劉加樸,程林剛,劉志強(qiáng)
(1.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司,天津301700;2.開封黃河河務(wù)局,河南 開封 475001)
金沙江梨園水電站位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉縣(左岸)與麗江地區(qū)玉龍縣(右岸)交界河段,是金沙江中游河段規(guī)劃的第三個(gè)梯級(jí),是以發(fā)電為主,兼有庫(kù)區(qū)航運(yùn)和旅游等綜合效益的大型水電水利工程。 電站壩址上游導(dǎo)流明渠右岸為念生墾溝堆積體,其分布高程從江邊1 500 m 至1 700 m,臨江部位堆積物沿河寬度約460 m,靠后沿寬度約200 m,橫河方向長(zhǎng)度約1 000 m。 總體上,堆積體兩側(cè)及后緣薄,中間部分相對(duì)較厚,厚度一般30~60 m,估計(jì)總方量約2 700×104m3。 2008 年8 月,導(dǎo)流明渠進(jìn)行開挖作業(yè)。 在9~10 月份的雨季中,該堆積體開始出現(xiàn)滑動(dòng),最大日滑動(dòng)距離約為40~50 cm,變形范圍1200 萬(wàn)m3。
念生墾溝堆積體的下滑,嚴(yán)重影響了導(dǎo)流明渠的開挖。為確保施工安全,必須對(duì)其進(jìn)行處理。經(jīng)研究,選擇壓力分散型錨索為主要治理措施。
該堆積體成因復(fù)雜,大致可分為沖洪積、坡殘積、崩塌堆積、坍滑堆積及冰磧。(1)沖洪積。主要分布于溝“喇叭”口前端古河床分布部位,與河流沖洪積一致,其他溝段,主要是坡面沖刷帶來的物質(zhì),堆積在特定歷史時(shí)期的沖溝中。(2)坡積。分布于現(xiàn)地面十幾到幾十cm 厚,特定歷史時(shí)期形成的某些坡面上。(3)殘積。分布于堆積體底部一些易風(fēng)化的巖性地段。 (4)崩塌堆積。 分布于溝口下游側(cè),以及山坡陡峻的坡腳地段。(5)坍滑堆積。溝口上游側(cè)巖層流層面與坡面基本一致,沿層間擠壓面在沖溝切腳后,巖體沿流層面坍滑至溝底。 (6)冰磧。 冰水堆積物在該區(qū)域普遍發(fā)育,在某特定歷史時(shí)期,地形低凹地段堆積有冰磧物。
總體上,各種成因物質(zhì)混雜堆積,且堆積體本身為沖溝地形,因而具有分布不均勻性、無(wú)成層性的特點(diǎn)。
錨索鉆孔原則上伸入強(qiáng)風(fēng)化(及其以下)巖體,錨索長(zhǎng)度60~70 m,原則上不超過70 m。
該堆積體大致由沖洪積、坡殘積、崩塌堆積、坍滑堆積及冰磧體組成,且堆積體內(nèi)分部有數(shù)量較多、體積較大的孤塊石。 堆積體下部為風(fēng)化較為嚴(yán)重的玄武巖,堆積體及巖石裂隙內(nèi)富含地下水,這對(duì)成孔施工帶來極大的困難。
錨索施工是在坡比1∶1.4~1∶1.7 的斜坡上施工,且上下排交叉作業(yè),機(jī)械移動(dòng)不便,工序交叉,導(dǎo)致施工效率降低。
(1)因鉆孔需要全程跟管,且跟管直徑大、深度大,所以起拔套管時(shí),摩阻力大。 (2)地層上部為較松散的堆積體,地基承載力低,致使拔管困難、拔管時(shí)間長(zhǎng)。 (3)堆積尚未完全穩(wěn)定,容易造成卡管、埋管事故。
在錨索施工過程中,因堆積體尚未完全穩(wěn)定,處在蠕滑變形中,日變形量在3~10 mm 之間。 這要求成孔應(yīng)在較短的時(shí)間完成,避免地層滑移變形導(dǎo)致卡管、廢孔事故發(fā)生。
錨索設(shè)計(jì)入巖為進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化及以下巖體。 本區(qū)域基巖為玄武巖,因巖體風(fēng)化破碎嚴(yán)重,鉆孔過程中塌孔掉塊現(xiàn)象嚴(yán)重,成孔困難。
錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為60~70 m,局部基巖埋深較大部位將達(dá)到75 m。 因堆積體松散、基巖破碎,需要全程跟管,故施工機(jī)械損壞幾率大,鉆具故障多,跟管困難。
因堆積體內(nèi)富含地下水,且基巖內(nèi)有大量裂隙,注漿施工時(shí),注漿質(zhì)量不易控制,需采取有效措施,控制漿液的擴(kuò)散,保證錨固端漿液飽滿。
按設(shè)計(jì)要求,錨索鉆孔須穿越厚達(dá)50 m 以上的松散覆蓋層,且下部基巖破碎,施工中需要跟管至終孔深度。 以前國(guó)內(nèi)錨索施工,主要采用偏心鉆具跟管鉆進(jìn)的方式,受施工工藝及施工機(jī)械限制,跟管深度一般為30 m,最大深度不超過40 m,如何對(duì)跟管深度達(dá)60 m 以上的鉆孔進(jìn)行施工,成為一個(gè)難題。
根據(jù)施工需要,經(jīng)過探討研究,并根據(jù)前期工藝性對(duì)比試驗(yàn),本項(xiàng)目決定采用風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆孔,鉆具采用同心鉆具,全孔下設(shè)護(hù)壁套管。
錨索鉆孔機(jī)械采用國(guó)內(nèi)常見的錨固鉆機(jī),即重慶探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MGY-80 和無(wú)錫市雙帆鉆鑿設(shè)計(jì)有限公司生產(chǎn)的YG-80 工程錨固鉆機(jī)。 其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。
表1 鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of drilling rig
沖擊器采用QCW 型無(wú)閥式風(fēng)動(dòng)潛孔沖擊器。該沖擊器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、使用可靠、維修方便、耗風(fēng)量低等特點(diǎn)[1]。 它取消了復(fù)雜的配氣結(jié)構(gòu),以簡(jiǎn)單的配氣氣路代之,壓氣直吹,氣道路程短,氣體壓力損失小,加之利用了壓縮氣體膨脹做功,使沖擊器耗風(fēng)量大大減小,從而減小了空壓機(jī)容量,減輕了空壓機(jī)重量,降低了能耗,便于在山區(qū)和交通不便或搬遷頻繁的工地施工。 該沖擊器雖然是按照低風(fēng)條件設(shè)計(jì)制造的,但在中高風(fēng)壓條件下,沖擊器膨脹做功的性能得到充分發(fā)揮,會(huì)取得更好的鑿巖效果。 QCW130 型沖擊器技術(shù)參數(shù)如表2 所示。
表2 QCW130 型沖擊器技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of QCW130 impactor
本工程共采用了3 種同心鉆具,分別是固定式擴(kuò)孔鉆具、兩牙張開式擴(kuò)孔鉆具、三牙張開式擴(kuò)孔鉆具。 根據(jù)施工部位地層特性,有針對(duì)性地使用,以達(dá)到最快的施工速度、最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
對(duì)于同心鉆具全孔深跟管施工,此前尚未有大范圍的施工先例。為了得到適應(yīng)本工程的施工方法,做到進(jìn)度快、成本低、孔內(nèi)故障少,在項(xiàng)目大規(guī)模實(shí)施前期,必須進(jìn)行工藝性施工試驗(yàn)。 在進(jìn)行同心鉆具試驗(yàn)前,先進(jìn)行了偏心鉆具施工試驗(yàn),以便進(jìn)行對(duì)比[2]。
試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在設(shè)計(jì)錨索區(qū)域以外類似地層的部位。 試驗(yàn)時(shí),先采用偏心鉆具分別進(jìn)行Φ146 mm、Φ168 mm 兩種孔徑的成孔試驗(yàn)[3],然后進(jìn)行Φ168 mm孔徑的同心鉆具成孔試驗(yàn),以檢驗(yàn)工藝的可行性,探索適合本工程地層特點(diǎn)的施工方法。
(1)工效對(duì)比。 采用偏心鉆具時(shí),受設(shè)備功能及地層限制,鉆進(jìn)深度最大約為50 m,跟管深度小于40 m,單孔平均施工時(shí)間4d 左右。采用同心鉆具后,3種鉆具均能全孔跟管鉆進(jìn)至60 m,平均施工時(shí)間降低到不足1 d。
(2)孔內(nèi)故障率對(duì)比。 采用偏心鉆具施工時(shí),平均每孔發(fā)生孔內(nèi)故障約3~4 次;采用同心鉆具施工時(shí),平均每孔故障率降低到0.5 次。
(3)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比。 經(jīng)過統(tǒng)計(jì),同心鉆具單孔施工人工費(fèi)約為偏心鉆具的1/4,在采用柴油動(dòng)力的情況下,設(shè)備臺(tái)班費(fèi)單孔降低約9 000 元。
由上述對(duì)比可知,采用同心鉆具跟管法施工,鉆孔工效提高,孔內(nèi)故障率降低,大大節(jié)約了施工成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益,適合在本工程中全面推廣。
(1)該項(xiàng)目在前期成孔工藝性試驗(yàn)成功后,全部錨索施工都采用了同心鉆具跟管的方法,并在施工過程中進(jìn)行了總結(jié)和改進(jìn),順利完成全部任務(wù)。
(2)在松散堆積體地層鉆孔時(shí),同心鉆全孔跟管鉆孔工藝大大降低了事故率和施工成本,值得推廣應(yīng)用。
[1] 戴育良,劉加樸,閆君. 深厚覆蓋層預(yù)應(yīng)力錨索跟管造孔施工技術(shù)[J]. 基礎(chǔ)工程技術(shù),2010(4):13-19.
[2] 張會(huì)員,潘勇.小灣水電站邊坡堆積體預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)[C]//夏可風(fēng).2006 水利水電地基與基礎(chǔ)工程技術(shù),北京:中國(guó)水利水電出版社,2006:527-534.
[3] 劉典忠,黃燦新.向家壩水電站右岸重件公路護(hù)坡工程水下深厚覆蓋層預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)[C]//楊曉東,夏可風(fēng).地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù),北京:中國(guó)水利水電出版社,2009:190-193.