梅州抽水蓄能電站高壓電纜豎井施工技術(shù)

畢曉偉，陳志遠(yuǎn)

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 工程概況

高壓電纜豎井由上、下豎井及平洞3部分組成，電纜上豎井與開關(guān)站相連，下豎井與主變洞相連。其中高壓電纜上豎井井深為238.1 m，上豎井?dāng)嗝鏋榫匦?1.15 m×10.8 m(井口段大斷面)、9.35 m×9 m(標(biāo)準(zhǔn)斷面)。根據(jù)前期勘探地質(zhì)資料，上豎井段巖性為中粗粒黑云母花崗巖，全風(fēng)化下限高程為683.00 m;強風(fēng)化下限高程為678.00 m;弱風(fēng)化下限高程為666.00 m，地下水位高程為698 m，地質(zhì)條件較差。上豎井最初規(guī)劃采用反井法施工工藝進(jìn)行施工，即反井鉆機Φ200 mm先導(dǎo)孔施工→反井鉆機Φ1.4 m導(dǎo)井反擴(kuò)施工→自下至上一次擴(kuò)挖形成Φ3.5 m溜渣導(dǎo)井→自上至下二次擴(kuò)挖成形。但由于高嶺土具有遇水易軟化的特點，在施工過程中出現(xiàn)鉆桿偏斜率過大、卡鉆、掉鉆等現(xiàn)象。結(jié)合前幾次反井鉆機施工先導(dǎo)孔失敗的案例，經(jīng)綜合分析后，決定不再采用常規(guī)豎井開挖工藝，調(diào)整為正井法全斷面施工方法。下面對該方法進(jìn)行分析介紹。

2 施工方法

2.1 高嶺土段開挖及分層

2.1.1最大分層開挖深度

經(jīng)查閱相關(guān)地質(zhì)資料，全風(fēng)化花崗巖物理性質(zhì)見表1。

表1 高齡土物理力學(xué)性質(zhì)

對于分層垂直開挖，土方在無支護(hù)自由狀態(tài)下可能達(dá)到的最大臨界深度Hcr可采用下式進(jìn)行計算：

(1)

ΔH=2q/γ

(2)

式中Hcr為土方在無支護(hù)自由狀態(tài)下可能達(dá)到的最大臨界深度；q為堆載，此處取10 kN/m2。

計算可得Hcr=87 m，從安全方面考慮，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，最大分層開挖深度取3.0 m。

2.1.2井口以下3 m范圍內(nèi)開挖

測量人員根據(jù)設(shè)計圖紙所示， 利用全站儀在每層開挖前， 放樣出該層開挖輪廓線和孔位布置點， 為后續(xù)開挖提供條件[1]。豎井井口3 m覆蓋層采用反鏟開挖，預(yù)留20 cm人工修邊。渣料由人工配合0.6 m3反鏟出渣，3 t自卸汽車運渣料。開挖完成后立即進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)(型鋼拱架、掛網(wǎng)、錨桿、噴混凝土)，3 m覆蓋層開挖支護(hù)完成后自下而上澆筑襯砌混凝土。

2.1.3剩余土方段開挖

井口3 m以下的V類圍巖采用0.6 m3反鏟開挖，并由反鏟裝渣入2.0 m3吊斗內(nèi)，利用50 t汽車吊提渣。渣料吊至地面上后，吊斗渣料卸至5 t自卸車內(nèi)，再由自卸汽車運至渣場。施工過程中布置2個吊斗并交替運行，進(jìn)而縮短循環(huán)時間[2]。高嶺土松方重量約為1.5 t/m3，吊斗重量為0.58 t，因此，單斗提升重量約為1.5×2+0.58=3.58 t，50 t汽車吊最小起重能力為4.2 t>3.58 t，滿足施工要求。由于高壓電纜豎井井口段開挖斷面較大，為11.15 m×10.8 m，因此出渣量較大，因此在開挖井深大于15 m之后，改用80 t汽車吊加快吊斗提升速度，以滿足現(xiàn)場施工進(jìn)度需要。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，高嶺土層較厚，其厚度約為27.5 m，正井法開挖段井深較大，無施工通道。根據(jù)規(guī)范要求，豎井深度超過15 m時，人員上下采用“之”字形樓梯，并設(shè)護(hù)欄[3]。樓梯采用鋼結(jié)構(gòu)，并參照《15J401》標(biāo)準(zhǔn)圖集，結(jié)合以往施工經(jīng)驗，自行設(shè)計、加工。

2.1.4孤石開挖

豎井土方段內(nèi)若出現(xiàn)孤石，采用松動爆破進(jìn)行破碎，造孔及裝藥參數(shù)根據(jù)孤石尺寸現(xiàn)場確定。爆破時孤石采用3層炮被覆蓋，并采用砂袋壓頂，防止飛石飛至井口。

2.2 系統(tǒng)支護(hù)

根據(jù)設(shè)計圖紙高壓電纜上豎井高齡土段系統(tǒng)支護(hù)采用掛鋼筋網(wǎng)片+系統(tǒng)水泥砂漿錨桿+噴混凝土的形式進(jìn)行。但在鉆孔施工過程中發(fā)現(xiàn)鉆機鉆進(jìn)迅速，無反塵，鉆進(jìn)2.5 m后拔鉆桿，鉆桿退出1 m后就無法再拔出鉆桿，鉆桿卡在孔內(nèi)。因此改用Φ25×5，L=4.5 m自進(jìn)式中空錨桿進(jìn)行施工，該種錨桿具有連續(xù)的國際標(biāo)準(zhǔn)波形螺紋，易于鉆進(jìn)，將錨桿和注漿管的功能合二為一，注漿時它是注漿管，注完漿后無需將它撥出即成為錨桿[4]。相對于傳統(tǒng)的錨固工藝，克服了手風(fēng)鉆造孔后引起的諸如塌孔、鉆桿無法拔出等問題。自進(jìn)式中空錨桿其結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 自進(jìn)式中空錨桿結(jié)構(gòu)示意

2.3 鎖口梁襯砌

高壓電纜上豎井強風(fēng)化下限高程678.00 m，為確保施工安全，根據(jù)設(shè)計要求，開挖完成后及時進(jìn)行鋼筋混凝土鎖口圈梁的施工[5]。在鎖口梁澆筑過程中項目部采用以下措施提高施工效率：

2.3.1滿堂腳手架作業(yè)平臺重復(fù)利用

混凝土澆筑作業(yè)，需要搭設(shè)滿堂腳手架作為施工作業(yè)平臺，腳手架橫距×縱距×步距：1.2 m×1.2 m×1.0 m。由于鎖口梁分倉高度較低，因此滿堂腳手架只需搭設(shè)兩層，總高3.2 m即可滿足施工需要。且平臺承受荷載較低，因此混凝土澆筑期間，基本不會造成腳手架疲勞，進(jìn)而影響其整體穩(wěn)定性。且根據(jù)力的傳遞特點，提升期間，桿件的力傳遞于各扣件上，因此只要扣件承載力設(shè)計值大于腳手架本身自重，提升期間就不會發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。基于此種考慮，項目部為簡化施工流程，加快施工進(jìn)度，高壓電纜豎井腳手架在施工期間采用一次組裝，整體提升，多次循使用的方式。即在腳手架使用完畢后，不對其進(jìn)行拆除，而是采用汽車吊整體提升至井口平臺，在下倉混凝土立模完成后，對腳手架進(jìn)行檢修，再采用汽車吊整體吊放至下方至作業(yè)面重復(fù)利用。以下為腳手架整體提升受力校核：

根據(jù)力的傳遞特點，提升期間，桿件的力傳遞于各扣件上(4根桿，8個扣件)，已知腳手架結(jié)構(gòu)自重:

G=1.2×(NG1K+NG2K)=1.2×(0.76+0.22)=47.04 kN

(3)

因此單個扣件承擔(dān)荷載:

(4)

根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》5.1.7所述，直角扣件、旋轉(zhuǎn)扣件的承載力設(shè)計值為8 kN，因此提升期間結(jié)構(gòu)不會發(fā)生破壞。

2.3.2混凝土入倉

由于高嶺土地質(zhì)段混凝土自上而下分倉澆筑，因此當(dāng)井深較大時如何將混凝土入倉是混凝土澆筑的難點。對此項目部采用了在模板頂部預(yù)留倉口，混凝土倉口每隔1 m布置一個，人工配合天泵將混凝土入倉。

2.3.3混凝土入倉質(zhì)量控制

由于高壓電纜上豎井單倉澆筑高度為3 m，易發(fā)生離析。混凝土澆必須嚴(yán)格按分層、均勻、對稱的要求進(jìn)行，隨澆筑隨振搗。[6]振搗棒插入點即為混凝土入倉口，振搗完成后及時封堵并回填等強混凝土。

3 結(jié)語

梅蓄電站高壓電纜上豎井高嶺土地質(zhì)段采用正井法施工工藝，避免了反井法施工反井鉆先導(dǎo)孔重復(fù)施工的風(fēng)險。并在開挖支護(hù)期間，通過以下幾種方式，克服了大斷面豎井高嶺土地質(zhì)條件下開挖難、支護(hù)難、進(jìn)度慢等問題：

1) 通過汽車吊配合吊斗出渣，方便、快速、機動性好；

2) 人員通過“之”字形鋼爬梯上下工作面最大限度的降低了施工人員高強度作業(yè)后爬井的風(fēng)險；

3) 采用自進(jìn)式中空錨桿進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)解決了高嶺土地質(zhì)條件下普通水泥砂漿錨桿拔桿難、注漿難等問題；

4) 且通過合理的施工組織，保證了開挖、支護(hù)、襯砌等工序間的有效銜接。

合理的施工工藝及施工組織是保證施工有序進(jìn)行、按時完成的重要手段，我項目部通過以上幾種措施，成功在計劃進(jìn)度節(jié)點前完成高壓電纜上豎井高嶺土段開挖支護(hù)作業(yè)。