第十二章 壓力管道工程施工

第十二章壓力管道工程施工12.1工程特性12.1.1結(jié)構(gòu)特性本標(biāo)壓力管道采用斜井布置，根據(jù)施工能力在高程1029.00m增設(shè)一平段，壓力管道由三個(gè)平段、兩個(gè)斜井組成，斜井段與水平面夾角50°。圍巖為Ⅲ、Ⅳ類，Ⅲ類水平投影長度84m，Ⅳ類水平投影長度196m，壓力管道由上平段、上斜井段、中平段、下斜井段和下平段組成，主管總長438.04m，主管樁號(管)0+000.00～(管)0+280.95m，內(nèi)徑3.25m，最大流速5.06m/s，最長支管長43.18m，支管內(nèi)徑2.3m，最大流速5.05m/s。每條支管末端與球閥相連。壓力管道全部采用鋼板襯砌。外包60cm厚微膨脹混凝土。并對平段混凝土頂拱進(jìn)行回填灌漿處理，對Ⅳ類、Ⅴ類圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。經(jīng)初步結(jié)構(gòu)計(jì)算，為了降低施工難度，高水頭部分鋼管采用了高強(qiáng)鋼，鋼管采用Q345C鋼材和16MnR鋼材。壓力管道主管在管0+000.00～管0+157.15之間用Q345C鋼材，壁厚度為16～28mm，主管在樁號管0+157.15m以后壁厚度為28～34mm，16MnR鋼材用于支管和岔管，岔管壁厚為46mm；支管壁厚度為24mm。為了保證鋼管抗外壓穩(wěn)定，在主管沿線每2.0m設(shè)置一道高25cm厚20mm的加勁環(huán)。壓力管道施工時(shí)有閥室交通洞、7＃、9＃施工支洞提供施工道路。表12.1-1主要工程量表序號項(xiàng)目名稱單位工程量備注地下洞室開挖1斜井石方洞挖m339442豎井石方開挖m316563平洞石方開挖m32240永久支護(hù)1錨桿(Ф22，L=2.5m))根2086初期支護(hù)1Ⅲ類圍巖延m842Ⅳ類圍巖段初期支支護(hù)延m196鉆孔和灌漿1固結(jié)灌漿m43362回填灌漿m222163接觸灌漿m2200混凝土工程1C20微膨脹砼砼(斜井襯砌)m318392C20微膨脹砼砼(豎井襯砌)m37723C20微膨脹砼砼(平洞襯砌)m35454C20砼(鋼板板襯砌回填填)m35945鋼筋制安t1812.1.2地質(zhì)特性壓力管道：平管段，長度39.7m，屬Ⅲ類圍巖。斜井段高程1004.5～1021.8m、豎井段高程1122.8～1140.0m為屬Ⅱ～Ⅲ類圍巖，其余高程井段為屬Ⅲ類圍巖。洞壁圍巖中陡傾角裂隙與層面相互組合存在不穩(wěn)定楔形體，特別是斜井與上、下平管的結(jié)合部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成不穩(wěn)定圍巖，施工中應(yīng)及時(shí)支護(hù)并采取相應(yīng)的處理措施。下平管段，長度64.5m，為Ⅲ～Ⅳ類圍巖，巖層較平緩，粉砂巖與夾層之間層間結(jié)合力較弱，洞頂易產(chǎn)生脫層垮塌，施工中應(yīng)注意。建議施工中采取支護(hù)并加強(qiáng)排水措施。12.2施工規(guī)劃及程序根據(jù)招標(biāo)圖紙及技術(shù)資料，壓力管道采用鋼管作為里襯，該部位施工規(guī)劃如下所述：壓力管道由三個(gè)平段、兩個(gè)斜井組成，斜井段與水平面夾角50°。壓力管道由上平段、上斜井段、中平段、下斜井段和下平段組成，主管總長438.04m，內(nèi)徑3.25m。施工時(shí)有閥室交通洞、7＃、9＃施工支洞提供施工道路。閥室交通洞負(fù)責(zé)上平洞開挖，7＃支洞負(fù)責(zé)上斜井段及中平段開挖，9＃支洞負(fù)責(zé)下平段及岔管段開挖。壓力管道施工順序主要在上平段、中平段、下平段開挖完成后進(jìn)行斜井段開挖。針對斜井段與水平面夾角50°的施工特點(diǎn)，我局將組織一批專業(yè)的鉆井施工隊(duì)伍進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，以保證斜井段開挖的質(zhì)量。在壓力管道開挖完成及廠房下部開挖完成后進(jìn)行鋼管的安裝，鋼管從各支洞運(yùn)進(jìn)，岔管從廠房端向支洞岔口方向安裝。洞內(nèi)混凝土按鋼管安裝程序分18m為一段進(jìn)行回填混凝土施工。在壓力管道施工結(jié)束后，再進(jìn)行支洞的封堵。壓力管道施工程序框圖岔管、支管回填混凝土岔管、支管回填混凝土閥室交通洞、7#、9#施工支洞施工上、中、下平段壓力主管臨時(shí)支護(hù)岔管和高壓支管開挖壓力主管鋼管安裝岔管安裝主管回填混凝土灌漿施工支洞封堵支管安裝上、中、下平段壓力主管開挖施工準(zhǔn)備及風(fēng)水電系統(tǒng)岔管和高壓支管臨時(shí)支護(hù)上、下斜井段壓力主管開挖岔管和高壓支管臨時(shí)支護(hù)上、下斜井段壓力主管開挖上、下斜井段壓力主管臨時(shí)支護(hù)上、下斜井段壓力主管臨時(shí)支護(hù)12.3洞內(nèi)布置12.3.1施工供風(fēng)、供水施工供風(fēng)、供水由閥室交通洞、7＃、9#施工支洞洞內(nèi)供風(fēng)、水系統(tǒng)引入。壓力管道采用Φ4″供風(fēng)管、Φ3″供水管，均布置于進(jìn)洞右側(cè)，隨開挖延伸。12.3.2施工供電施工供電由施工支洞外的供電系統(tǒng)供給，照明利用行燈變壓器降為36V引入，布置于進(jìn)洞右側(cè)，隨開挖延伸。動(dòng)力線路布設(shè)高度2.5m左右，照明電源采用36V安全電壓，利用行燈變壓器降壓引入洞內(nèi)。12.3.3通風(fēng)散煙洞內(nèi)通風(fēng)散煙利用閥室交通洞、7＃、9#施工支洞布置的2×37kw軸流風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，由閥室交通洞、7＃、9#施工支洞內(nèi)的供風(fēng)管路接入φ600cm帆布風(fēng)筒通風(fēng)，布在施工支洞頂端；另外各工作面配置一臺11kw移動(dòng)式風(fēng)機(jī)輔助。12.3.4施工排水施工污水處理考慮到開挖可能出現(xiàn)的洞內(nèi)涌水，洞內(nèi)排水采用設(shè)置排水溝和集水坑安置抽水設(shè)備抽排的方式，排水溝設(shè)置在隧洞右側(cè)，尺寸為30×20cm，集水坑尺寸為150×50×80cm（長×寬×高）。散水及涌水的處理若發(fā)現(xiàn)散水，在出現(xiàn)散水處，安置PC排水花管，用速凝砼藥卷封口。散水通過PC排水花管排至洞內(nèi)排水溝內(nèi)，再匯入集水坑，最后和施工污水一道排出洞外。涌水的處理在出現(xiàn)涌水位置的附近設(shè)置集水坑，再在集水坑與涌水處設(shè)排水溝或安置PC排水花管，將水引至集水坑內(nèi)，最后和施工污水一道排出洞外。12.3.5洞內(nèi)交通及出碴閥室交通洞、7＃、9#施工支洞為壓力管道提供洞內(nèi)施工道路。壓力管道平洞交通采用5t自卸汽車運(yùn)輸，斜井段采用卷揚(yáng)機(jī)配自制鋼架工作平臺(載重量5t)進(jìn)行人員及材料運(yùn)輸。洞內(nèi)出碴除閥室交通洞控制段采用LZL-120型扒碴機(jī)配S8型梭礦車運(yùn)輸；其余洞段均采用LZL-120型扒碴機(jī)配5t自卸氣車運(yùn)輸，洞外采用PC220裝15t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至指定棄碴場。12.4壓力管道開挖及支護(hù)12.4.1爆破試驗(yàn)在壓力管道開挖前，為保證開挖質(zhì)量，擬準(zhǔn)備在6#支洞內(nèi)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康模罕M可能選用最合理的爆破參數(shù)，試驗(yàn)內(nèi)容為鉆孔孔深、孔間排距、裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥方式、裝藥藥量、堵塞長度、半孔率、圍巖應(yīng)力變化等。12.4.2洞挖施工方案壓力管道較短，考慮到Ⅲ、Ⅳ圍巖穩(wěn)定性、斷面形式和施工的方便：Ⅲ、Ⅳ類圍巖均采用全斷面開挖。壓力管道施工順序主要在上平段、中平段、下平段開挖完成后進(jìn)行斜井段開挖。壓力管道平管段開挖采用人工手風(fēng)鉆開挖，鉆爆法全斷面一次爆破成形作業(yè)；豎井段采用LM-200反井鉆機(jī)開挖，分導(dǎo)洞和擴(kuò)挖兩次成形；斜管段采用TD-20×20爬罐開挖，分導(dǎo)洞和擴(kuò)挖兩次成形。人工裝藥，黃泥團(tuán)堵塞，毫秒微差非電管引爆2#巖石乳化炸藥實(shí)施爆破，周邊光面爆破，嚴(yán)格遵循新奧法施工工藝進(jìn)行施工。平管段開挖斷面采用手風(fēng)鉆五星直眼掏槽，外附輔助掏槽增加掏槽力度。進(jìn)入正常循環(huán)后，每循環(huán)鉆孔深（Ⅲ）3.0m、（Ⅳ）2.5m。出碴采用LZL-120型扒渣機(jī)裝碴，15t自卸汽車運(yùn)輸至碴場分區(qū)堆放。出碴后，掌子面的安全處理采用人工清理。洞挖作業(yè)參數(shù)見表表12.4-1洞挖施工參數(shù)表施工參數(shù)表名稱單位Ⅱ類圍巖Ⅲ類圍巖Ⅳ類圍巖備注斷面參數(shù)斷面形式馬蹄型斷面尺寸m4.0×5.224.0×5.224.0×5.22開挖面積m222.7722.7722.77鉆孔參數(shù)鉆具YT-28鉆具數(shù)量臺555鉆孔直徑mm424242掏槽形式直眼五心掏槽鉆孔數(shù)量個(gè)/循環(huán)727272鉆孔深(單孔))m/循環(huán)3.03.02.0鉆孔總長m/循環(huán)216216144進(jìn)尺率%909085進(jìn)尺m/循環(huán)2.72.71.7開挖體積m3/循環(huán)61.4861.4838.71裝藥爆破參數(shù)總裝藥量kg/循環(huán)77.6677.66446.4單耗藥量kg/m31.141.141.0212.4.3壓力管道開挖12.4.3.1平管段開挖采用鉆爆法全斷面掘進(jìn)，YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，人工裝2#巖石乳化炸藥，非電雷管毫秒微差擠壓爆破，周邊實(shí)施光面爆破以保證開挖質(zhì)量。開挖后，及時(shí)采用噴錨砼等進(jìn)行安全支護(hù)。洞內(nèi)出碴采用LZL-120型扒碴機(jī)裝碴，S8型梭礦車出碴；洞外PC220裝15t自卸汽車運(yùn)輸至指定碴場分區(qū)堆放。12.4.3.2斜井段開挖上斜井段開挖，先人工持YT-28型手風(fēng)鉆由6＃支洞向下開挖4～5m，以安裝反井鉆機(jī)，然后采用LM-200型反井鉆機(jī)開挖，最后人工持YT-28型手風(fēng)鉆擴(kuò)挖成型。反井鉆機(jī)導(dǎo)孔直徑為0.216cm，擴(kuò)空直徑現(xiàn)定為1.4m。本標(biāo)壓力管道開挖難點(diǎn)主要為下斜井段，下斜井段開挖主要采用：TD-20×20爬罐向上開挖1.5×2.0m大小導(dǎo)洞，然后人工持YT-28型手風(fēng)鉆進(jìn)行擴(kuò)挖成型。12.4.3.3支管開挖支管開挖采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，人工裝2#巖石乳化炸藥，非電毫秒微差爆破，周邊采用光面爆破。以保證開挖質(zhì)量。出碴利用LZL-120扒碴機(jī)裝S8梭礦車運(yùn)至洞外，15t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)洞碴至棄碴場分區(qū)堆放。開挖后，及時(shí)采用噴錨砼等進(jìn)行安全支護(hù)。考慮到支管將作為廠房下部開挖的交通通道，需將1＃、2＃支管擴(kuò)挖成4.5×4.5m城門洞形。12.4.4不良地質(zhì)帶處理特殊地質(zhì)段是指巖體特別不穩(wěn)定，需要采取臨時(shí)安全支護(hù)或其他特殊處理方法的洞段。由于本工程的總體地質(zhì)為Ⅲ、Ⅳ類圍巖，這里所提出的特殊地質(zhì)段的處理僅僅是一種方法上的考慮，有這種施工準(zhǔn)備，并不一定會(huì)付諸實(shí)施。開挖經(jīng)過斷層帶或斷層破碎帶時(shí)，一般沿洞頂設(shè)置Φ25@1.0m，L=2.5～3m的超前錨桿鎖固圍巖外壁，采用“淺眼（1～1.5m）、密孔、少藥量，短進(jìn)尺、多循環(huán)”的施工方案，必要時(shí)采取導(dǎo)坑領(lǐng)進(jìn)二次擴(kuò)挖成型施工，施工過程中嚴(yán)格控制藥量。導(dǎo)坑開挖時(shí)按先上導(dǎo)坑領(lǐng)進(jìn)后下部擴(kuò)挖的方式進(jìn)行,采用錨噴支護(hù)結(jié)合花拱架或鋼支撐安全支護(hù)，特差地段可輔以環(huán)型開挖及管棚施工。同時(shí)進(jìn)行必要的超前探測，充分了解前方圍巖情況，制定相應(yīng)的施工措施和對策。對圍巖不穩(wěn)定的圍巖段：按淺眼（1～1.5m）、密孔、少藥量、多循環(huán)的方案施工，毫秒微差擠壓光面爆破。開挖過程中嚴(yán)格控制裝藥量，盡可能小地?cái)_動(dòng)周邊圍巖，單循環(huán)進(jìn)尺控制在1.2m以內(nèi)。對于地下水發(fā)育段采取“引、排、堵”結(jié)合的綜合措施。上部爆破后實(shí)施噴錨和花拱架支護(hù)，最后擴(kuò)挖?；ü凹懿捎忙?5/Φ16制作，邊長25～30cm，間距0.5～0.8m。不良地質(zhì)地段圍巖開挖的一般原則如下：1、軟弱地質(zhì)段：采用“淺孔、少藥、多循環(huán)”的方法鉆孔爆破，并在圓拱部位設(shè)置Φ22L=2.5~3.0m的錨桿，其間距為1.0~1.2m，排距為1.2~1.5m；若錨桿仍不足以保持圍巖穩(wěn)定，則同時(shí)進(jìn)行噴砼（C25，厚度為3~10cm）封閉巖面，并視情況是否需要加掛φ8＠20×20的鋼筋網(wǎng)，以保證開挖的質(zhì)量和施工期的安全。2、巖層較差地段或脫層掉塊嚴(yán)重段：采用“淺孔、少藥、多循環(huán)”的方法鉆孔爆破，利用導(dǎo)坑領(lǐng)進(jìn)擴(kuò)挖跟進(jìn)的方式作業(yè)，并及時(shí)在圓拱部位設(shè)置Φ22L=2.5~3.0m的錨桿，其間距為1.0~1.2m，排距為1.2~1.5m；采用鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)，鋼支撐用I18或I20b工字鋼分節(jié)制作，榀間間距為1.0~1.5m，相鄰鋼支撐之間由Φ25/Φ16制作的花拱架相連；同時(shí)進(jìn)行噴砼（C25，厚度為7~15cm），加掛φ8＠20×20的鋼筋網(wǎng)，以保證開挖的質(zhì)量和施工期的安全。3、特差地段：不但在開挖后要采取上述的掛網(wǎng)噴砼、錨桿、鋼支撐之外，在開挖前還要采取超前管棚及預(yù)灌漿等特殊手段進(jìn)行處理。開挖仍然是“淺孔、少藥、多循環(huán)”的方法，導(dǎo)坑領(lǐng)進(jìn)及支護(hù)，再擴(kuò)挖和支護(hù)。施工中設(shè)置變位觀測裝置，定時(shí)監(jiān)測，認(rèn)真分析，及時(shí)推斷前方巖石情況并制定相應(yīng)對策，做到“早發(fā)現(xiàn)，早處理”。其施工程序如下：超前管棚—→預(yù)固結(jié)灌漿—→排水孔—→導(dǎo)洞光爆（孔深1.2m左右，周邊孔距30cm）—→安全處理—→第一次噴砼封閉頂拱（厚5cm）—→出碴—→第二次噴砼厚5cm—→架立鋼支撐—→第三次噴砼（厚5～10cm）覆蓋鋼支撐及連接網(wǎng)—→下部擴(kuò)挖—→擴(kuò)挖后視情況進(jìn)行必要的支護(hù)—→下一循環(huán)12.4.5洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)本標(biāo)壓力管道洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)難點(diǎn)主要是斜井管段施工，斜井管段臨時(shí)支護(hù)需自己構(gòu)造一個(gè)簡易工作平臺（采用鋼結(jié)構(gòu)，載重5t），用卷揚(yáng)機(jī)拖動(dòng)，所有臨時(shí)支護(hù)施工材料及人員均由此平臺進(jìn)行運(yùn)輸，施工也在此平臺上進(jìn)行。為保證安全施工，平臺上工作人員和卷揚(yáng)機(jī)控制人員都配備對講機(jī)，及時(shí)進(jìn)行溝通。12.4.5.1平洞段臨時(shí)支護(hù)原則洞挖過程中視情況適時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)或跟進(jìn)永久襯砌，以確保工程安全。1、馬蹄形斷面開挖支護(hù)措施：Ⅲ類圍巖采取隨機(jī)錨桿支護(hù)，錨桿為Ф×2.0mL=2.5m，局部素噴15cm砼。Ⅳ類圍巖巖體較破碎，穩(wěn)定性差，采取系統(tǒng)錨桿Ф×1.5m，L=2.5m,掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，加掛φ6.5@20×20cm鋼筋網(wǎng)，噴C20砼15cm。局部破碎地段結(jié)合花拱架支護(hù)。2、圓形斷面開挖支護(hù)措施：Ⅲ類圍巖采取頂拱150°范圍內(nèi)制安隨機(jī)錨桿支護(hù)，錨桿為Ф×2.0mL=2.5m，局部素噴10cm砼。Ⅳ類圍巖巖體較破碎，穩(wěn)定性差，采取圓拱240°范圍內(nèi)制安系統(tǒng)錨桿Ф×1.0m，L=3.0m，掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，加掛φ6.5@20×20cm鋼筋網(wǎng)，噴C20砼15cm。局部破碎地段結(jié)合花拱架支護(hù)。根據(jù)技術(shù)要求，為不侵占永久襯砌厚度，臨時(shí)支護(hù)應(yīng)在襯砌結(jié)構(gòu)以外。12.4.5.2斜井段臨時(shí)支護(hù)原則斜井段Ⅲ類圍巖采取圓弧范圍內(nèi)制安Ф×2.0mL=2.5m錨桿，φ25環(huán)向鋼筋@35cm，加掛φ6.5@20×20cm鋼筋網(wǎng)，噴C20砼8cm。斜井段Ⅳ類圍巖采取圓弧范圍內(nèi)制安Ф×2.0m，L=3.0m，φ25環(huán)向鋼筋@25cm，加掛φ12@20×20cm鋼筋網(wǎng)，噴C20砼15cm。12.4.5.3噴錨支護(hù)施工洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)根據(jù)各部位揭露的圍巖情況確定支護(hù)形式，采用“濕噴法”工藝。噴砼前，用高壓水將巖面沖洗干凈，清除巖石碎屑和松動(dòng)的巖塊，并保持濕潤，噴砼混合料在洞外的砼拌和站制備經(jīng)S8型梭礦車或5t自卸汽車運(yùn)輸入洞，TK-961型噴射機(jī)輸送，人工手持噴頭分層、分段噴砼至要求。噴砼施工一般采用自下而上的施工順序，邊墻壁每層噴砼厚度控制為3～5cm，頂拱每層噴砼控制為2～3cm。噴砼終凝后人工噴水或?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)。錨桿鉆孔采用YT-28手風(fēng)鉆于自制的平臺車上，按照施工設(shè)計(jì)要求造孔，采用風(fēng)水槍聯(lián)合進(jìn)行清孔，人工插入、固定錨桿，利用高壓砂漿泵注漿。12.5鋼管襯砌壓力管道要求有鋼管襯砌，高水頭部分鋼管采用了高強(qiáng)鋼，鋼管采用Q345C鋼材和16MnR鋼材。壓力管道主管在管0+000.00～管0+157.15之間用Q345C鋼材，壁厚度為16～28mm，主管在樁號管0+157.15m以后壁厚度為28～34mm，16MnR鋼材用于支管和岔管，岔管壁厚為46mm；支管壁厚度為24mm。為了保證鋼管抗外壓穩(wěn)定，在主管沿線每2.0m