映秀灣水電站尾水圍堰施工

楊 鵬, 徐 冉

(中國人民武裝警察部隊水電第十一支隊,四川成都 610036)

1 概 述

“5.12”汶川大地震導(dǎo)致映秀灣水電站受損嚴(yán)重,位于距映站閘首 7km處的尾水出口全部被埋及部分 213國道被埋。為順利進(jìn)行引水隧洞內(nèi)的檢修工作,需進(jìn)行尾水開挖并設(shè)置圍堰,以阻止水流進(jìn)入。圍堰底部高程為 876.5m,堰頂高程889.12m,高度為 12.62m,山體原始坡度為 1∶0.5。圍堰防滲采用帷幕灌漿鉆灌至巖體透水率為 q≤50Lu止,形成圍堰后,需對堰體內(nèi)進(jìn)行抽排水至交通洞,揚程高約 7～10m,圍堰內(nèi)外水位落差為10.5m。

2 尾水圍堰工程關(guān)鍵技術(shù)

2.1 尾水出口開挖及料源平衡的確定

由于“5.12”特大地震,導(dǎo)致電站尾水出口全部被埋,采用大型機(jī)械開挖至原有底板標(biāo)高 876.5m;根據(jù)工程點多面廣的實際情況,做好對各工程部位料源的調(diào)用規(guī)劃,并將多余開挖量運至其他工程部位,使之既滿足土石圍堰施工進(jìn)度要求,又不影響其他部位的填料工作,因此,要求其運輸快捷。故圍堰填料采用原有塌方體,經(jīng)數(shù)次碾壓及隨后進(jìn)行的檢驗單位試驗確定壓實度達(dá) 94%、最大干密度為 1.77g/cm3、最優(yōu)含水量為 12.9g/cm3、濕密度為 1.89g/cm3,均達(dá)到規(guī)范要求。摻和料擊實試驗參數(shù)見表 1。

表1 摻和料擊實試驗參數(shù)表

2.2 圍堰防滲工程

該堰體由松散碎石、土石塌方體堆積而成。由于堰外岷江水流湍急,并且要實現(xiàn) 2008年 10月 14日完成防滲,因此,必須在 10天左右完成1700m帷幕灌漿施工;由于“5.12”地震原因造成該處地質(zhì)條件變化復(fù)雜且缺乏水文地質(zhì)資料、危險系數(shù)大,高壓灌漿施工的強(qiáng)度及現(xiàn)場條件在同類工程中沒有先例,成孔異常困難,故在必要時采用跟管鉆井和下套管鉆進(jìn)。在滿足質(zhì)量要求的前提下,保證施工進(jìn)度是該項目的重點,其機(jī)具選型、施工工藝選擇都必須慎重考慮。

2.3 粘土芯墻回填

為提高堰體抗?jié)B水性能,在其中部開挖堰芯至設(shè)計標(biāo)高 876.5m,寬 5m,采用低液限分散性粘土回填,最大干密度為 1.77g/cm3,最佳含水率為 12.9%,拌合施工用水,形成一道粘土止水層。低液限分散性粘土試驗參數(shù)見表 2。

表2 低液限分散性粘土試驗參數(shù)表

2.4 堰內(nèi)抽排水

鑒于堰內(nèi)外水流落差達(dá) 10.5m,堰體滲水嚴(yán)重,尾水洞內(nèi)部集水過多,抽水揚程較高,抽水路徑長,抽水采用兩處(尾水出口、交通洞)同時作業(yè)的方式:尾水出口抽水采用階梯抽水法,間隔 30m設(shè)置一道袋裝粘土圍堰蓄水。交通洞抽水揚程高達(dá)數(shù) 10m,洞內(nèi)大孤石較多,機(jī)器運輸困難。

3 主要施工措施及對策

3.1 合理進(jìn)行料源的時空平衡

為確保施工強(qiáng)度,節(jié)省運距、便于開挖,料源基本按平衡原則進(jìn)行調(diào)配,在施工區(qū)域周邊堆放工程部位棄料,采用部分經(jīng)篩選后的地震塌方體做堰側(cè)填料。在確定少量填料量時,根據(jù)不同的料種在不同填筑部位的流失情況,采用不同的比例填料。針對岷江水流湍急的具體情況,堰體開挖及填筑部分考慮 5%的損耗量,堰體外部拋投部分大塊石,防止河水對堰體的沖刷。

3.2 確保填料強(qiáng)度

3.2.1 設(shè)備選型

優(yōu)先選用高效率、機(jī)動性好的設(shè)備。挖裝主要選用 2～3m3的挖掘設(shè)備及 3m3以上的裝載機(jī)。運輸主要選用 15～20t大型載重自卸汽車。因場地限制,無法采用大型機(jī)械施工。

3.2.2 施工方案預(yù)演

由于該工程地處 213國道旁,受交通管制等多方因素限制,我部選擇適當(dāng)時機(jī),按填料高峰強(qiáng)度進(jìn)行模擬組織施工,以檢查機(jī)械設(shè)備、運輸車輛、道路通行能力、交通指揮、通訊聯(lián)絡(luò)、施工組織、現(xiàn)場指揮及安全保障措施等。

3.2.3 圍堰填料穩(wěn)定的判斷

為確保安全施工,避免發(fā)生大規(guī)模的山體坍塌,造成人、車安全事故,特別是在山體塌滑多發(fā)段,預(yù)先進(jìn)行了開挖。經(jīng)綜合考慮,從以下幾個方面進(jìn)行判斷:

(1)山體邊坡化:山體在地震前,坡度比為 1∶0.5。受 “5.12”地震影響,山體危石較多,地層松散,余震或雨天極易再次發(fā)生坍塌及泥石流。

(2)帷幕灌漿及抽排水。受場地限制,堰體較松散成凹形,且因岷江水流湍急,江水泄入堰內(nèi)情況嚴(yán)重,為此,在堰體上設(shè)置了兩排注漿孔,孔徑 90mm、孔距 1.2m、孔深 12m錯位布置并采用高壓灌漿法,形成了一道止水帷幕。受地震影響地質(zhì)條件變化復(fù)雜,且施工無詳細(xì)地質(zhì)資料,江水穿過時流速較大,漿液很難停留;堰體內(nèi)原有積水較多、分散較廣、水位落差較大、抽水揚程較高,針對出現(xiàn)的這些現(xiàn)象應(yīng)引起高度重視,及時改變施工方式。

3.2.4 圍堰施工的主要技術(shù)要點及安全措施

(1)對原有堆積體采用挖掘機(jī)至上而下分層開挖,兩機(jī)間距 10m,自卸汽車配合運輸,部分回填料采用自卸汽車端進(jìn)法拋填,將大部分拋投料(大塊石)直接拋入江中,以保護(hù)堰體外側(cè)不被江水沖刷。填料數(shù)量及規(guī)格須滿足設(shè)計要求。

(2)挑選質(zhì)量好的填料。石渣料的粒徑應(yīng)相對均勻,將粒徑小于 5.0mm的細(xì)顆粒嚴(yán)格控制在 10%以內(nèi)。

(3)開挖及填料過程中,及時采用石渣加高,頂部用碎石或粗粒風(fēng)化砂進(jìn)行鋪筑施工,安排專人養(yǎng)護(hù)路面,以確保施工道路滿足大型車輛陰雨天暢通無阻的要求。

(4)堰芯粘土回填止水層采用低液限分散性粘土。

(5)針對地震滑落的大孤石,優(yōu)先進(jìn)行機(jī)械打眼爆破(淺孔鉆爆破),采用 2#乳化炸藥,裝藥量為 0.52kg/m3.以保證施工機(jī)械及人員安全。因山體地表松散、危石較多,開挖及填料過程中一機(jī)配置一名安全觀察員。

(6)帷幕灌漿施工工期緊、難度大、地質(zhì)情況變化復(fù)雜且無詳細(xì)地質(zhì)水文資料,鉆孔過程中易出現(xiàn)卡鉆、塌孔。必要時,采用跟管鉆進(jìn)和下套管的措施,同時視鉆孔的情況靈活控制鉆進(jìn)壓力和速度;當(dāng)鉆孔至設(shè)計孔深后,下入塑料花管,將跟管鉆進(jìn)的外管用拔管機(jī)拔出,確保鉆孔成功。

(7)鉆孔孔徑為 90mm,孔深 12m,孔距 1.2 m,錯位布設(shè)。采用潛孔鉆機(jī)和工程地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。首先采用工程地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,便于對壓漿孔的孔深和孔距進(jìn)行確認(rèn);鉆孔垂直偏差應(yīng)小于 1%。

(8)單孔施工程序。鉆機(jī)對中孔位→整平穩(wěn)固鉆機(jī)→造孔(跟管鉆進(jìn))→下灌漿花管→拔外管→測孔深、孔斜→下孔口裝置→灌漿→機(jī)械封孔→人工封孔。

(9)帷幕灌漿孔采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)的灌漿方法,所用水泥為 32.5級普通硅酸鹽水泥,符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》對帷幕灌漿強(qiáng)度等級不低于 42.5級的要求。水灰比采用 0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1三個比級 ,在高速攪拌機(jī)中配置好某一比級的漿比后送至攪拌槽中,根據(jù)要求,在施工過程中測量漿溫,所測漿溫均在5℃以上,符合技術(shù)要求的規(guī)定。在帷幕灌漿中,嚴(yán)格按要求逐級變漿,未發(fā)現(xiàn)任何串、冒、漏漿時不得越級變漿。

圖1 尾水橋、啟閉室塌方體開挖

(10)在規(guī)定的壓力下,當(dāng)注入率不大于 0.4 L/min時,繼續(xù)灌注 15min,或當(dāng)注入率不大于 1.0 L/min時,延續(xù)灌注 30min后結(jié)束,此項措施為確保圍堰的穩(wěn)定,減少了抽水成本。

(11)由于地質(zhì)情況變化不確定因素較多,為提高圍堰的防滲性能,在堰體形成后距其內(nèi)側(cè) 3m處設(shè)置了一道袋裝子圍堰,采用鋼架管支撐,回填低液限分散性粘土并做一道堰體內(nèi)側(cè)防水層。

(12)堰體內(nèi)集水、孤石較多,抽水及孤石清除難度大、機(jī)械及材料運輸困難。抽水采用階梯方式排水,在尾水出口 300m左右的洞內(nèi)設(shè)置兩道袋裝砂子圍堰,鋼架管支撐蓄水及逐級排水,同時,交通洞內(nèi)設(shè)一處抽水設(shè)備,揚程高 10m,采用150m3/h大馬力柴油抽水機(jī)。對于洞內(nèi)孤石,由于無法采用爆破作業(yè),均為人工鉆孔破碎。

(13)圍堰施工結(jié)束后,采用挖掘機(jī)配合自卸汽車分層分段開挖拆除,合理調(diào)配開挖方量,實行就近工程部位回填原則,同時,挖至設(shè)計標(biāo)高876.5m。

(14)加強(qiáng)對圍堰施工機(jī)械及工作人員統(tǒng)一指揮。為防止余震導(dǎo)致山體坍塌、交通事故及施工人員的安全,在山體設(shè)置兩道被動防護(hù)網(wǎng),并配備專職安全員巡視危石變化;在 213國道設(shè)置一排交通警示標(biāo)志。為確保圍堰施工車輛安全,限制來往車輛車速。施工汽車輪緣距堰邊緣不少于2.5～3.5m,并安排專人布置標(biāo)識。在堰體各危險部位分別設(shè)置安全警示牌,指揮人員穿救生衣,現(xiàn)場準(zhǔn)備救生圈,加強(qiáng)專職安全員的巡視工作。

部分施工情況見圖 1～4。

圖2 尾水橋塌方體開挖

圖3 尾水粘土圍堰及抽排水施工

圖4 尾水圍堰拆除

4 施工保障措施

由于“5.12”地震致使電站尾水出口全部被埋,開挖難度大、危險性高、不確定因素多,根據(jù)實際情況,我們采取了以下措施:

(1)河水上漲,流量過大,超過 1000m3/s,堰體外側(cè)的大塊石容易被河水沖走而破壞堰體,我們采用了鉛絲石籠人工再次拋投大塊石的措施。

(2)帷幕灌漿滲水嚴(yán)重,采用振孔高噴法和常規(guī)高噴法組織施工,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,互相補(bǔ)充。研制并改進(jìn)了振孔高噴等造孔機(jī)具,提高了造孔速度,確保了造孔精度。根據(jù)高壓旋噴不同深度和水下地質(zhì)條件,制定了不同的施工應(yīng)對措施,確保了防滲施工質(zhì)量。

(3)在開挖及填料、抽水過程中,加大了對安全管理的投入,切實制定了安全事故應(yīng)急救援預(yù)案,抓好項目部班組三級教育,安全交底。提高本項目在發(fā)生安全事故時的快速處理能力,盡可能地減少事故造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

(4)為確保各施工作業(yè)面工程建設(shè)的順利進(jìn)行,科學(xué)實施緊急避險救援預(yù)案,防止因自然、地質(zhì)災(zāi)害、余震造成的次生災(zāi)害、衛(wèi)生防疫、工程質(zhì)量等各種不安全因素對建設(shè)工程、參建人員和機(jī)械設(shè)備造成重大損失,及時有效的預(yù)防各種危險因素造成的重大事故,最大程度地減少人員傷亡及財產(chǎn)損失。

(5)針對震后被深埋在土壤里的遇害人遺體及各種有害物體腐爛過程中各類病菌造成的瘟疫傳播,切實、認(rèn)真制定詳細(xì)的防疫安全應(yīng)急處理和預(yù)防預(yù)案,提高三級成員對突發(fā)疫情隱患的防疫和自我保護(hù)意識。

5 結(jié) 語

映秀灣水電站尾水圍堰施工克服了地震塌方體、無詳細(xì)地質(zhì)水文資料、施工強(qiáng)度大、危險性高的困難,采用部分塌方體做堰體回填、防滲帷幕、堰內(nèi)抽排水的應(yīng)急預(yù)案處理方案是成功的,達(dá)到了該工程對圍堰施工、防滲、安全的要求,為類似在地震災(zāi)害中圍堰施工、防滲、應(yīng)急預(yù)案提供積累了可靠的施工經(jīng)驗和技術(shù)參數(shù)。