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    电站导流隧洞施工管理论文_隧洞导流

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    电站导流隧洞施工管理论文

    电站导流隧洞施工管理论文 1工程概况 1.1设计参数 小湾水电站1#、2#导流洞均布置于左岸,进口底板高程为988.0m;
    出口底 板高程为984.984m;
    两条导流洞平行布置,中轴线间距48m。1#、2#导流洞各由 30米长进口渐变段,60米长的堵头段和标准断面组成,两洞长分别为861.592m、 980.922m,底坡分别为0.3627%、0.3172%,衬砌断面为16×19m及16×19.5m(顶 拱不衬段)城门洞形。隧洞开挖及支护断面根据地质条件共设六种形式,开挖标 准断面尺寸有17.3×20.2、17.4×20.25、19.4×22.2、20.4×23.2四种;
    隧洞沿线边墙、 顶拱进行系统喷锚支护;
    不良地质地段挂网喷25cm钢纤维砼,增设工字钢拱架 加强支护。

    1.2地质条件 本工程两条导流洞埋深均为30~230m,最大埋深约260m,围岩以微风化 ~新鲜岩体为主,少量弱风化和卸荷岩体主要分布在洞室的进、出口段。围岩岩 性主要为黑云花岗片麻岩及角闪斜长片麻岩,二者均夹片岩。围岩类别为Ⅰ~Ⅴ 类,其中,Ⅳ类围岩分布在进口洞段,1#、2#导流洞Ⅰ~Ⅲ类围岩分别占总长的 81%、83.8%,Ⅳ、Ⅴ类围岩分别占总长的19%、16.2%。洞身还分布有一条Ⅱ级 断层(F7),4条Ⅲ级断层为F11、F5、F19、F23等。还有若干分属Ⅳ级结构面 的小断层、挤压面和节理组,断层影响带岩体破碎。地下水以基岩裂隙潜水为主, 水位一般高出隧洞顶拱30m~200m,围岩多具微透水性。

    1.3主要工程数量 石方洞挖65万m3,喷砼1.4万m3,锚杆3.3万根,挂网76t,钢拱架1096t。

    1.4施工进度 小湾电站导流隧洞开挖支护计划执行情况如下:
    进口施工支洞计划开、竣工时间:2002年4月1日~2002年7月31日;
    实际 开、竣工时间:2002年4月1日~2002年7月20日。出口施工支洞计划开、竣工时间:2002年6月1日~2002年12月31日;
    实际 开、竣工时间:2002年5月30日~2002年12月20日。

    洞身计划开、竣工时间:2002年8月1日~2003年12月31日;
    实际开、竣工 时间:2002年7月20日~2003年11月30日。

    两条渐变段上半部的开挖及支护月平均开挖强度5000m/月;
    洞身I层开挖 支护平均强度56m/月,II层开挖支护平均强度78m/月,III层开挖支护平均强度 166.26m/月;
    F7断层段开挖支护平均强度28m/月。

    2施工支洞布置 由于导流洞进出口工作面受上部干扰较大,前期无法施工,经业主监理统 一协调安排在上、下游各设一施工支洞进入主洞进行施工。进口施工支洞为进入 导流洞进口段上层工作面的施工支洞,全长339.899米,与1#、2#导流洞相交于 导1#0+54及导2#0+85桩号;
    下层支洞长277.16米,与1#、2#导流洞相交于导 1#0+135.266及导2#0+166.263桩号;
    出口上支洞总长837.543米,与1#、2#导流洞 相交于导1#0+793.76及导2#0+861.613桩号;
    下支洞长163.628,与1#、2#导流洞 相交于导1#0+755.76及导2#0+823.613桩号。

    3洞身开挖支护施工 3.1施工总程序 洞身自上而下分三层进行开挖支护。Ⅰ层开挖考虑到开挖机械性能及支护 施工的需要,确定开挖高度约为8~9.55m;
    Ⅱ层开挖高度为10.5m;
    Ⅲ层主要为 保护层开挖,开挖高度1.7~3.15m。

    单洞开挖施工程序依次为Ⅰ层→Ⅱ层→Ⅲ层。Ⅰ层开挖支护完成后进行Ⅱ 层开挖,Ⅱ层开挖支护完成后进行Ⅲ层开挖。

    各层均利用施工支洞进入主洞后分别向上、下游进行平行作业,其中从上 层施工支洞进入完成导流洞洞身Ⅰ层开挖支护;
    利用下层施工支洞在主洞内向上、 下游升坡10%至Ⅱ层底面,完成导流洞洞身Ⅱ层开挖支护;
    从下层施工支洞进入 导流洞底部进行Ⅲ层的开挖支护。

    3.2施工队伍配置进、出口各配置一个开挖队伍,每个开挖队各设一个台车钻爆班、一个手 风钻钻爆班和一个支护班。

    3.3常规洞段开挖支护施工 常规洞段共1386米,占导流隧洞洞身开挖总开挖段长的75.4%。

    3.3.1施工程序 常规洞段即I、II、III类围岩段横断面开挖程序见图1:
    1)洞身第Ⅰ层开挖施工程序:中导洞超前贯通后进行周边扩挖,初期支护 滞后30米进行,与后循环开挖平行作业,Ⅲ类围岩视危岩情况及时进行局部支护。

    2)洞身第Ⅱ层开挖施工程序:边墙用手风钻预裂4.5m,中部液压潜孔钻垂 直钻孔梯段爆破。初期支护滞后30米进行,与后循环开挖平行作业,Ⅲ类围岩视 危岩情况及时进行随机支护。

    3)洞身第Ⅲ层开挖施工程序:两侧边墙手风钻预裂到底,Ⅲ层采用手风钻 及凿岩台车分半开挖,底部光爆,初期支护滞后30米进行,与后循环开挖平行作 业,Ⅲ类围岩视危岩情况进行随机支护。

    3.3.2施工方法 1#、2#导流洞Ⅰ层导洞开挖采用两台三臂台车进行两个工作面的开挖,其 余工作面开挖采用手风钻开挖。

    Ⅰ层扩挖主要采用两台台车进行开挖,部分采用人工在三层平台架上8~10 台手风钻钻爆。

    Ⅱ层开挖各工作面采用手风钻造4.5m深预裂孔超前爆破,液压潜孔钻梯段 拉槽先行贯通后用凿岩台车进行两端保护层水平扩挖,周边光爆。

    Ⅲ层开挖采用手风钻两边墙预裂到设计底板高程,凿岩台车及手风钻水平 扩挖,底部光爆,出碴采用3m3侧卸装载机配15t及20t自卸车运输。

    Ⅰ层及Ⅲ层开挖出碴主要采用3m3侧卸装载机配15t及20t自卸车运输。Ⅱ 层开挖出碴采用4m3正铲配15t及20t自卸车运输为主,辅以3m3侧卸装载机配15t及20t自卸车运输。

    洞身支护以凿岩台车造孔为主、砼喷射台车湿喷工艺进行喷锚施工;
    安装 锚杆采用人工配合凿岩台车进行,挂网采用人工在平台车上进行。

    3.4一般不良地质段开挖支护施工 小湾导流隧洞分布有一条Ⅱ级断层(F7),4条Ⅲ级断层为F11、F5、F19、 F23,还有若干分属Ⅳ级结构面的小断层、挤压面和节理组。实际施工中除F7断 层、进出口不良地质带采用特殊施工方法施工外,其余小断层带开挖支护均采用 与常规洞段大致同一种方法施工,不同之处是:小断层带开挖时Ⅰ层中导洞开挖 时顶拱喷护5cm厚C20进行支护,Ⅰ层扩挖及Ⅱ、Ⅲ层保护层开挖后立即素喷5cm 混凝土封闭岩面,部分系统锚杆及时跟进,剩余支护适时跟进。

    3.5F7断层开挖支护施工 导1#0+160~0+237及导2#0+215~0+287范围为F7断层出露洞段,F7破碎岩 带总宽约25.2米,其中主裂面有4个,总宽约0.5m~2m,由断层泥、糜棱岩组成, 其余为碎裂岩、碎块岩等,结构紧密。顺断层影响带一般具弱透水性,为地下水 赋存及运移通道,沿影响带常有集中滴水现象。

    F7断层部位开挖断面为20.5×23.35的城门洞型,F7段层破碎带纵向开挖程 序与一般洞段开挖相适应分三层开挖:第一层开挖高度9.70m,第二层开挖高度 10.5米,第三层开挖高度3.15米。

    3.5.1F7断层Ⅰ层开挖支护施工 1)施工思路及原理 采用新奥法施工理论为指导:“短进尺、弱爆破、少扰动,紧封闭,勤量 测”。

    利用三臂凿岩台车和砼喷车等大型机械设备实现了断层部位I层全断面一 次开挖、及时支护、快速循环的先进施工工艺。

    关键之一:开挖后要及时对周边围岩及掌子面实施一层3~5cm的素砼封闭, 以形成初期简单的柔性支护环,同时抑制围岩的进一步风化,增长围岩的自稳时 间。利用掌子面的素喷封闭措施,保持开挖掌子面与洞轴线大致垂直,以方便了大型机械作业,加快循环进度。

    关键之二:素喷后要及时打设一定数量的系统锚杆,尽早发挥其悬吊及支 承拱作用,进一步的加强围岩的稳定,同时快速的利用反铲配合人工进行工字钢 拱架的安装,系统喷混凝土跟进;
    剩余的系统锚杆适时打设。

    2)施工程序 顶拱及边墙超前锚杆施工→全断面开挖进尺0.5~1m→初喷5cm钢纤维砼 支护,掌子面周边2m范围内素喷5cm厚C20砼封闭→初期支护锚杆及钢拱架固定 锚杆施工→安装钢拱架→分层喷钢纤维砼至设计厚度→剩余系统锚杆支护 3)主要支护参数及施工方法 a.超前支护 顶拱超前支护主断层带采用Φ32自进式中空注浆锚杆,长4.5m,环向间距 0.5m,外插角5°~15°,排距2m;
    断层影响带顶拱超前支护使用Φ25砂浆锚杆。

    边墙超前支护采用Φ32砂浆锚杆,长4.5m,主断层带间距1m,断层影响带 间距2m,外插角25°~30°,排距3m。

    b.系统支护 F7断层带的系统支护采用I20a工字钢拱架,其中主断层带的间距为50cm, 断层影响带的间距为80cm。工字钢拱架加工制作及安装方便快捷,易于及时支 护跟进;
    同时由于F7断层跨度超过20m,使用工字钢拱架仍具备一定的柔性。

    系统锚杆主要采用6m长、Φ32的砂浆锚杆(部分锚杆长度为9m);
    间排 距主断层带为1m×1m,断层影响带为1.5m×1.5m;
    主断层带造孔比较困难部分采 用Φ32自进式锚杆代替砂浆锚杆。

    F7断层范围内边顶拱均喷25cm厚C25钢纤维砼。

    c.主要施工方法 F7断层的施工,超前支护钻孔主要采用三臂凿岩台车、自进式锚杆灌浆采 用注浆机;
    开挖主要采用三臂台车钻孔;
    支护以多臂凿岩台车造孔为主、砼喷射台车湿喷工艺进行喷锚施工;
    工字钢拱架的制作采用液压型钢弯曲机。

    3.5.1F7断层下部开挖支护施工 为保证上下游交通畅通并确保施工安全,F7二层开挖分为两小层并分半施 工,三层开挖分半施工。半幅开挖支护完毕后再开挖另一半。

    各层施工程序为:
    边墙超前锚杆→水平钻进2m→素喷5cm钢纤维砼封闭→部分系统锚杆及 锁脚锚杆打设→钢拱架接腿→分层复喷到位→剩余系统锚杆打设(适时进行)。

    开挖采用凿岩台车水平钻进,周边密孔小药量光爆,排炮进尺1m,每排 炮后及时喷护5cm钢纤维砼封闭岩面,抑制岩体进一步风化剥落;
    开挖3~5m后进 行一次系统支护,实际施工中由于边墙超挖较大,喷砼施工难以实施,采用同标 号钢纤维砼现浇,以加快支护进度。

    3.6渐变段开挖支护施工 1#、2#导流洞进口渐变段长均为30m,相应桩号范围均为导0+000~导 0+030,渐变段底板为水平段。开挖断面尺寸从洞口0+0.00桩号25.4×25.2m渐变 到0+030桩号20.4×23.2m的城门洞形断面;
    渐变段边、顶拱进行系统锚杆+I20a工 字钢拱架+25cm钢纤维砼一次支护。

    渐变段主要分布少量弱风化和卸荷岩体,围岩岩性主要为黑云花岗片麻岩 (MV-1)夹少量片岩,块状和次块状岩体,IV级结构面的小断层(f)和挤压面 (gm)较发育,主要有四组节理相互切割,围岩多具微透水性,属IV类围岩, 围岩稳定性较差;
    加之渐变段最大开挖跨度达25.4米,且顶部大部分平直,未形 成拱;
    所以开挖成洞稳定问题较突出;
    为此,渐变段施工中应采取有效垂直加固 措施,防止洞顶塌落,隧洞开挖严格按“新奥法”工艺施工,开挖钻爆按照“先支 护(强支护)、短进尺、弱爆破、少扰动,快封闭,勤量测”的原则施工,以确 保围岩成洞稳定及施工安全。

    3.6.1开挖前的垂直加固方案 开挖支护施工开始之前必须完成以下超前加固工作: 1)由于渐变段所处位置岩石破碎,IV级结构面较为发育,多组节理相互切割,围岩自稳性较差,为有效的稳定开挖面,拟对1#2#导流洞渐变段洞顶部位 EL.1036平台布置6排辐射灌浆孔进行固结灌浆,孔径110mm,灌浆采用孔口循环, 全孔一次进行。

    2)由于渐变段跨度大,大半部分顶部平直,仅两侧起拱,开挖后围岩难 以自稳,所以顶部除了灌浆加固外,拟采用悬吊锚筋桩从上部将洞顶拉住,具体 方法如下:
    灌浆前每个孔内先置入25m长3ф32锚筋桩,然后再进行孔口循环灌浆。

    3)增加水平支护:在洞口顶部开挖线以上1m外增设2排长度18m的3ф32 环向锚筋桩,间排距3×3m,矩型布置,伸入弱风化底界内。

    渐变段开挖前围岩超前加固方案见图3。

    3.6.2渐变段的开挖支护方案 渐变段I层开挖方案采用4×4小导洞超前,洞口10m大跨度段分两半分别进 行开挖支护,其余20m段全断面一次扩挖到位。渐变段的支护参数与F7断层近似, 采用自进式超前锚杆、工字钢拱架、钢纤维砼;
    施工方法也与F7断层近似。在实 际开挖过程中,开挖下部时,收敛观测资料显示2#洞右边墙变位较大较快,发现 后及时在整个2#洞右边墙增加了125KN级9m长预应力锚杆支护,间排距1×1m, 有效抑制了边墙的进一步变形。

    预应力锚杆采用特制水泥卷,锚固段采用快凝型水泥卷,自由段采用慢凝 型水泥卷;
    锚固段和自由段药卷式注浆体一次注入,锚杆安装完毕后7.5~8.5小 时内进行张拉,施工工艺简单,施工速度快,同时药卷式注浆容易保证注浆饱满 度。

    3.7导流洞出口开挖支护施工 导流隧洞出口穿过f19断层,并受f23断层影响,结构面较为发育,地质条 件较差,施工中采取下列有效措施:
    1)1洞出口12m段及2#洞出口20m段由洞挖改为槽挖,将f23断层切除,二 次衬砌支护改为明拱。

    2)1#洞出口30m段采用地质钻在洞内沿顶拱造斜孔进行灌浆固结岩体。3)导流隧洞出口30m段采用2×2m小导洞超前贯通,摸清隧洞准确的地质 状况。

    4)均采用超前锚杆、钢支撑及超前锚杆支护,开挖方法与F7断层近似。

    5)出口5m段自外向内分半开挖支护,开挖前洞脸设双排预应力锚杆锁口, 洞脸边坡布六排锚筋桩及4排1000KN级系统支护。

    6)出口30m段洞内系统支护均由原设计砂浆锚杆改为9m预应力锚杆。

    4结语 小湾水电站导流隧洞开挖支护分采用“新奥法”施工,安全、快速的穿越了 F7断层、进口大断面渐变段不良地质段、出口不良地质段。

    导流隧洞分三层开挖支护,第一层采用台车和手风钻开挖;
    第二层采用手 风钻进行上部预裂、潜孔钻中部拉槽、凿岩台车水平进行保护层开挖;
    第三层采 用手风钻进行周边预裂、凿岩台车及手风钻开挖;
    施工质量得到了有效控制,1# 洞平均超挖为0.204cm,2#洞平均超挖为0.182cm。

    导流隧洞施工期观测结果表明:1#、2#导流隧洞围岩变形观测测值呈收敛 状态,没有突变现象发生;
    锚杆应力受力较好,观测结果稳定;
    声波测试表明, 导流隧洞开挖时,爆破参数控制较好,对围岩松驰圈影响范围较小。说明小湾导 流隧洞开挖支护方案是科学的。

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