苗尾水電站引水道豎井開挖支護(hù)施工方案研究

龔元江

(中國水利水電第十四工程局有限公司 昆明 650041)

田亞芳

(昆明理工大學(xué)理學(xué)院物理系 650050)

陳加杰

(云南省水利水電工程有限公司 大理 671000)

1 概述

苗尾水電站引水系統(tǒng)布置在壩址左岸山體內(nèi)，引水道上下平段采用豎井連接，上、下彎段轉(zhuǎn)豎井曲線半徑均為35m。引水道開挖洞徑12.0m，采用鋼板襯砌，外部回填混凝土厚度0.9m，襯后洞徑10.2m。

引水道豎井段上覆巖體厚95～165m，豎井段位于弱風(fēng)化下段—微風(fēng)化巖體內(nèi)，斷層、層內(nèi)錯動帶不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)較大不利結(jié)構(gòu)面的組合，僅發(fā)育斷層F122，但斷層及巖層走向與洞軸線夾角約20°，圍巖存在內(nèi)鼓破壞的條件。洞室圍巖以Ⅳ類巖體為主。

綜上分析，引水道與層理斜交，總體圍巖類別較低。受層面、節(jié)理和緩傾角切理的影響，局部圍巖穩(wěn)定性差。

2 豎井開挖施工程序及方法

2.1 豎井開挖支護(hù)施工程序

豎井工程施工程序如下:

上平段開挖支護(hù)(下平段開挖支護(hù))→豎井導(dǎo)井開挖→豎井?dāng)U挖支護(hù)。

2.2 豎井開挖方法及措施

在引水道上平段及上彎段擴(kuò)挖段、下平段及下彎段出渣導(dǎo)洞施工完成后，進(jìn)行豎井段開挖。

2.2.1 導(dǎo)井開挖

導(dǎo)井采用LM200型反井鉆機(jī)施工，首先由上至下打?qū)Э祝瑢?dǎo)孔貫通后安裝φ140cm擴(kuò)孔鉆頭，由下至上進(jìn)行導(dǎo)井的施工。導(dǎo)井施工程序按“施工準(zhǔn)備→反井鉆機(jī)就位→導(dǎo)孔鉆進(jìn)→導(dǎo)井鉆進(jìn)”幾個步驟進(jìn)行。

2.2.2 全斷面擴(kuò)挖

上彎段擴(kuò)挖后上平段末端與豎井中心線的距離較大，為保證材料運(yùn)輸及施工人員的通行，在上彎段設(shè)置一棧橋。同時設(shè)置一吊籠作為材料的運(yùn)輸通道，并沿豎井井壁設(shè)置一附著式電梯作為施工人員上下豎井的通道。全斷面擴(kuò)挖采用手風(fēng)鉆自上而下分層開挖，每層高度按2.0m進(jìn)行控制。導(dǎo)井口設(shè)置井蓋，造孔時將導(dǎo)井封閉。爆破后石渣由小反鏟或人工扒渣進(jìn)導(dǎo)井落入井底，在井底出渣。豎井段不良地質(zhì)段，開挖前做超前支護(hù);開挖后，視圍巖情況和監(jiān)測結(jié)果增加環(huán)向鋼筋拱肋支撐，確保圍巖穩(wěn)定。豎井開挖方法見圖1。

3 豎井開挖安全措施及方法

3.1 豎井頂部加固處理

圖1 引水道豎井開挖方法示意圖

上平洞開挖至上彎段起點(diǎn)時，采用超前管棚預(yù)加固，“核心土”方法開挖;短進(jìn)尺、小藥量、控爆破，以Ⅴ類圍巖開挖支護(hù)參數(shù)開挖通過上彎段，開挖至豎井頂部上方下游邊墻。開挖過程中增加鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)，在底部設(shè)置縱向工字鋼，將豎向鋼支撐支托穩(wěn)定。同時開挖斷面擴(kuò)大成城門洞形，底部擴(kuò)挖成平底，水平開挖通過上彎段。每一開挖循環(huán)將一層鋼支撐接腿至底部，并在保護(hù)層開挖完成后，在底部澆筑一圈40cm×40cm的鋼筋混凝土地梁，將鋼支撐包裹其中形成支撐整體。鋼筋混凝土地梁澆筑完成后，即用滿堂腳手架支撐組合鋼模板，將整個城門洞形的洞段澆筑一層40cm厚的臨時襯砌混凝土(結(jié)構(gòu)混凝土以外)，以保證豎井向下擴(kuò)挖時圍巖的穩(wěn)定和施工安全。

豎井上彎段擴(kuò)挖加固示意如圖2所示。

圖2 引水道開挖上彎段擴(kuò)挖加固示意圖

3.2 豎井底部加固處理

當(dāng)下平洞開挖至下彎段終點(diǎn)逆水流5m樁號時，對下彎段頂部設(shè)計開挖線以上巖體進(jìn)行超前固結(jié)灌漿，并在下彎段終點(diǎn)樁號前后5m范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)混凝土外襯砌一圈40cm厚鋼筋混凝土，對該段進(jìn)行臨時加固處理。然后在隧洞底部開挖一條4m×4.5m的出渣導(dǎo)洞直抵豎井底部上游邊墻。出渣導(dǎo)洞上方洞臉以及洞身設(shè)計開挖邊線以內(nèi)將來要挖除的部分采用玻璃纖維錨桿支護(hù)，玻璃纖維錨桿是臨時性的，開挖爆破時即可炸斷，不影響成洞擴(kuò)挖。玻璃纖維錨桿作為出渣導(dǎo)洞的臨時支護(hù)手段，保證出渣導(dǎo)洞圍巖安全穩(wěn)定，并且能在整個豎井及下彎段擴(kuò)挖時爆破震碎，不至于形成普通錨桿串巖塊現(xiàn)象，有利于擴(kuò)挖成洞質(zhì)量。出渣導(dǎo)洞采用鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)(擴(kuò)挖前拆除)，噴鋼纖維混凝土封閉，保證豎井?dāng)U挖出渣安全。

豎井底部下彎段擴(kuò)挖加固示意如圖3所示。

圖3 下彎段擴(kuò)挖加固示意圖

3.3 豎井開挖

在豎井頂部、底部加固處理完成后及下彎段出渣導(dǎo)洞施工完成后，進(jìn)行豎井段開挖。施工采用LM200型反井鉆機(jī)施工，首先由上至下打?qū)Э?，?dǎo)孔貫通后安裝φ140cm擴(kuò)孔鉆頭，由下至上進(jìn)行導(dǎo)井的施工。導(dǎo)井施工結(jié)束后，引水道豎井段一次自上而下全斷面擴(kuò)挖至設(shè)計規(guī)格線。豎井段不良地質(zhì)洞段，開挖前作超前錨桿支護(hù);開挖后，視圍巖情況和監(jiān)測結(jié)果增加環(huán)向鋼筋拱肋及長錨桿支撐，確保圍巖穩(wěn)定。豎井支護(hù)按照由表及里，由淺入深逐次支護(hù)。

3.4 豎井底部開挖

在豎井開挖到井底時，為了保證施工安全，底部采用從下平段水平分層開挖的方法施工。開挖前先拆除出渣導(dǎo)洞的鋼支撐，具體施工方法見圖4。

圖4 豎井底部開挖方法示意圖

3.5 塌方處理應(yīng)急預(yù)案

引水道豎井開挖過程塌方處理應(yīng)急措施如下:

a.塌方后，塌方所處工作面立即停止施工，現(xiàn)場工作人員迅速報告，按規(guī)定程序在2h內(nèi)報告監(jiān)理人。

b.立即組織人員深入現(xiàn)場調(diào)查研究，分析塌方原因，弄清塌方規(guī)模、類型及發(fā)展規(guī)律，核對塌方段的地質(zhì)構(gòu)造和地下水活動狀況，盡快制定切實可行的塌方處理方案(包括安全措施)報審實施。

c.對一般性塌方，在塌頂暫時穩(wěn)定后，立即加固塌體四周圍巖，及時施工支護(hù)結(jié)構(gòu)，托住頂部，防止塌穴繼續(xù)擴(kuò)大;對大面積塌方，在塌方處理方案未得到批準(zhǔn)前，切忌盲目地?fù)屜惹宄w，否則可能導(dǎo)致更大的塌方。

d.有地下水活動的塌方，宜先治水再治塌方。

e.認(rèn)真組織塌方處理所需的物資、器材和設(shè)備供應(yīng)，避免中途停工。

f.針對不同的塌方可采取以下處理辦法:?裂隙擴(kuò)張造成的塌方:采用噴錨法、挑梁法、替換支撐法處理;?塌方體窄長的小塌方:塌方后可利用兩側(cè)巖壁比較完整的條件，采用對頂支撐法、挑梁法進(jìn)行處理;?中等塌方:將采用噴錨法、插筋排架法、護(hù)頂法、鋼管棚架法、鋼筋格構(gòu)梁法進(jìn)行處理;?大塌方(塌方量在100m3以上，塌穴高在10m以上):若塌方堵塞整個隧洞，而且對塌方規(guī)模和發(fā)展規(guī)律不十分了解，則采用噴錨法，鋼排架法，鋼管棚架法等多種方法綜合處理。當(dāng)塌方段埋藏深度較淺或地質(zhì)條件十分復(fù)雜，塌方堵塞全洞，從洞內(nèi)處理難保障安全時，可采用灌漿法，環(huán)形導(dǎo)洞法，混凝土縱梁法等配合其他方法綜合處理。

4 結(jié)語

不良地質(zhì)條件下的豎井施工在目前并不是一項完全成熟的施工技術(shù)，本文通過分析引水道豎井工程地質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)特征，提出綜合運(yùn)用適當(dāng)擴(kuò)挖支護(hù)、鋼筋混凝土支護(hù)、玻璃纖維錨桿支護(hù)、鋼支撐鋼拱肋支護(hù)、分層分部開挖支護(hù)等形式，形成安全可靠的開挖支護(hù)方案，可實現(xiàn)步步為營、穩(wěn)打穩(wěn)扎、高效快捷的不良地質(zhì)條件下的豎井開挖，為不良地質(zhì)條件下施工提供了有效的借鑒方案?！?/p>

1 段汝建，等.錦屏一級水電站地下廠房開挖支護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.人民長江，2009，40(18):45～47.

2 段汝建，張德高.周寧水電站高壓引水豎井施工技術(shù)［J］.水力發(fā)電，2006，32(12).

3 毛志國.反井鉆機(jī)法豎井施工［J］.河北企業(yè)，2009(2).

4 馬洪琪，熊訓(xùn)邦.廣蓄電站高壓長豎井快速施工技術(shù)［J］.水力發(fā)電，1993(7).

5 馬洪琪，周宇，和孫文，等.中國水利水電地下工程施工［M］.北京:中國水利水電出版社，2011:226～271，370～453.