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    烏東德水電站泄洪洞工程出口水墊塘開(kāi)挖施工技術(shù)

    2021-05-19 01:13:30曹中升李偉希李銘松
    西北水電 2021年2期
    關(guān)鍵詞:泄洪洞錨索底板

    鄭 強(qiáng),曹中升,李偉希,李銘松

    (中國(guó)葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司,湖北 宜昌 443002)

    1 工程概況

    烏東德水電站在左岸山體內(nèi)平行布置3條泄洪洞[1]。泄洪洞主要由進(jìn)口段、有壓洞段、閘室段、無(wú)壓洞段及出口段組成,出口段下方設(shè)置有水墊塘,水墊塘上下游方向長(zhǎng)度為127.89 m,左右岸方向?qū)挒?1.09 m,底板高程795.00 m,泄洪洞出口水墊塘平面布置見(jiàn)圖1。

    圖1 泄洪洞出口水墊塘平面布置圖 單位:m

    泄洪洞出口水墊塘上游側(cè)與左側(cè)均為山體自然邊坡[2],邊坡高程1 040.00 m以下表層為第四系堆積體。上游側(cè)邊坡坡度為51°,坡高約63 m,邊坡結(jié)構(gòu)為順向坡;下游側(cè)邊坡坡度為55°,坡高約31 m,邊坡結(jié)構(gòu)為順向坡;內(nèi)側(cè)工程邊坡最大坡高150 m。邊坡上部為沉積蓋層燈影組(Z2d)厚層白云巖及觀音崖組(Z2g)薄層泥質(zhì)白云巖構(gòu)成的逆向坡;邊坡下部為落雪組薄層白云巖構(gòu)成的斜橫向坡。受斷層(F6)及其他發(fā)育斷層的影響,巖體破碎,完整性差,存在邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。

    泄洪洞出口水墊塘邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工共分為兩期,一期為高程895.00~850.00 m邊坡開(kāi)挖,總開(kāi)挖高度為45.0 m;二期為高程850.00~792.00 m,總開(kāi)挖高度為58.0 m,開(kāi)挖體型為楔形。

    開(kāi)挖底板總長(zhǎng)為127.89 m,總寬度為81.09 m,底板高程792.00 m,在底板周邊與邊坡坡腳連接處設(shè)置有5.5 m深的齒槽。泄洪洞出口水墊塘邊坡每15 m高差設(shè)一級(jí)馬道或分層通道,每級(jí)邊坡設(shè)兩排預(yù)應(yīng)力錨索及系統(tǒng)錨筋樁、錨桿、排水孔及掛網(wǎng)噴混凝土。水墊塘土石方開(kāi)挖總量約134.6萬(wàn)m3,其中:土方明挖3 000 m3,石方明挖130.03萬(wàn)m3,石方槽挖12 273m3,建基面巖石保護(hù)層開(kāi)挖3.0萬(wàn)m3;主要支護(hù)項(xiàng)目有預(yù)應(yīng)力錨索623束、錨筋樁5 639束、砂漿錨桿12 670根。

    2 施工重難點(diǎn)分析

    圖2 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

    水墊塘開(kāi)挖支護(hù)施工具有邊坡高陡、地質(zhì)條件復(fù)雜、工程量大、工期緊、安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)。具體如下:

    (1) 部位處于高陡山體下部,施工安全風(fēng)險(xiǎn)高

    泄洪洞出口水墊塘工程邊坡上部為左岸高位自然邊坡處理區(qū),高度約400 m,存在表面不穩(wěn)定塊體崩落和上、下交叉作業(yè)問(wèn)題,施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。

    (2) 開(kāi)挖過(guò)程變形控制難點(diǎn)大

    泄洪洞出口水墊塘邊坡上部為土質(zhì)邊坡,穩(wěn)定性差。上下游側(cè)基巖邊坡均為順向坡,內(nèi)外側(cè)基巖邊坡均為斜橫向坡;其他坡段受斷層(F6)影響巖體完整性均較差。工程邊坡穩(wěn)定性除上游側(cè)邊坡穩(wěn)定性較好外,其他坡段穩(wěn)定性均較差~差,存在邊坡變形風(fēng)險(xiǎn)。

    (3) 結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜,施工組織要求高

    泄洪洞出口水墊塘開(kāi)挖邊坡上下游方向長(zhǎng)約240 m,開(kāi)挖高度103 m,邊坡自上至下分別設(shè)有排導(dǎo)槽、交通連通等功能設(shè)施,底板周邊設(shè)有5.5 m深齒槽。高程850.00 m以下施工受場(chǎng)地通道限制及汛期影響,現(xiàn)場(chǎng)施工道路布置困難,施工組織難度大。

    3 施工關(guān)鍵技術(shù)

    3.1 上部安全防護(hù)技術(shù)

    泄洪洞出口水墊塘開(kāi)挖施工中,為快速有效地解除上部安全風(fēng)險(xiǎn),對(duì)工程邊坡開(kāi)口線以上至高程1 040.00 m部位采用SNS主、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)結(jié)合進(jìn)行防護(hù)[3]。每隔50~100 m高差布置一道被動(dòng)防護(hù)網(wǎng),并對(duì)表面破碎巖體采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)[4]進(jìn)行包裹防護(hù)。

    SNS主、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)是柔性防護(hù)系統(tǒng),具有高韌性、高防護(hù)強(qiáng)度,易鋪展、安裝程序標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化等優(yōu)點(diǎn),能夠快速地起到防護(hù)效果。

    3.2 側(cè)面邊坡變形控制技術(shù)

    2016年11月,泄洪洞出口水墊塘邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工至高程830.00 m時(shí),受邊坡不良地質(zhì)條件和開(kāi)挖卸荷影響,坡面部分表觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)突然增大,側(cè)面邊坡設(shè)置的表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)位移達(dá)185.23 mm。經(jīng)參建各方現(xiàn)場(chǎng)情況充分調(diào)研和分析,制定了專(zhuān)項(xiàng)的控制邊坡變形的監(jiān)測(cè)和加強(qiáng)錨固措施[5],并完善細(xì)化現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)方案。具體如下:

    3.2.1實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)邊坡變形安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

    (1) 沿泄洪洞出口水墊塘側(cè)面邊坡上下游方向系統(tǒng)布置4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面自上至下間隔30 m布置測(cè)點(diǎn)。

    (2) 對(duì)花山溝斷層(F6)附近區(qū)域邊坡增加永久和施工期變形安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。

    (3) 邊坡變形安全監(jiān)測(cè)設(shè)施包括表面位移觀測(cè)點(diǎn)、多點(diǎn)位移計(jì)、錨桿測(cè)力計(jì)、預(yù)應(yīng)力錨索測(cè)力計(jì)。

    (4) 前期邊坡變形活躍期,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每周收集2次;邊坡收斂變形趨于穩(wěn)定后,每周收集1次。并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總分析通報(bào)參建各方,以及時(shí)制定相應(yīng)處理措施。

    3.2.2邊坡實(shí)施加強(qiáng)錨固措施

    (1) 對(duì)上部已成型邊坡,在已實(shí)施的原設(shè)計(jì)深層錨固措施(1 000 kN、L=30 m預(yù)應(yīng)力錨索)基礎(chǔ)上,每級(jí)邊坡新增1排1 500 kN、L=40/35 m預(yù)應(yīng)力錨索;原坡面系統(tǒng)錨桿基礎(chǔ)上交錯(cuò)新增布置錨筋樁或錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)錨固[6]。

    (2) 高程830.00 m以下未開(kāi)挖邊坡直接采取加強(qiáng)錨固措施,每級(jí)邊坡設(shè)2排1 500 kN、L=50/40 m預(yù)應(yīng)力錨索,頂部設(shè)2排鎖口錨筋樁,下部設(shè)系統(tǒng)錨桿。

    (3) 每級(jí)邊坡底部增設(shè)1排深排水孔,邊坡整體設(shè)有掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護(hù)措施。

    3.2.3邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)

    (1) 邊坡爆破開(kāi)挖控制措施

    為保證邊坡開(kāi)挖爆破不對(duì)邊坡造成變形影響,每級(jí)邊采取“1次預(yù)裂、分層爆破”措施進(jìn)行施工[7]。邊坡預(yù)裂采用QZJ-100B型支架式潛孔鉆,爆破孔主要采用CM351露天高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)造孔,局部采用支架式潛孔鉆或手風(fēng)鉆造孔,人工裝藥,微差松動(dòng)爆破,裝藥聯(lián)網(wǎng)嚴(yán)格控制爆破單響藥量不大于65 kg。

    開(kāi)挖過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)邊坡揭露的巖體情況,現(xiàn)場(chǎng)細(xì)化施工單元,由常規(guī)的60~70 m長(zhǎng)度調(diào)整為30 m長(zhǎng)作為1個(gè)施工單元,上下游方向間隔進(jìn)行開(kāi)挖出渣,避免穩(wěn)定性差不良地質(zhì)邊坡大面積集中揭露,并為邊坡支護(hù)施工及時(shí)提供作業(yè)面。

    (2) 邊坡支護(hù)施工技術(shù)

    邊坡設(shè)置有大量預(yù)應(yīng)力錨索,初期采用搭設(shè)鋼管排架方式形成作業(yè)平臺(tái),使用YXZ-70錨索鉆機(jī)和QZJ-100B潛孔鉆機(jī)進(jìn)行錨索造孔施工。后選用高風(fēng)壓鉆機(jī)作業(yè),高風(fēng)壓鉆機(jī)可自行行走,移動(dòng)方便。高風(fēng)壓鉆機(jī)的成孔速度: 2 h/孔,每天可成孔6個(gè),成孔效率較錨索鉆大為提高。

    每個(gè)施工單元邊坡開(kāi)挖完成測(cè)量復(fù)核后,及時(shí)進(jìn)行支護(hù)施工,邊坡開(kāi)挖過(guò)程中遇不穩(wěn)定塊體的采用CM351履帶自行式鉆機(jī)進(jìn)行臨時(shí)快速加固。待本級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索下索灌漿后,方可進(jìn)行下層邊坡預(yù)裂爆破施工,以確保邊坡穩(wěn)定受控。

    3.3 底板周邊齒槽開(kāi)挖技術(shù)

    泄洪洞出口水墊塘底板周邊設(shè)有深5.5 m齒槽,齒槽底部寬5 m,兩側(cè)邊坡開(kāi)挖坡比1∶0.3。底板周邊齒槽采用預(yù)裂抽槽爆破工藝開(kāi)挖成型[8]。

    (1) 鉆 孔

    周邊預(yù)裂孔深約5.74 m,間距80 cm,中間斜向掏槽爆破孔深5.5 m,間排距為2 m×2.25 m。預(yù)裂孔和主爆孔均采用CM358潛孔鉆機(jī)進(jìn)行。鉆孔前先清除預(yù)裂孔和主爆孔造孔作業(yè)場(chǎng)地上的浮碴雜物。測(cè)量放樣孔口線、高程和方向角。

    (2) 裝 藥

    預(yù)裂孔使用?32 mm的乳化炸藥間隔不耦合裝藥,正常段線裝藥密度320 g/m;底部加強(qiáng)段長(zhǎng)度為0.88 m,線裝藥密度加大為正常段的8倍;上部減弱段長(zhǎng)度為1.22 m,線裝藥密度減小為正常段的一半。藥卷用導(dǎo)爆索串連后膠布綁扎在竹片上,送入孔內(nèi)。主爆孔使用?70 mm的乳化炸藥連續(xù)裝藥。

    (3) 聯(lián)網(wǎng)爆破

    爆破網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)導(dǎo)爆索傳爆、孔外非電毫秒雷管分段接力起爆網(wǎng)絡(luò),分段間隔時(shí)間為50 ms,炮孔先于相鄰梯段炮孔起爆的時(shí)間不小于75~100 ms。

    (4) 出 渣

    爆破后灑水降塵,采用反鏟迅速將爆渣清理干凈,為相鄰區(qū)域的預(yù)裂造孔提供臨空面。頂部3.0 m高爆渣清理利用反鏟+20 t自卸汽車(chē)在水墊塘底板直接裝渣,底部2.5 m高爆渣清理利用反鏟在齒槽內(nèi)倒退扒渣至相應(yīng)范圍后,利用反鏟+20 t自卸汽車(chē)裝渣。

    3.4 底板開(kāi)挖技術(shù)

    水墊塘底板主要為落雪組薄層白云巖、灰?guī)r及少部分中厚層灰?guī)r、千枚巖地層構(gòu)成,總體屬硬質(zhì)巖;斷層(F6)橫穿水墊塘底板,斷層寬約8~10 m??紤]到底板巖石特性,水平光爆造孔不具備成孔條件,現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留3m高底板保護(hù)層采用柔性墊層爆破開(kāi)挖工藝施工[9]。

    (1) 鉆 孔

    爆破孔均采用CM358潛孔鉆機(jī)。鉆孔孔徑為?90 mm,孔深為3.2 m,間排距為2.0 m×1.5 m。

    (2) 裝 藥

    爆破孔使用?70 mm的乳化炸藥連續(xù)裝藥,裝藥段長(zhǎng)度為1.1 m。底部柔性墊層深度為0.6 m,采用鋸末、塑料泡沫或細(xì)砂等可壓縮介質(zhì)作為墊層材料減震。堵孔深度為1.5 m,先用紙袋填塞至孔內(nèi),再用泥土封填密實(shí)。

    (3) 聯(lián)網(wǎng)爆破

    爆破網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)導(dǎo)爆索傳爆、孔外非電毫秒雷管分段接力起爆網(wǎng)絡(luò),分段間隔時(shí)間為50 ms,炮孔先于相鄰梯段炮孔起爆的時(shí)間不小于75~100 ms。

    (4) 下部施工開(kāi)挖通道布置

    為滿(mǎn)足施工需要,布置5條施工便道用于出渣運(yùn)輸,其中4條為汽車(chē)便道,1條為機(jī)械便道。汽車(chē)便道寬6.0 m,采用泥結(jié)石路面,最大縱坡10%~12%,局部不大于15%;機(jī)械便道寬3.0 m,最大縱坡控制在30%以?xún)?nèi)。

    4 實(shí)施效果

    4.1 邊坡形體控制成果

    (1) 邊坡開(kāi)挖完成后,泄洪洞出口水墊塘高程895.00 m以下共檢測(cè)斷面256個(gè),25 705個(gè)點(diǎn),最大超挖46 cm,平均超挖18.6 cm,無(wú)欠挖,不平整度8.0 cm,排炮錯(cuò)臺(tái)12.5 cm,半孔率80.0%以上,均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

    圖3 典型測(cè)點(diǎn)多點(diǎn)位移計(jì)變形過(guò)程線圖

    (2) 邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工完成后,水墊塘側(cè)面邊坡變形得到有效控制。主要有以下幾點(diǎn):① 泄洪洞水墊塘邊坡表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)總變化量:X方向在-1.64~3.77 mm之間,Y方向在-2.13~2.13 mm之間,H方向在-6.26~3.83 mm之間。②多點(diǎn)位移計(jì)孔口總變化量在-0.20~1.13 mm之間。③錨桿應(yīng)力計(jì)總變化量在-5.9~4.5 MPa之間。④ 1 500 kN級(jí)監(jiān)測(cè)錨索測(cè)力計(jì)總變化量為-0.6~29.7 kN之間。

    從圖3可以看出,后期施工過(guò)程中該點(diǎn)位移測(cè)值基本不變,邊坡變形已基本穩(wěn)定。

    4.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果

    根據(jù)邊坡爆破振動(dòng)施工技術(shù)要求和變形控制需要[10],泄洪洞出口水墊塘邊坡開(kāi)挖爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度允許最大控制標(biāo)準(zhǔn)為10 cm/s。

    泄洪洞出口水墊塘爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)部位包括水墊塘正面坡、左側(cè)坡、導(dǎo)墻混凝土、下游尾坎灌區(qū)等,共進(jìn)行爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)12次,累計(jì)42測(cè)點(diǎn),其中最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度水平X向0.335~9.489 cm/s、水平Y(jié)向0.461~8.056 cm/s、垂直Z向0.468~7.835 cm/s,符合控制要求有42測(cè)點(diǎn),合格率為100%。

    4.3 支護(hù)工程質(zhì)量

    (1) 錨桿工程

    泄洪洞出口水墊塘共施工12 670根錨桿和5 639根錨筋樁,共抽檢錨桿635根,檢測(cè)頻率滿(mǎn)足要求,合格率100%。

    表1 泄洪洞出口錨桿無(wú)損檢測(cè)成果表

    (2) 預(yù)應(yīng)力錨索工程

    泄洪洞出口水墊塘邊坡共施工預(yù)應(yīng)力錨索623束,工程造孔孔位誤差、孔深誤差、傾角誤差及方位角誤差均在工藝允許范圍值內(nèi),造孔合格率100%;灌漿質(zhì)量滿(mǎn)足質(zhì)量要求,錨索張拉伸長(zhǎng)率均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),現(xiàn)場(chǎng)48束安裝錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定損失率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

    5 結(jié) 論

    本技術(shù)在烏東德水電站泄洪洞工程水墊塘邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工中得到了較好的應(yīng)用,消除了施工安全風(fēng)險(xiǎn),有效控制了邊坡變形,確保工程施工質(zhì)量和安全的同時(shí),加快了工程施工進(jìn)度,施工進(jìn)度完全滿(mǎn)足工程蓄水驗(yàn)收要求,得到了業(yè)主、監(jiān)理以及質(zhì)監(jiān)總站質(zhì)量專(zhuān)家組的一致好評(píng),對(duì)其他類(lèi)似工程具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

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