关于古学水电站埋置式调压室开挖施工技术的探讨

潘大飞

(中国水利水电第十一工程局有限公司第七分局,河南郑州 450000)

关于古学水电站埋置式调压室开挖施工技术的探讨

潘大飞

(中国水利水电第十一工程局有限公司第七分局,河南郑州 450000)

本文通过对古学水电站埋置式调压室穹顶、竖井的开挖支护施工及程序进行总结,为类似工程施工提供一定的借鉴和参考。

埋置式调压室 穹顶 竖井 开挖施工 古学水电站

1 工程概况

1.1 工程概况

古学水电站为圆筒型阻抗式调压室,全地下布置,结构上分为穹顶(EL2305.44～EL2298.0)、竖井(EL2298.0～EL2232.8)、阻抗孔(EL2232.8～EL2223.75)三部分。穹顶高7.44m,体型为中心角123.84°、半径8.137m的半球形球拱,底部位于EL2298.0岩壁梁上;竖井直径14.7m、开挖高度65.2m;阻抗孔直径5m、开挖高度9.05m;调压室总开挖高度为81.69m。调压室采用系统锚杆挂网喷C20混凝土厚10cm进行支护;井筒系统锚杆Φ28,L=6m,排距2m,入岩5m。穹顶及井身采用1m厚钢筋混凝土进行衬砌,混凝土强度等级为C25。

1.2 地质情况

调压室位于定曲河左岸雄厚的山体内,地表基岩裸露、地形陡峻,调压井井身最小水平埋深100m左右,穹顶上覆岩体厚约32m。地层岩性为三迭系灰色钙质、砂质板岩夹灰岩。调压井围岩整体稳定,以III类围岩为主,井身有岩洞溶蚀区;卸荷带水平宽度10m～20m,强风化带下限埋深10m～20m。

2 施工程序及施工规划

2.1 施工程序

施工程序为:施工准备(包括7#施工支洞开挖至竖井处)→EL2291.5(7#施工支洞底板高程)至穹顶(EL2305.44高程)斜坡道路开挖→调压室穹顶(EL2305.44～EL2298高程)开挖→穹顶混凝土衬砌及灌浆→竖井井身EL2298～EL2291.5高程开挖→竖井井身EL2291.5～EL2223.75高程开挖(包括阻抗孔)。

2.2 施工规划

在调压室竖井开挖前先进行穹顶施工。调压室竖井开挖,采用先开挖导井、导洞再扩挖的施工方法。待调压井底部引水隧洞开挖及临时支护完成后,下部出渣通道形成,即可进行导井施工。在EL2291.5高程竖井中心点处布置LM200型反井钻机,自上而下形成Φ216mm导孔;导孔完成后,在竖井底部安装Φ1400mm扩孔钻头,自下而上扩挖形成直径1.4m的中导井,反井钻机扩孔采用清水冷却钻具。由于中导井直径较小,而调压井扩挖断面较大,利用中导井在扩挖时来进行溜渣,极易造成堵塞。施工过程中采用“立面分层、平面分区、现代60挖机扒渣、边开挖边支护”的施工原则进行。

3 施工布置

调压室穹顶开挖衬砌、中导洞开挖支护及竖井扩挖支护施工由7#施工道路、7#支洞(兼上室)进入工作面;竖井下部出渣由6#支洞、6#施工道路转运至弃碴场。竖井施工时在井壁架设临时爬梯,供施工人员上下。

4 施工方法

4.1 调压室穹顶EL2305.44～EL2298高程开挖

穹顶开挖,按分区分层的方式进行,平面上分为3区,分层高度2.5m,先开挖(1)区,然后开挖(2)区和(3)区(详见开挖分区示意图)。(1)区沿7#施工支洞向前掘进,采用梯段爆破的方式进行开挖;开挖至结构边线2～2.5m时采用光面爆破。(2)区与(3)区距离结构面较近,利用(1)区部分未运出爆渣修整成斜面作为施工平台,采用分层光面爆破开挖的方式进行。穹顶开挖分区示意图如图1。

钻爆工作平台由装载机辅助、人工搭设脚手架完成。YT-28手风钻造孔,人工填装乳化炸药,非电毫秒雷管微差爆破;光面爆破时,注意控制周边孔孔距,人工间隔装药,导爆索起爆。爆破石碴采用ZL50侧卸装载机装碴,25t自卸汽车经由7#支洞运出至4#弃渣场;开挖期间对成型开挖面按照设计图纸跟进支护,以确保围岩稳定和施工安全。

4.2 调压室穹顶衬砌、灌浆

穹顶开挖结束,通过对围岩监控量测确认围岩稳定后,即可进行钢筋混凝土衬砌施工。混凝土作为穹顶的永久支护,对其施工质量要严格按规范要求来控制。采用满堂脚手架、大块定型模板进行全断面衬砌。穹顶封顶使用混凝土泵进行作业,以保证封顶混凝土厚度。衬砌完成后,为加强穹顶岩面、初期支护与混凝土衬砌之间的结合,以形成整体受力结构,按设计图纸进行灌浆施工。灌浆按“先回填后固结”的顺序进行,在穹面混凝土达到设计强度的70%后即可进行回填灌浆,回填灌浆结束后7天再进行固结灌浆。

4.3 竖井EL2298～EL2291.5高程开挖施工

EL2298～EL2291.5高程竖井开挖在穹顶永久支护完成后进行。开挖按分区分层的方式进行,平面上分为3区,分层高度2.5m,先开挖①区,然后开挖②区和③区。

4.4 竖井EL2291.5～EL2223.75高程开挖施工(包括阻抗孔)

本段竖井开挖,采用先反井钻机形成导井,再人工开挖形成溜渣中导井,最后人工扩挖井身及阻抗孔的施工顺序。

4.4.1 反井钻机导井施工

(1)施工程序及方法;先从EL2291.5高程平台由上向下钻进Φ 216mm导孔,贯通后,再在下平面连接扩孔钻头,由下向上扩孔,扩孔直径Φ1400mm。施工步骤为:混凝土作业平台施工→反井钻机基础及循环水池施工→主机冷却循环水系统形成→安装反井钻机并进行调试→由上向下钻进Φ216mm先导孔→导孔贯通后换上Φ 1400mm扩孔钻头由下向上进行扩孔施工→扩孔成功后拆除钻机并做好防护。(2)导孔钻进;反井钻机施工的关键在于先导孔钻孔质量,钻通后的偏离误差大小在开钻后无法进行中间检测和控制,只能依靠经验,针对不同的围岩类别,实施不同的钻进压力、转速和适时装配稳定钻杆进行控制。钻进时采用的稳定钻杆加设方法如下:钻进2 m时加设1根,钻进8～10m时再加设1根,然后每钻进15m加设1根。钻进参数选择主要依据地层条件、钻进部位等多方面因素确定。一般按下表所示参数施工,但在施工时根据不同情况予以调整。(3)扩孔钻进;一、拆导孔钻头接扩孔钻头;导孔钻透后,将扩孔钻头和导孔钻头拆卸工具运到调压井下口,通过对讲机联系,上下配合拆下导孔钻头接上扩孔钻头,即可向上扩孔。二、扩孔钻进;当扩孔钻头接好后,慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石,然后停止上提,用最低转速(5～9rpm)旋转,并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏,等刀齿把凸出的岩石破碎掉,再继续给进,当钻进至5m以上,正常扩孔钻进。开始扩孔时,下边要有人观察,将情况及时通知操作人员,等钻头全部均匀接触岩石,才能正常扩孔钻进。为保证钻机和滚刀的使用寿命,一般将系统压力限制在17Mpa之内。在扩孔过程中,当岩石硬度较大,可适当增加钻压,反之可以减少钻压。三、拆机;将扩孔钻头卡固在钢轨上、拆掉钻机的前后斜拉杆和各种油管,将主机从钻架上拆掉,将钻架主机车和一些辅助设备拆下。将扩孔钻头吊牢,将轨道拆掉,将钻头提出孔外。然后将操作车吊上来,再将泵车、油箱冷却器拆下,分别运到出口。全部钻孔工作结束。

4.4.2 竖井(阻抗孔)扩挖施工

扩挖采用人工自上而下、分层爆破来进行,TY-28手风钻钻孔,周边光面爆破,电雷管引爆非电毫秒延期导爆管雷管起爆网络的方式进行起爆,分层开挖高度控制在2.0m以内;挂网锚喷支护紧跟开挖分层施工。

一次扩挖:为避免溜渣时堵孔,爆破时采用密孔小炮,以减小大块石的数量。初拟孔深2.0m,排距50～70cm,间距50～75cm。炸药单耗控制在0.86kg/m3左右,循环进尺1.8～2.0m。二次扩挖:孔径Φ 42mm、光爆孔孔距0.50m、孔深2m,装φ25mm乳化炸药、孔内导爆索,孔外非电微差毫秒雷管分两段起爆;主爆孔孔深2.0m、孔距0.8～1.2m、排距1.0～1.2m,Φ32乳化炸药,非电毫秒雷管孔间微差起爆。炸药单耗控制在0.58kg/m3左右,循环进尺1.8～2.0m。网路参数:上述爆破网路采用孔间微差起爆,孔间微差25ms,排间微差75ms。为减小光爆孔的同段起爆药量,将同段爆破孔数多的分两段起爆。以控制单响装药量,减少爆破振动对竖井的影响。

4.5 竖井支护施工

4.5.1 支护参数

竖井:砂浆锚杆Φ28、L=6.0m、M25、排距2m,挂网喷C20混凝土10cm。阻抗孔:砂浆锚杆Φ22、L=3.0m、M20、排距1.5m,挂网喷C20混凝土10cm。导井:局部挂网,砂浆锚杆Φ25、,L=2.0m、M20,全井喷C20混凝土10cm。

4.5.2 支护施工

竖井支护施工前,先清除开挖表面松动的岩块、浮碴;喷射混凝土施工作业前,先冲洗岩面,并保持岩面湿润,埋设控制混凝土厚度的检验钢筋条,并检查和试运行施工区照明和风水管路。

5 结语

在四川省甘孜州定曲河古学水电站埋置式调压室穹顶、竖井的开挖支护过程中,穹顶开挖合理安排施工程序,竖井采用反井钻机进行导井施工,从而实现了安全快速施工,节约了施工工期和成本,达到了预想效果,为类似工程施工提供了经验。

潘大飞(1975—),男,河南南阳人,工程师,本科,主要从事水利水电工程项目管理工作。