大跨度調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)施工技術(shù)

摘要：錦屏二級水電站上游調(diào)壓室頂拱為漸變城門洞型，其最大開挖尺寸長寬高為49.5m*30m*15.25m；在整個調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)過程中，為確保頂拱施工質(zhì)量、安全及進(jìn)度，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，特對此大跨度調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)進(jìn)行了專項施工技術(shù)方案設(shè)計。

關(guān)鍵詞：調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)施工技術(shù)

中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1前言

錦屏二級水電站4條引水隧洞末端各設(shè)有一座上游調(diào)壓室，每座調(diào)壓室主要由阻抗孔、調(diào)壓室豎井、事故閘門布置有關(guān)的閘墩、閘門檢修和啟閉平臺、閘門后通氣孔、調(diào)壓室底部分岔段等組成。錦屏二級上游調(diào)壓室為目前世界最大的調(diào)壓室洞室群。

工程區(qū)巖性為微風(fēng)化T2y5-2花斑狀大理巖，斷層不發(fā)育，裂隙較發(fā)育，圍巖較完整，局部較破碎，以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，部分為Ⅳ類。

調(diào)壓室頂拱開挖高程EL1696.25～1711.5，與交通洞相接高程EL1696.25，開挖斷面為漸變城門洞形，開挖尺寸長49.5m，高15.25m，寬22.532～30m，錨噴支護(hù)，無混凝土襯砌。

因調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)施工優(yōu)良，2#、3#調(diào)壓室頂拱在“創(chuàng)錦屏樣板工程”過程中被發(fā)包人評為“錦屏A級樣板工程”。

2頂拱開挖支護(hù)施工技術(shù)

2.1施工程序

調(diào)壓室頂拱按照從1#～4#依次施工，每個上游調(diào)壓室頂拱為漸變城門洞型；頂拱只進(jìn)行錨噴支護(hù)，無混凝土襯砌，輪廓開挖質(zhì)量要求高，頂拱跨度大，最大開挖跨度30m，開挖高度高 15.25m，為高跨度洞室開挖，施工難度及安全隱患大大。為確保頂拱開挖施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，保證工程穩(wěn)定和施工安全，針對該部位施工特點，調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)按照兩層、四區(qū)、六序進(jìn)行施工。其中，Ⅰ區(qū)為中部導(dǎo)洞(寬8.5m)和中部頂拱保護(hù)層開挖支護(hù)；Ⅱ、Ⅲ區(qū)為左右兩側(cè)擴(kuò)挖及支護(hù)，寬度分別為7.02m和3.73m；Ⅳ區(qū)為底部開挖及支護(hù)，寬為22.532～30m，根據(jù)新奧法施工原則，每層、每序開挖完后立即進(jìn)行支護(hù)施工。頂拱開挖支護(hù)具體分層分塊見圖1。

圖1調(diào)壓室頂拱開挖分層分塊圖

2.2施工技術(shù)

2.2.1 ①序施工

在完成各調(diào)壓室橫向交通洞（8.5*7.35m）后進(jìn)行調(diào)壓室頂拱①序?qū)Ф撮_挖，導(dǎo)洞底板高程從EL1696.25爬升至EL1704.15后改為平洞開挖，利用自制施工鉆爆平臺配合手風(fēng)鉆鉆孔，中間掏槽，周邊光面爆破，爆破開挖的原則為弱爆破，在滿足開挖質(zhì)量效果的前提下，盡量采用弱爆破，減少單孔藥量和最大單響藥量，減少開挖爆破對周邊圍巖的影響。每循環(huán)進(jìn)尺3m，裝載機(jī)出渣，開挖過程中根據(jù)揭露圍巖情況進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)。

2.2.2②序施工

利用①序最后一茬炮的爆破渣料對①序?qū)Ф催M(jìn)行墊渣處理，利用自制平臺配合手風(fēng)鉆鉆孔，反向進(jìn)行周邊光面爆破，挖掘機(jī)配合裝載機(jī)出渣，開挖過程中根據(jù)揭露圍巖情況進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)。為方便自制平臺的移動，裝載機(jī)一直在中導(dǎo)洞內(nèi)，然而，為避免開挖爆破對裝載機(jī)的破壞，特在每個調(diào)壓室頂拱中導(dǎo)洞開挖完成后在上游側(cè)端墻左側(cè)或右側(cè)向外開挖一個躲避洞（見圖1所示）；爆破時，裝載機(jī)開至上游側(cè)端部躲避洞內(nèi)避炮，在開挖過程中，在快開挖至下游側(cè)端墻時，為避免爆破超挖現(xiàn)象，在頂拱下游側(cè)端墻起點處先向上打垂直預(yù)裂孔，孔距為80cm，其孔內(nèi)不裝藥，完后再進(jìn)行②序最后一茬炮的爆破開挖施工。②序開挖完成后，為確保開挖后洞室穩(wěn)定，立即進(jìn)行系統(tǒng)錨桿、鋼筋掛網(wǎng)等支護(hù)，調(diào)壓室頂拱所用支護(hù)錨桿為機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿，其錨桿支護(hù)參數(shù)：Φ28，T=120KN，L=6m和Φ32，T=120KN，L=8m，鋼筋網(wǎng)為Ф8@15cm*15cm。

機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿梅花型交錯布置，間排距均為1.5m。因錨桿的特殊性，利用自制平臺配合FJY25C圓盤鉆造孔，根據(jù)錨桿直徑大小，分別造Ф45mm和Ф55mm的錨桿孔，人工插桿張拉。其施工流程為：施工準(zhǔn)備→測量放線→圓盤鉆造孔→孔道清理→快速水泥砂漿找平→預(yù)應(yīng)力中空錨桿安裝→錨具安裝及施加預(yù)應(yīng)力→從注漿管關(guān)注水泥砂漿→密實度無損檢測。

為保證機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿的施工質(zhì)量，在錨桿施加預(yù)應(yīng)力前扭力扳手必須經(jīng)過率定校核無誤后才能用于錨桿張拉施工。錨桿施工完成后，進(jìn)行鋼筋網(wǎng)制安。

2.2.3③序施工

待②序開挖支護(hù)施工完成后，開始進(jìn)行③序降底板高程開挖施工，將中導(dǎo)洞開挖成型的地板高程開挖下降3.15m。完后進(jìn)行兩側(cè)④⑤序施工。

2.2.4④⑤序施工

待③序施工完成后，從上游側(cè)端墻向下游側(cè)進(jìn)行頂拱④⑤序開挖施工；施工中為避免超挖，在頂拱上游側(cè)端墻終點處先向左右兩側(cè)打預(yù)裂孔，孔距為80cm，其孔內(nèi)不裝藥，后進(jìn)行第一茬開挖爆破施工，完后利用自制平臺配合手風(fēng)鉆造孔，完后進(jìn)行周邊光面爆破，其每循環(huán)進(jìn)尺3m挖掘機(jī)配合裝載機(jī)出渣。

開挖完成后立即進(jìn)行頂拱錨桿、鋼筋掛網(wǎng)支護(hù)施工。由于④⑤序開挖完后，錨桿支護(hù)工程量較大，為提高工作效率，錨桿施工采用三臂鉆造孔。為避免頂拱出露巖石帶來的安全隱患，也為避免調(diào)壓室頂拱開挖完后再進(jìn)行支護(hù)施工帶來的施工難度，因此，在完成錨桿及鋼筋掛網(wǎng)后，立即采用濕噴臺車進(jìn)行上半層頂拱混凝土噴射施工。在④⑤序開挖過程中，上下游端墻開挖均預(yù)先垂直預(yù)裂孔后進(jìn)行光面爆破開挖。

2.2.5⑥序施工

待④⑤序開挖支護(hù)全部完成后，利用自制鉆爆平臺配合手風(fēng)鉆造孔，先進(jìn)行頂拱開挖周邊預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔間距為60cm，然后進(jìn)行全斷面光面爆破開挖施工。開挖完成后利用自制平臺完成剩余錨桿支護(hù)，安裝鋼筋網(wǎng)，濕噴臺車噴射混凝土。

3調(diào)壓室頂拱支護(hù)施工特點

在調(diào)壓室頂拱開挖過程中，因3#、4#調(diào)壓室頂拱多處揭露出溶洞和巖溶裂隙，為保證3#調(diào)壓室頂拱質(zhì)量和安全，經(jīng)多次與設(shè)計、監(jiān)理溝通，針對頂拱巖溶段進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)，在頂拱沿頂拱斷面增加布設(shè)3Ф28，@0.75m的鋼筋肋拱，對原有的機(jī)械漲殼式中空注漿錨桿進(jìn)行排間加密。對頂拱存在緩傾剪切結(jié)構(gòu)面或存在局部掉塊的地段，在原布置Ф8@15cm*15cm鋼筋網(wǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場實際情況在頂拱新增布設(shè)Ф16@150cm*150cm與鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿兩兩焊接的龍骨鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。同時，針對各調(diào)壓室上游側(cè)高邊墻，為確保調(diào)壓室頂拱及豎井安全穩(wěn)定，對上游側(cè)高邊墻存在地質(zhì)缺陷地段擬在原系統(tǒng)錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上排間加密支護(hù)，特別是4#調(diào)壓室頂拱，因f7斷層通過上游側(cè)端墻，地質(zhì)條件較差，為保證施工安全，在系統(tǒng)加強(qiáng)支護(hù)基礎(chǔ)上布置了2排L=15m，T=1500kN，@4.0m*4.0m的壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索，取得了很好的支護(hù)效果。

由于調(diào)壓室頂拱只進(jìn)行錨噴支護(hù)，無混凝土襯砌，且混凝土噴護(hù)厚度為15cm，為避免后期因豎井開挖對調(diào)壓室頂拱的影響，在原C25混凝土噴護(hù)基礎(chǔ)上，還增加了10cm的CF30聚丙烯納米鋼纖維噴護(hù)，其總噴護(hù)厚度為25cm，其中聚丙烯微纖維的相關(guān)參數(shù)如下：抗拉強(qiáng)度≥450MPa，彈性模量≥3500MPa，斷裂伸長率≤25%，長度≥12mm，參量為0.9kg/m。由于鋼纖維噴射混凝土具有阻裂、增強(qiáng)和增韌作用，還可以提高混凝土的穩(wěn)定性；同時，噴射納米鋼纖維混凝土，并結(jié)合與錨桿、鋼筋網(wǎng)相結(jié)合使用，極大的改善了噴射混凝土的特性， 回彈量小、噴射厚度大、抗壓強(qiáng)度高、凝結(jié)時間縮短、抗拉強(qiáng)度提高、與巖石的黏結(jié)強(qiáng)度提高以及改善施工環(huán)境等優(yōu)點，使得調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)工程質(zhì)量得到保證，達(dá)到了理想的效果。

在在調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)過程中，由于系列支護(hù)措施得到了很好的應(yīng)用，確保了大跨度的調(diào)壓室頂拱在無混凝土襯砌前提下的安全與穩(wěn)定，這也為后期調(diào)壓室豎井施工提供了安全保障，為“創(chuàng)錦屏A級樣板工程”奠定了堅實基礎(chǔ)。

4 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)

由于調(diào)壓室豎井開挖斷面太大，且頂拱只進(jìn)行錨噴支護(hù)，無混凝土襯砌，為避免頂拱因各種原因出現(xiàn)變形所帶來的安全隱患，同時，也為進(jìn)一步了解頂拱開挖支護(hù)的效果，各調(diào)壓室頂拱在一定位置布設(shè)了安全監(jiān)測儀器，及時觀察頂拱的安全穩(wěn)定性，從而從側(cè)面了解頂拱開挖支護(hù)施工各相關(guān)工藝、措施的質(zhì)量和效果，為以后類似工程積累經(jīng)驗。調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)完工已有3個月時間，變形監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示頂拱變形量較小，這也從側(cè)面說明，采用這一系列的施工工藝進(jìn)行大跨度頂拱開挖支護(hù)完全滿足施工質(zhì)量、安全等要求。其最近、最新監(jiān)測數(shù)據(jù)如下表所示（以前測值均變化量均在0.1mm以內(nèi)）。

調(diào)壓室頂拱監(jiān)測數(shù)據(jù)表（最近測值）

5結(jié)語

錦屏水電站大跨度調(diào)壓室頂拱開挖支護(hù)工程施工現(xiàn)已全部完成，目前正進(jìn)行各調(diào)壓室豎井的全斷面開挖支護(hù)施工。根據(jù)各調(diào)壓室頂拱監(jiān)測數(shù)據(jù)及運行情況，可以反映出調(diào)壓室頂拱的開挖支護(hù)施工是成功的，特別針對如此大跨度無混凝土襯砌洞室，采用分層、分序、預(yù)裂與光面爆破開挖相結(jié)合及一系列有效的支護(hù)施工技術(shù)，確保了整體調(diào)壓室頂拱的安全與穩(wěn)定。此文中的施工技術(shù)經(jīng)驗也為類似的工程施工提供了一定的參考。

作者簡介：

任明（1975.04-），男，四川閬中，項目常務(wù)副經(jīng)理，工程師，從事項目管理工作。

唐銘鴻(1983.12－)，男，湖南永州，項目總工程師，從事施工技術(shù)、管理工作。