杜伯華水電站項(xiàng)目沖砂系統(tǒng)施工技術(shù)研究

謝蘭清

摘 要：杜伯華水電站沖砂系統(tǒng)進(jìn)洞40米為坡積體，連接段為洞室群縱橫上下交錯(cuò)且圍巖較為破碎，無論是從進(jìn)洞開挖還是連接段貫通，施工難度較大，筆者通過研究、咨詢、查閱資料，采用固結(jié)灌漿、管棚支護(hù)等措施順利完成坡積體斷開挖，采用控制高點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度爆破技術(shù)成功完成了沖砂系統(tǒng)貫通面附近的開挖，整個(gè)沖砂系統(tǒng)的施工技術(shù)安全可行。

關(guān)鍵詞：質(zhì)點(diǎn)速度 固結(jié)灌漿 管棚施工 洞室群 沖砂系統(tǒng)

1.工程概述

巴基斯坦杜伯華水電站項(xiàng)目位于巴基斯坦西北邊界省Indus Kohistan 區(qū)， 是一座高水頭、長隧洞引水式水電站，該工程主要有堰壩、引水系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、發(fā)電廠房、沉沙系統(tǒng)、沖砂系統(tǒng)等建筑物組成。

沖砂系統(tǒng)是杜伯華水電站主要水工建筑物之一，沖砂系統(tǒng)由4條沖砂支洞和一條主洞組成，支洞分別與4條沉沙洞相連，沖砂主洞長243米，進(jìn)口段40米深埋坡積體下，斷面設(shè)計(jì)為馬蹄形，開挖斷面高度3.55米，最大跨度2.6米。4條沖砂支洞分別與4個(gè)出水閘室相連，4個(gè)出水閘室由于跨度大，巖石為F類型圍巖，因此已完成混凝土襯砌。

2.洞口處理及進(jìn)洞方案的確定

開挖洞口施工平臺時(shí)，根據(jù)沖砂洞出口現(xiàn)場地形特點(diǎn)，在垂直洞口面高于頂拱2米以下以1：0.7的邊坡形成開挖面，上部和側(cè)邊均以1：1的邊坡形成開挖面。在洞口段采用3米150KN錨桿、Φ6 0.15x0.15 掛網(wǎng)和100mm厚的噴混凝土的支護(hù)措施，形成良好的施工作業(yè)平臺。

工程初步擬定為固結(jié)灌漿施工方案。后經(jīng)洞口部位開挖揭露地層條件看，表層崩積體下方為古河道沖積物，主要為泥沙層夾雜部分碎石、卵石等，且泥砂結(jié)合緊密，但無膠結(jié)情況。為進(jìn)一步確定該部位地層情況，經(jīng)在洞頂上方1m處探孔施工情況分析，主要為泥砂層。為取得較好的施工效果，調(diào)整該部位灌漿采用管棚灌漿方案，管棚為主，灌漿加固為輔。此種類型的管棚灌漿可采用花管灌漿工藝，在管棚管上間距0.5m打設(shè)一環(huán)出漿孔。同時(shí)由于為水平孔施工，孔斜不易保證，鉆孔灌漿可按開挖段循環(huán)進(jìn)行。每循環(huán)灌漿孔孔深為20m。

在第一循環(huán)（孔深20m）灌漿結(jié)束后，根據(jù)開挖后揭示的實(shí)際的圍巖情況，如有必要，可確定是否進(jìn)行第二循環(huán)的灌漿以及具體的第二循環(huán)的灌漿方案。每次循環(huán)灌漿結(jié)束后在灌注的漿液達(dá)到一定強(qiáng)度后即可進(jìn)行灌漿處理范圍內(nèi)的隧洞開挖工作。鉆灌孔的具體布置形式及參數(shù)附圖1。

3.坡積體段管棚施工方法

3.1 施工工序

本段施工擬采用管棚灌漿法施工，①首先在洞頂上方設(shè)計(jì)位置用YG-80型鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，鉆孔孔徑不小于146mm；②鉆孔完成后下設(shè)直徑不小于75mm壁厚≥5mm無縫鋼管（管棚）；③拔出套管，孔口處采用水泥砂漿封閉管棚與孔壁間空隙；④射漿管下入孔底后采用孔口封閉純壓式灌漿法。

管棚灌漿鉆孔采用YG-80潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)；孔向應(yīng)符合洞軸線方向；鉆孔孔徑不小于146mm。鉆進(jìn)過程中對鉆進(jìn)的地層及異常情況連續(xù)觀察，及時(shí)記錄。因?yàn)槭撬娇足@孔，因此鉆孔不測斜，主要為過程控制。

3.2 管棚灌漿及過程控制

管棚灌漿施工前需進(jìn)行孔口封閉，以免管棚灌漿時(shí)漿液從管棚外壁滲出，管棚灌漿采用純壓式孔口封閉灌漿法，為保證灌漿效果，可多次循環(huán)進(jìn)行灌漿，直到孔口灌漿時(shí)孔內(nèi)不吃漿為止；共設(shè)計(jì)有兩排管棚灌漿孔，根據(jù)施工平臺情況安排管棚施工順序，預(yù)計(jì)最大灌漿壓力為1.5MPa。注入率大的孔段應(yīng)分段升壓，一般灌漿段灌漿壓力應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值。由于沒有進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，現(xiàn)場實(shí)施過程中可根據(jù)漿液灌注情況調(diào)整最大灌漿壓力，以免漿液滲透到灌漿以外區(qū)域。管棚灌漿水灰比采用2：1、1：1、0.6：1三個(gè)比級。管棚灌漿漿液濃度遵循由稀到濃的原則逐級改變。變換標(biāo)準(zhǔn)為：

①當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比；

②當(dāng)某一比級漿液的注入量已達(dá)300L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)，應(yīng)改濃一級水灰比漿液灌注；

③當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級變濃。

在該段最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿，并做好閉漿措施。

管棚灌漿孔封孔應(yīng)采用“機(jī)械壓漿封孔法”或“壓力灌漿封孔法”，用濃漿（0.5：1）全孔一次性封孔。封孔壓力為該孔最大灌漿壓力。如該段灌漿結(jié)束為最濃一級水灰比（0.6：1）時(shí)，可不進(jìn)行置換濃漿，直接封孔。

3.3 開挖進(jìn)洞

由于進(jìn)洞4 0米為坡積體，盡管已完成頂部管棚灌漿處理，取樣判斷不樂觀，因此采用非常規(guī)的開挖方法。沖砂隧洞開挖斷面面積6.14～10.36m2，屬于小斷面洞室，主要采用人工作業(yè)。運(yùn)用分層開挖、局部爆破的方式，保證較小的掏槽開挖進(jìn)尺，配用小型挖掘設(shè)備配合，逐步往前推進(jìn)。開挖鉆孔采用YT-28手風(fēng)鉆作業(yè)，出碴采用裝載機(jī)裝運(yùn)，至洞口再集中倒運(yùn)到指定棄碴場地。

支護(hù)是確保地下洞室開挖安全的有效途徑，一般有噴漿、掛網(wǎng)、錨桿、鋼拱架等組成。該施工段特殊，洞口段采用分層開挖方式，在上半部開挖完成后立即進(jìn)行注漿錨桿和鋼拱架支護(hù)，錨桿和鋼拱架布設(shè)完成后，采用混凝土或鋼纖維混凝土進(jìn)行噴護(hù)，噴護(hù)厚度為10cm，待上部穩(wěn)定后再進(jìn)行下部開挖，開挖完成后立即進(jìn)行下部支護(hù)，和上半部形成統(tǒng)一整體，為了防止過度沉降，在鋼拱架底部焊接較大墊片。反復(fù)進(jìn)行循環(huán)操作，甚至進(jìn)行局部灌漿再處理。

4.沖砂支洞施工方法

4.1施工方法的確定

沖砂支洞緊鄰出水閘室，該區(qū)域洞室群相互縱橫交錯(cuò)，立體交叉口多，加上洞室與洞室之間的巖柱較薄，靠近出水閘室開挖斷面大，邊墻高，工程地質(zhì)條件就更顯復(fù)雜?，F(xiàn)場經(jīng)地質(zhì)工程師鑒定巖石為D級，巖石較為破碎，為滿足出水閘室開挖安全要求，部分閘室已完成永久混凝土襯砌。爆破振動(dòng)直接影響高邊墻的穩(wěn)定和出水閘室建筑物結(jié)構(gòu)的安全，根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，在已完工或部分完工的砼結(jié)構(gòu)附近進(jìn)行爆破，爆破導(dǎo)致振動(dòng)的限度是根據(jù)在結(jié)構(gòu)上測量的高峰質(zhì)點(diǎn)速度確定的，建在巖石上的整體砼建筑物高峰質(zhì)點(diǎn)速度應(yīng)滿足要求，因此，4條沖砂支洞采用砼建筑物控制高峰質(zhì)點(diǎn)速度方法進(jìn)行開挖。

4.2 施工方法

沖砂支洞的開挖采用國內(nèi)先進(jìn)的M20爆破振動(dòng)儀器來監(jiān)測出水閘室的砼襯砌的振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度，建在巖石上的整體砼建筑物，高峰質(zhì)點(diǎn)速度vs≤100mm/s。因而在沖沙支洞開挖時(shí)須通過爆破振動(dòng)試驗(yàn)確定最初的爆破控制，并在施工過程中進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度監(jiān)測，經(jīng)過監(jiān)測數(shù)據(jù)對最初的爆破振動(dòng)成果進(jìn)行修正和數(shù)據(jù)分析，從而選擇合理的施工方法、裝藥量和爆破參數(shù)，指導(dǎo)隧洞在安全可控的情況下實(shí)現(xiàn)開挖，最終4條沖沙支洞全面成功貫通，標(biāo)志著沖沙系統(tǒng)開挖完成。

經(jīng)過每輪爆破監(jiān)測，指導(dǎo)下一輪開挖裝藥量，直到4條沖砂支洞完全貫通，出水閘室的砼建筑物上高峰質(zhì)點(diǎn)速度都控制在規(guī)范要求范圍之內(nèi)，成功完成貫通。

5.結(jié)束語

沖砂系統(tǒng)的開挖與常規(guī)的地下隧洞開挖有區(qū)別的，坡積體段管棚灌漿處理形成了封閉裂隙，加強(qiáng)基巖的完整性，達(dá)到提高巖體強(qiáng)度和剛度的。在開挖過程中明顯出現(xiàn)砂礫石形成整體現(xiàn)象，加上臨時(shí)支護(hù)及時(shí)，未出現(xiàn)大量塌方現(xiàn)象，說明該隧洞的坡積體段施工方法可靠。

沖砂支洞的開挖也較特殊，使用高峰質(zhì)點(diǎn)速度控制技術(shù)，從現(xiàn)場和檢測數(shù)據(jù)顯示，即保證了隧洞開挖質(zhì)量和速度，又保證了永久砼襯砌不被干擾。說明在這種條件下爆破施工可以保證質(zhì)量和安全。

主洞洞口坡積體段固結(jié)灌漿管棚施工方法和支洞質(zhì)點(diǎn)速度控制技術(shù)，解決了該項(xiàng)目幾年來懸而未決的問題，大大加快工程的進(jìn)度，降低工程成本，在保證質(zhì)量和安全的前提下，通過對施工方法的研究，實(shí)現(xiàn)了沖砂系統(tǒng)的順利開挖。

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