引黃入晉工程北干線平魯?shù)叵聫S房施工組織設(shè)計

郭端英 郭 紅 趙東亮

引黃入晉工程北干線平魯?shù)叵聫S房施工組織設(shè)計

郭端英 郭 紅 趙東亮

受地形條件限制，平魯?shù)叵卤谜緩S房永久交通洞采用1條24.59%的斜井，如何利用該斜井作為施工交通通道完成地下廠房施工，成為該工程施工方案選擇和施工組織設(shè)計的難點(diǎn)。

地下廠房 施工通道 斜井 豎井

萬家寨引黃入晉工程位于山西省西北部，工程自黃河萬家寨水庫取水，由總干線、南干線、聯(lián)接段和北干線四部分組成?？偢删€西起黃河萬家寨水庫，沿偏關(guān)縣北部東行至下土寨分水閘，而后分為南北2條干線，總干線年引水12億m3，相應(yīng)引水流量48 m3/s，北干線分流22.2 m3/s，年分水量5.6億m3。北干線由下土寨分水閘起向東至大同市南郊墻框堡水庫止，線路全長 156.54 km，主要解決山西省朔州市和大同市工業(yè)及城市生活用水。線路主要建筑物有下土寨分水閘、1#隧洞、平魯?shù)叵卤谜尽⒋罅核畮?、金沙灘水庫、耿莊水庫、墻框堡水庫等，工程于2011年9月已投入運(yùn)行。

平魯?shù)叵卤谜疚挥诒备删€大梁水庫右岸山體中，距離大梁水庫右壩肩上游約230 m，埋深140 m，1#輸水隧洞從泵站進(jìn)水池穿過，在北干線正常輸水時，泵站將1#隧洞內(nèi)的部分水提升至大梁水庫儲存，設(shè)計抽水流量2.64 m3/s；汛期8、9兩月引黃工程停止引水時，再經(jīng)大梁水庫放水洞將庫水放入1#隧洞下游段，向大同、平朔等地供水。

平魯?shù)叵卤谜景惭b5臺單級雙吸臥式機(jī)組，運(yùn)行揚(yáng)程120～137 m，單機(jī)設(shè)計流量0.88 m3/s，單機(jī)容量1 800 kW。主要建筑物包括地下及地面兩大部分，地下建筑物主要有：廠房、進(jìn)出水管道系統(tǒng)、主副交通洞及電纜井等；地面建筑物主要有：變電站和控制樓等。

地下泵站的交通洞為縱坡24.59%的斜井，在1#隧洞掘進(jìn)機(jī)施工時已實(shí)施，該斜井作為地下廠房施工的唯一交通通道，給泵站地下洞室的施工運(yùn)輸帶來諸多困難。

1 施工條件

地質(zhì)條件：除洞口、井口部位為Q2、Q3黃土外，廠房及進(jìn)、出水，放水建筑物所處地層主要圍巖為奧陶系的灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，巖石完整性好、強(qiáng)度高。交通洞及豎井地層主要圍巖為石炭系的泥、頁巖。豎井所處石炭系地層分布有層間滯水。

工程施工條件：工程施工分地面建筑與地下建筑，地面建筑物主要為開關(guān)站與控制樓等，地下建筑物主要分廠房系統(tǒng)、交通系統(tǒng)以及進(jìn)出水系統(tǒng)等。泵站地下建筑物由洞室群組成，施工中須考慮各洞室交叉、平行作業(yè)及相鄰洞室的圍巖穩(wěn)定，施工技術(shù)較為復(fù)雜。

2 施工方案選擇

地下泵站有3個地面出口，即主交通洞、電纜井、出水豎井。其受地形條件限制不具備布置無軌運(yùn)輸交通通道條件，從交通能力、運(yùn)輸成本等方面考慮，選擇主交通洞作為泵站地下工程施工的運(yùn)輸主要施工通道。主交通洞前期已經(jīng)完成，且為斜井，坡度24.59%，由于主交通洞坡度限制，主交通洞洞內(nèi)運(yùn)輸按斜井運(yùn)輸方式設(shè)計。此外，地下洞群除廠房斷面較大外，其它洞室斷面較小，結(jié)合洞群的斷面特性，為方便地下洞群運(yùn)輸與斜井運(yùn)輸?shù)你暯樱麄€地下洞群施工均采用有軌運(yùn)輸施工方案。

3 地下洞群開挖

地下洞群的施工均以主交通洞作為運(yùn)輸通道，交通洞長503.35 m，縱坡24.59%，洞內(nèi)采用斜井有軌運(yùn)輸方式，洞口設(shè)95 kW雙筒絞車作為牽引裝置，井底設(shè)車場（交通洞下部平洞段）。出渣運(yùn)輸采用絞車提升礦車組。為方便洞內(nèi)人工推運(yùn)，礦車采用0.6 m3規(guī)格?；炷敛捎? m3攪拌罐車由絞車送達(dá)井底。施工設(shè)備的運(yùn)輸采用自制斜井平車，施工材料采用礦車或斜井平車。載渣礦車人工推運(yùn)到井下后，人工組車、掛鉤，絞車提升，同時由井上下送1個空載礦車組。載渣礦車到達(dá)井上后，人工摘鉤、解體，人工推運(yùn)到卸渣點(diǎn)卸渣。洞口二次轉(zhuǎn)運(yùn)采用1 m3裝載機(jī)裝8 t汽車運(yùn)至永久棄渣場。建筑材料運(yùn)輸過程與出渣反向。

3.1 廠房開挖

地下泵站廠房（包括主廠房、副廠房、安裝間）開挖尺寸為77.0 m×14.4 m×21.2 m(長×寬×高)，施工具有開挖斷面大、工序多、與其他洞室相互施工干擾、工期緊的特點(diǎn)，根據(jù)地下廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工機(jī)械性能結(jié)合施工通道布置等條件，廠房開挖分4層，分層高度自上而下分別：5.68、5.10、4.00、6.50 m。廠房開挖分層見圖1。

頂層、第2層施工由于地形限制，不具備布置常規(guī)的頂層開挖的施工通道，且廠房相對較窄，頂層的開挖借鑒相關(guān)專業(yè)施工方法，把進(jìn)入廠房頂層的通道布置在主交通洞進(jìn)入廠房端部位置，主交通洞進(jìn)入廠房后在副廠房位置高程1 262.98～ 1 272.00 m開挖60°坡道，作為進(jìn)入頂層施工工作面的通道及溜渣通道。

圖1 廠房開挖分層示意圖

第3、4層由主交通洞作為施工通道施工。

主廠房施工方法布置見圖2。

圖2 廠房開挖縱剖示意圖（長度單位：mm）

第1層開挖：頂拱開挖底部高程為1 272.10 m，最大開挖高度5.68 m。頂拱開挖在廠房開挖中比較關(guān)鍵，選擇先開挖中導(dǎo)洞，兩側(cè)邊墻依次跟進(jìn)擴(kuò)大的開挖方式，在此之前將主廠房內(nèi)的副廠房和安裝間先開挖完成作為出渣平臺。中導(dǎo)洞開挖斷面為5.0 m×5.68 m，采用風(fēng)鉆鉆孔，人工裝藥，非電毫秒雷管引爆，頂、邊采用光面爆破，人工扒渣至溜渣井施工通道、溜渣，石渣在1 262.90 m高程采用0.3 m3裝載機(jī)裝0.6 m3礦車，交通洞內(nèi)組車絞車提升至洞口轉(zhuǎn)渣，交通洞絞車提升能力11.6 m3/h。

第2層開挖、巖壁梁施工：開挖高度主要圍繞巖壁梁施工確定，巖壁吊車梁對開挖質(zhì)量要求極高，開挖不允許出現(xiàn)欠挖及較大的超挖，巖石爆破成形要好，由此確定第2層開挖底部高程1 266.90 m，開挖高度5.1 m。開挖時，先開挖中間先鋒槽，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層手風(fēng)鉆滯后開挖跟進(jìn)。先鋒槽開挖超前約30 m以后，自先鋒槽向兩邊擴(kuò)挖，采用梯段爆破，風(fēng)鉆打孔爆破，為保證巖臺開挖質(zhì)量，兩邊預(yù)留保護(hù)層開挖，吊車梁巖臺開挖采用淺孔、短進(jìn)尺、多循環(huán)開挖，在開挖的同時，進(jìn)行噴錨支護(hù)與巖壁梁錨桿安裝作業(yè)。巖壁吊車梁全長58.4 m。吊車梁混凝土澆筑在第3層開挖后進(jìn)行，采用墊渣的方式形成10%的斜坡道，作為混凝土澆筑的坡道，吊車梁混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，開始第4層爆破作業(yè)。其模板在下一層開挖時不拆除，并用草袋覆蓋保護(hù)，防止爆破飛石損傷混凝土表面。

第3、4層開挖：開挖石渣由0.2 m3鏟斗裝巖機(jī)裝0.6 m3礦車，人推運(yùn)礦車至主交通洞底部，絞車提升至洞口轉(zhuǎn)渣場。第4層開挖從交通洞出渣，交通洞與主廠房軸線平行，待第3層開挖完成后，沿洞軸線方向在廠房內(nèi)掘進(jìn)一條下坡道路，以11%的坡度下降至1 256.40 m的高程沿廠房下游墻下坡開挖中導(dǎo)洞，爆破后，石渣由人工裝膠輪車，人工推運(yùn)至主交通洞內(nèi)轉(zhuǎn)渣，0.3 m3裝載機(jī)裝0.6 m3礦車絞車提升至洞口轉(zhuǎn)渣場。

進(jìn)水池、進(jìn)水支管開挖：北干線1#隧洞貫通后利用已貫通的北干線1#隧洞作為運(yùn)輸通道，1#隧洞出口出渣、供應(yīng)混凝土。

3.2 豎井開挖

電纜井開挖直徑9.6 m，井深161 m，位于廠房出水側(cè)，電纜井下端布置有交通洞與廠房相連接，電纜井交通洞長30 m，電纜井交通洞電纜層底高程1 260.50 m，人行道底高程1 262.90 m。主交通洞進(jìn)廠房后，電纜井交通洞1 262.90 m以上斷面可與廠房頂層開挖同時施工，為電纜井施工創(chuàng)造條件。電纜井施工采用反井鉆機(jī)施工導(dǎo)孔Φ216 mm，導(dǎo)孔形成后，通過電纜井交通洞進(jìn)入豎井底部安裝鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆頭，再自下向上擴(kuò)孔至直徑1.4 m溜渣導(dǎo)井，導(dǎo)井貫通后自上而下采用潛孔鉆打孔爆破，爆破后人工扒渣至井底1 262.90 m高程，井底人工裝膠輪車運(yùn)輸經(jīng)電纜井交通洞至主交通洞底部轉(zhuǎn)渣，洞口95 kW雙筒絞車提升出渣，洞口二次轉(zhuǎn)渣。

出水豎井開挖直徑3.2 m，井深約118 m。為避開電纜井交通洞、調(diào)流閥室、放水洞高壓段施工工期緊張的矛盾，開挖采用正向開挖，自上而下分層開挖，石渣由人工裝吊籃，井口布置卷揚(yáng)機(jī)提升吊籃出渣。

3.3 其它洞室開挖

出水系統(tǒng)、副交通洞、放水系統(tǒng)開挖斷面較小，均采用全斷面開挖，人工手風(fēng)鉆造孔，出渣采用扒渣機(jī)裝礦車，人推礦車至主交通洞底部，主交通洞口絞車提升。

4 混凝土施工

混凝土斜井段運(yùn)輸采用1 m3攪拌罐車由絞車送至井底，轉(zhuǎn)1 t機(jī)動翻斗車水平運(yùn)輸，采用20～ 30 m3/h混凝土泵入倉?；炷劣昧亢苌俨课豢刹捎萌斯と雮}。

廠房底板最大尺寸16.5 m×14.0 m，底板厚1.8 m，是控制混凝土生產(chǎn)能力的倉面，底板混凝土澆筑采用臺階法，人工立模，混凝土經(jīng)主交通洞運(yùn)輸至底部，轉(zhuǎn)1 t機(jī)動翻斗車水平運(yùn)輸，30 m3/h混凝土泵入倉，人工攤鋪，振搗器振搗。

出水豎井、電纜井混凝土襯砌均采用布置在開關(guān)站的混凝土攪拌站供料，5 t自卸汽車載0.5 m3臥罐運(yùn)輸至地面井口，經(jīng)震動式下料軟管送料至襯砌工作面，滑模自下而上襯砌施工。

5 施工進(jìn)度

地下泵站施工總工期30個月（不含主交通洞工期）。

地下泵站施工的關(guān)鍵線路是廠房的施工，其關(guān)鍵線路為：主交通洞（進(jìn)廠房段）施工（1個月）→廠房第1層開挖（含施工通道4個月）→廠房第2層開挖（3個月）→廠房第3層開挖（2個月）→吊頂梁、吊車梁施工（3個月）→廠房第4層開挖（3個月）→廠房混凝土澆筑（4個月）→廠房建筑裝修（2個月）→機(jī)組安裝、調(diào)試（5個月），關(guān)鍵線路長27個月。

6 結(jié)語

由于受地形條件限制，平魯?shù)叵聫S房洞群施工僅可利用廠房斜井交通洞作為施工通道。除出水豎井外地下洞室的開挖、襯砌均通過交通洞有軌運(yùn)輸，泵站除具有常規(guī)的地下廠房施工特點(diǎn)外，還具有整個洞群均為有軌運(yùn)輸?shù)氖┕ぬ攸c(diǎn)，其斜井運(yùn)輸?shù)姆桨讣笆┕すて诳晒╊愃乒こ淘O(shè)計參考和借鑒。

郭端英 女 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

郭 紅 女 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

趙東亮 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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