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文檔簡介
1、柬埔寨沃代項(xiàng)目引水隧洞開挖施工技術(shù)摘要:柬埔寨沃代二級水電站工程引水隧洞全長6226.739m,為工程局施工史上最長隧洞,具有隧洞長、斷面小的特點(diǎn),且圍巖地質(zhì)情況較差,雨季地下滲水量大,在施工中存在空間有限,交叉工序多,大型機(jī)械無法運(yùn)用,施工難度大,本文主要通過對施工過程中的研究總結(jié),從施工優(yōu)化角度對沃代隧洞施工技術(shù)進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞:沃代電站引水隧洞開挖施工技術(shù)1工程概述柬埔寨沃代二級水電站工程引水隧洞全長6226.739m,平均縱坡2.71%,隧洞設(shè)計(jì)引用流量62.0m3/s。低壓段長5391.50m為馬蹄形斷面底寬4.5m,洞高5m,低壓隧洞全長采用鋼筋混凝土襯砌;高壓段長835.239m
2、(其中斜井段長度167.83m,高差125m),為圓形斷面,內(nèi)徑為5.0m,高壓管道分別采用鋼筋混凝土、鋼板襯砌。洞室總體埋深較淺,開挖直徑為6m(混凝土襯砌厚度50cm和30cm),主要為類圍巖,圍巖為薄層至中厚層砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖,水平互層或夾層,節(jié)理發(fā)育,裂隙間夾泥。該隧洞具有隧洞長、斷面小的特點(diǎn),且圍巖地質(zhì)情況較差,雨季地下滲水量大,在施工中存在空間有限,交叉工序多,大型機(jī)械無法運(yùn)用,施工難度大,且該引水隧洞為沃代二級水電站關(guān)鍵線路,控制著能否按時(shí)發(fā)電的工期目標(biāo)。2建議設(shè)計(jì)優(yōu)化經(jīng)過對引水隧洞設(shè)計(jì)圖深入研究,為了方便其施工,從而加快施工進(jìn)度,且確保施工安全、經(jīng)濟(jì),主要從以下幾個(gè)方面建
3、議設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化??紤]到引水隧洞斜井段溜碴時(shí)導(dǎo)井容易堵塞和襯砌混凝土等施工困難,建議設(shè)計(jì)將斜井優(yōu)化為豎井或增大傾角。引水隧洞原設(shè)計(jì)開挖斷面為圓型,為了開挖一次成型和石碴裝運(yùn)方便,建議設(shè)計(jì)將圓型開挖斷面優(yōu)化為馬蹄型。引水隧洞不同圍巖類別原設(shè)計(jì)開挖斷面都為直徑6.0m的圓洞,為了襯砌混凝土施工經(jīng)濟(jì)和方便,減少鋼模臺車種類和安拆次數(shù)建議設(shè)計(jì)優(yōu)化為不同圍巖類別的洞段開挖斷面可不同、但襯砌后斷面一致。為確保引水隧洞在施工期的安全和穩(wěn)定,建議設(shè)計(jì)W類圍巖在原初期支護(hù)的基礎(chǔ)上增加鋼拱架支撐,適當(dāng)增加噴錨厚度。3開挖施工引水隧洞開挖采用全斷面一次爆破開挖,在洞挖爆破中,欲實(shí)現(xiàn)良好的爆破效果,對于周邊孔一般采用
4、光面爆破措施,可使隧洞圍巖所受到的爆破破壞和震動大為減輕,增加圍巖的穩(wěn)定和施工安全,為后續(xù)支護(hù)作業(yè)創(chuàng)造條件,且可有效控制洞室超欠挖問題。光爆孔內(nèi)常采用間隔裝藥,且一般要求同時(shí)起爆,為達(dá)到同時(shí)起爆的目的,常規(guī)的方法是各光爆孔采用導(dǎo)爆索貫穿整個(gè)炮孔,將炸藥均勻分布并捆綁在導(dǎo)爆索上,以此達(dá)到良好的光爆效果。但此種裝藥結(jié)構(gòu)較為繁瑣,且不是十分經(jīng)濟(jì),經(jīng)過項(xiàng)目部的仔細(xì)研究,決定采用非電雷管替代導(dǎo)爆索實(shí)施光面爆破。為確保沃代水電站引水隧洞洞室開挖的施工質(zhì)量和安全,并對本工程洞室爆破施工提供科學(xué)依據(jù),優(yōu)化爆破參數(shù),提高施工工效,根據(jù)以往類似工程洞挖施工經(jīng)驗(yàn),結(jié)合該工程地質(zhì)情況及現(xiàn)場實(shí)際情況,項(xiàng)目部專門組織在引
5、水隧洞及施工支洞針對不同圍巖類別(皿、W類圍巖)分別進(jìn)行了爆破試驗(yàn)。爆破鉆孔采用手風(fēng)鉆造孔,孔徑42mm,孔深2.5m。爆破參數(shù)根據(jù)施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),并會同具有豐富爆破經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)爆破人員結(jié)合開挖斷面的地質(zhì)情況,參考類似工程施工經(jīng)驗(yàn)不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,主要參數(shù)。皿類圍巖左右掏槽孔主孔間距3.2m,孔底距30cm,孔向與掌子面夾角60,輔助掏槽孔距主孔50cm,掏槽孔單孔裝藥量2.2kg,周邊孔間距47cm,光爆孔單孔藥量0.72kg,綜合單耗2.2kg,單位面積鉆孔數(shù)3.2。W類圍巖左右掏槽孔主孔間距3.6m,孔向與掌子面夾角60,輔助掏槽孔距主孔0.35cm,掏槽孔單孔裝藥量2.1kg,周邊孔間
6、距40cm,光爆孔單孔藥量0.27與0.36kg交替裝藥,綜合單耗1.02kg,單位面積鉆孔數(shù)2.23。鉆孔、裝藥、爆破過程嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范及爆破設(shè)計(jì)控制施工質(zhì)量爆破順序?yàn)樘筒劭紫软?,輔助孔次之,周邊孔最后響,周邊孔的爆破順序?yàn)轫敼凹斑厜Φ裙獗紫软?,底孔再響。從爆破效果看,洞室成型較好拱部光爆孔半孔殘留率皿類圍巖在90%以上小類圍巖在80%以上,殘留半孔孔壁較為完整,平整度在18cm內(nèi),說明光爆孔線密度較為適中(邊墻半孔殘留較少主要是受水平巖層層理、裂隙發(fā)育影響,存在與洞室軸線夾角較小的裂隙面所致),爆破粒徑及級配均較為適中,無較大或超大塊石,進(jìn)尺循環(huán)在2.32.5m左右。同時(shí),采用非電雷管代
7、替導(dǎo)爆索進(jìn)行光面爆破也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益,以單個(gè)循環(huán)為例,周邊光爆孔為40個(gè),鉆孔深度為2.5m,采用導(dǎo)爆索聯(lián)網(wǎng),所需導(dǎo)爆索約為120m,當(dāng)?shù)貙?dǎo)爆索價(jià)格按1.04美元/米計(jì)算,折合成本為125美元;采用非電雷管爆破,需要非電雷管40個(gè),當(dāng)?shù)胤请娎坠軆r(jià)格按1.35美元/發(fā)計(jì)算,折合成本為54美元。則每個(gè)循環(huán)可節(jié)約成本約71美元,整個(gè)引水隧洞主洞及施工支洞總長近7900m,按平均每個(gè)循環(huán)2.5m計(jì)算,共需3160個(gè)循環(huán),節(jié)約火工材料成本達(dá)224360美元。同時(shí),采用非電雷管代替導(dǎo)爆索后,簡化了裝藥及聯(lián)網(wǎng)施工程序,施工進(jìn)度也得到了大大提高,正常情況下每天開挖支護(hù)可達(dá)2個(gè)循環(huán),曾創(chuàng)造了單月最高進(jìn)尺1
8、50m的效率,有效保證了洞室開挖進(jìn)度。但由于柬埔寨當(dāng)?shù)卣ㄋ幍男阅艿陀趪鴥?nèi)同等炸藥,造成炸藥單耗比國內(nèi)類似工程偏高;且在地質(zhì)不良段,由于巖體結(jié)構(gòu)破碎,采用非電雷管進(jìn)行光面爆破,其爆破效果較不理想,超挖現(xiàn)象較為嚴(yán)重4初期支護(hù)工程區(qū)域圍巖結(jié)構(gòu)多呈水平層狀結(jié)構(gòu),厚度較薄且縱向裂隙發(fā)育,層間夾泥巖,旱季時(shí)無明顯地下水活動,雨季時(shí)地下較為豐富,泥巖層多有滲水。開挖施工中,拱肩及拱腳爆破后成型較為困難,拱肩易坍塌,當(dāng)拱頂圍巖分層較薄時(shí),其穩(wěn)定性較差,開挖后易剝落。經(jīng)參考類似工程經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)情況,隧洞初期支護(hù)視圍巖情況為超前錨桿、鋼支撐、掛鋼筋網(wǎng)、噴砼和系統(tǒng)錨桿的聯(lián)合支護(hù)型式,皿類圍巖主要采用:掛
9、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土、隨機(jī)錨桿的聯(lián)合支護(hù)型式(設(shè)計(jì)僅拱頂支護(hù),邊墻未進(jìn)行初期支護(hù));W、V類圍巖及不良地質(zhì)段主要采用:掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土、系統(tǒng)錨桿、鋼支撐的聯(lián)合支護(hù)型式(V類圍巖及不良地質(zhì)段加設(shè)超前錨桿)和不良地質(zhì)段的初期支護(hù)必須緊跟開挖掌子面,皿類圍巖可遲后開挖掌子面2個(gè)循環(huán)進(jìn)行。根據(jù)開挖完成的隧洞變形觀測,其收斂變形均在規(guī)范允許范圍內(nèi),至今也未發(fā)生任何安全事故,證明該支護(hù)結(jié)構(gòu)是安全可靠的,同時(shí)也是施工較為方便的。但部分設(shè)計(jì)未設(shè)置錨桿的洞室因雨季滲水量較大,洞室拱頂及邊墻表層泥巖軟化剝落而出現(xiàn)小范圍掉塊、塌方現(xiàn)象。拱部塌方的成因主要是由于拱部圍巖水平分層較薄時(shí),開挖爆破后,拱部開挖弧線無法形成,
10、拱肩受開挖線切割呈三角形巖塊,沿裂隙縱隙塌落后,拱部水平巖體臨空跨度過大而發(fā)生坍塌。塌方一般沿洞軸線方向發(fā)展,塌方高度約12m。對于該類塌方,主要采取鋼拱架支護(hù):116工字鋼拱架,結(jié)構(gòu)尺寸按設(shè)計(jì)支護(hù)斷面控制,拱架與巖面間采用短工字鋼支撐,拱架間距1m,打設(shè)22鎖腳錨桿,長度3.0m,每側(cè)拱腳打設(shè)三根;22系統(tǒng)錨桿,長度3.0m,排距與拱架相同,環(huán)向間距1.5m,梅花形布置;掛6.5鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格尺寸20疋0cm;噴砼,厚度應(yīng)保證拱架保護(hù)層要求。邊墻塌方的成因主要是由于邊墻圍巖泥巖層較厚時(shí),遇水后泥巖軟化、膨脹,并造成噴混凝土開裂塌落,當(dāng)泥巖層塌方面積和深度較大時(shí),可能引起上層圍巖塌方。對于該類塌
11、方,主要采取加強(qiáng)錨噴支護(hù):在泥巖層上下較好巖層上各打設(shè)一排巾22系統(tǒng)錨桿,長度3.0m,間距2m,梅花形布置,錨桿間采用22鋼筋連接呈網(wǎng)狀掛鋼筋網(wǎng);噴砼,厚度應(yīng)保證鋼筋保護(hù)層要求,塌方空腔采用同級噴混凝土分層噴護(hù)回填。5施工機(jī)械設(shè)施洞室開挖施工造孔設(shè)備由于洞室作業(yè)空間有限,采用機(jī)械鉆機(jī)如多臂鉆機(jī)等鉆孔效率較低,因此項(xiàng)目部采用目前普遍使用的YT28手風(fēng)鉆,施工經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)均較為成熟,設(shè)備性能也較為穩(wěn)定。由于洞室開挖斷面小,洞室施工控制線路長,為保證開挖進(jìn)度,項(xiàng)目部綜合洞室特征及廠家設(shè)備性能等,最終將原招投標(biāo)文件中的扒渣機(jī)(LWZ160)配8t自卸汽車的洞碴裝運(yùn)設(shè)備優(yōu)化為側(cè)卸式裝載機(jī)(ZL40B)配
12、5t自卸汽車的出碴方案,并積極與裝載機(jī)生產(chǎn)廠家進(jìn)行交流協(xié)商,對裝載機(jī)的高度及寬度均進(jìn)行了優(yōu)化,以方便在洞室有限的施工空間內(nèi)迅速出碴。從開挖進(jìn)度來看,每天開挖支護(hù)循環(huán)能達(dá)5m,說明開挖設(shè)備的選型及數(shù)量配置均較為合理,為洞室開挖的迅速施工提供了充分保證。6配套輔助設(shè)施地下洞室施工期間的通風(fēng)排煙問題,是一個(gè)十分復(fù)雜的問題,對施工成本、進(jìn)度、環(huán)境、職業(yè)健康等方面影響較大,目前地下洞室施工常用通風(fēng)排煙一般采用自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)(壓入式、吸出式及混合式)等方式。其中自然通風(fēng)一般只適用于長度小于50m的隧道或正導(dǎo)井法施工的敞開式豎井,由于沃代工程施工洞線較長(最大通風(fēng)距離達(dá)1500m左右),而且施工支洞與主
13、洞交匯處、主洞均存在轉(zhuǎn)彎,從施工支洞進(jìn)入主洞后向上下游分出兩個(gè)新的工作面,自然通風(fēng)存在困難,項(xiàng)目部最終根據(jù)施工特點(diǎn)及各洞室開挖控制洞線長度分別選用2X55kW或2X37kW電動軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械壓入式通風(fēng)。通風(fēng)機(jī)布置在進(jìn)口部位,距洞口3.0m以上,以免洞內(nèi)排出的煙塵被再次吸入洞中,考慮到不影響隧洞拱部觀測,通風(fēng)管路全部布置在洞頂,通風(fēng)管離工作面20m左右(以不被爆破飛石打壞為準(zhǔn)),其前端用廢舊通風(fēng)管盡量接近工作面,在洞口安裝三岔控制管調(diào)節(jié)風(fēng)向及風(fēng)量。從施工情況來看,該方案前期因洞室線路較短,洞內(nèi)通風(fēng)排煙情況較為理想,施工環(huán)境較好,有效保證了施工進(jìn)度及施工人員健康,通風(fēng)排煙時(shí)間較短;但由于后期進(jìn)入主洞時(shí)間較長,洞室線路加長后(最大通風(fēng)距離達(dá)1500m左右),該方案的通風(fēng)排煙情況較不理想,通風(fēng)排煙時(shí)間在3個(gè)小時(shí)以上,且由于上、下游工作面的開挖施工完成時(shí)間不一樣,造成開挖爆破煙塵被吹至相鄰上、下游的施工區(qū)域,建議類似工程在洞室過長時(shí)可綜合考慮通風(fēng)豎井、機(jī)械吸出式等通風(fēng)措施。7結(jié)語2011年8月15日,沃代二級電站引水隧洞全線貫通,施工進(jìn)度基本符合進(jìn)度計(jì)劃要求,未發(fā)生安全及質(zhì)量事故,洞室平均超挖控制值在20cm內(nèi),均處于可控范圍內(nèi),受到監(jiān)理、業(yè)主及當(dāng)?shù)卣囊恢潞迷u。目前國
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