼筋網；

③215.500～193.898段，設置系統錨桿Φ22，L=4000mm，排距1500mm，外露400mm，梅花形布置，共15排，每排16根，噴100mm厚C25砼。

2 施工布置

2.1 施工通道

尾水調壓室豎井施工通道擬布置兩條，分別為：

通道1：利用8#施工支洞至1#施工支洞道路作為施工設備、材料、人員進出的主要通道，其洞內運距0.9km；

通道2：利用尾水調壓室下平洞至尾水主洞，經6#施工支洞、4#施工支洞、進廠交通洞道路作為主要出渣通道，其洞內運距2.1km。

2.2 提升系統井口平臺

為防止爆破損壞，調壓室豎井全斷面開挖支護約20m后再安裝提升系統井口平臺。井口平臺采用兩根長15.3m的I50c工字鋼作為主梁，其他以I18工字鋼和∠63×63×5角鋼作為次梁，井口中心預留8m*8m方形孔，其余頂部滿鋪3mm厚花紋鋼板，布置示意圖見圖1。

3 施工方法及工藝

3.1 施工程序

先進行尾水調壓室穹頂及豎井下平段和下彎段的開挖及支護施工，完成后再進行井挖，先利用LM-250型反井鉆機開挖成Φ1.4m的導井，再分兩次進行擴挖，第一次擴挖從下往上，即反井擴挖，擴挖直徑為Φ3.4m，第二次正井擴挖剩余部分。開挖過程中，為保證施工安全，需根據不同的支護參數，確保豎井開挖一段支護一段。每排炮開挖結束后，對需要支護的圍巖，尤其是穩定性差的巖體、破碎帶及時進行隨機錨桿、系統錨桿或掛網噴砼支護。

3.2 施工方法

豎井支護包括錨桿施工、掛網噴錨、系統排水孔等施工工序。錨桿造孔采用手風鉆，FCB-250型錨桿注漿機注漿，人工安裝錨桿。掛網噴錨采用？準8鋼筋人工掛網，噴C25混凝土。施工利用吊籠進行，通過吊籠運送人員、材料至工作面進行支護施工，尤其是穩定性差的巖體、破碎帶及時進行隨機錨桿、系統錨桿或掛網噴砼支護。

調壓室豎井有斷層及破碎帶地質條件下滲水比較大的部位，應增設隨機排水孔及時排水。

3.3 支護工程主要工藝

3.3.1 錨桿工程

①錨桿施工工藝流程。

錨桿施工工藝流程見如圖2所示。

②錨桿施工工藝措施。

錨桿造孔采用手風鉆，FCB-250型錨桿注漿機注漿，人工安裝錨桿。

1）造孔（含排水孔）。

鉆孔點有明顯標志，孔位偏差小于100mm。對有特殊要求錨桿孔的孔軸方向應滿足施工圖紙的要求，其系統錨桿的孔軸方向垂直于開挖面，局部加固錨桿的孔軸方向與可能滑動面的交角大于45。錨桿施工按照“先注漿后安錨桿”的程序，水平錨桿施工時為有利于灌漿，可稍微向下傾斜；鎖口錨桿外插角為10°；交叉口周圍的錨桿如距交叉口距離小于1m時，可調整錨桿位置，外插角15°～20°。鉆孔的傾角偏差應小于2°。錨桿孔孔深必須達到設計要求，偏差值不大于50mm。鉆孔完成后用風、水聯合清洗，將孔內松散巖粉和積水清除干凈。

2）錨桿的安裝及注漿。

注漿錨桿選用Ⅲ級螺紋鋼筋；水泥采用強度等級不低于PO42.5普通硅酸鹽水泥；砂采用最大粒徑小于2.5mm的中細砂；砂漿強度等級必須滿足設計要求；在注漿錨桿水泥砂漿中添加速凝劑和其它外加劑，應符合相應規范要求。錨桿注漿的水泥砂漿配合比，在以下規定的范圍內通過試驗選定：灰砂比為1：1～1：2（重量比）；水灰比不大于0.38，最終的配合比經監理工程師確認后方可用于施工。

注漿前，將孔內的巖粉和水吹洗干凈，并用水潤滑管路。錨桿安裝按施工圖要求進行。在錨桿安插時，先將注漿管插至距孔底50～100mm，隨砂漿的注入緩慢均勻拔出，漿液注滿后立即將錨桿插入。注漿過程中，若發現有漿液從錨桿孔附近流出應堵填，以免繼續流漿。漿液一經拌和應盡快使用，拌和后超過規范規定使用時間的漿液應廢棄。無論因任何原因發生注漿中斷，應取出錨桿，并用壓力水在30min內將注漿孔沖洗干凈。如果在重新安裝時發現鉆孔被部分填塞，應復鉆到規定的深度，并且在錨桿安裝后3天內，不得敲擊、碰撞、拉拔錨桿和懸掛重物。

3）隨機錨桿施工。

豎井在開挖過程中，根據實際地質情況對斷層、破碎帶增設隨機錨桿，隨機錨桿作為緊急支護在特殊情況下可采用錨固劑代替砂漿作為錨固材料。

4）錨桿的質量檢驗。

每批錨桿材料均應附有生產廠家的質量證明書，按施工圖紙規定的材質標準以及監理工程師指示的抽檢數量檢驗錨桿性能。按監理工程師指示的抽驗范圍和數量，對錨桿孔的鉆孔規格（孔徑、深度和傾斜度）進行抽查并作好記錄。

3.3.2 噴砼施工工藝

①噴砼施工工藝流程。

噴砼施工工藝流程見如圖3所示。

②噴砼施工工藝措施。

噴砼施工工藝為濕噴法。各工序作業首先要認真遵照設計文件和施工規范（《錨桿噴射混凝土支護技術規范》GB50086—2001）要求進行。結合以往施工經驗，各工序作業要點如下：

1）拌合及運輸：拌和配料嚴格按試驗確定的配合比精確配制攪拌，攪拌時間要足夠，拌制均勻。砼運輸采用砼攪拌運輸車運輸。

2）鋼筋網的規格尺寸滿足施工圖紙要求，其保護層厚度不應小于20mm。鋼筋網沿開挖面鋪設，在巖面初噴一層砼后鋪設。鋼筋網與壁面距離3～5cm。捆扎要牢固，對有凹陷較大部位，可加設膨脹螺栓拉緊鋼筋網，鋼筋的搭接符合規范要求。

3）噴前要點：噴射砼作業分段分片依次進行，區段間的接合部和結構的接縫處做妥善處理，不得漏噴。噴射順序自下而上，一次噴射厚度：邊墻為80～150mm，頂拱為50～80mm；分層噴射時，后一層在前一層砼終凝后進行。

4）養護：噴射砼終凝2h后，噴水養護；養護時間不少于7晝夜。當噴砼周圍的空氣濕度達到或超過85%時，經監理工程師同意后，可進行自然養護。

5）質量檢查：按照規范規定進行噴射砼施工質量抽樣試驗，進行噴射砼抗壓強度試驗，進行噴砼厚度檢查，檢查結果報送監理工程師。

4 結論

①噴錨支護作業應嚴格按照有關的施工規范、規程進行。噴砼施工的位置、面積、厚度等均應符合施工圖紙的規定，做好噴砼的配合比設計。②采用新奧法原理施工，全斷面開挖后在洞周掛鋼筋網片噴射混凝土進行初期支護，初期支護采用系統錨桿加隨機錨桿形式。③采用理論結果與觀測數據動態嚙合的方法，優化開挖與支護的施工工藝。通過理論結果與觀測數據動態嚙合的方法，優化開挖與支護的施工工藝，對并對后期施工提供經驗指導。

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