水電站尾水管檢修閘門室快速揭頂施工研究

摘要：本文針對白鶴灘水電站左岸引水發(fā)電系統(tǒng)尾水管檢修閘門室受施工周邊條件所限，導(dǎo)致揭頂施工質(zhì)量差的問題，通過施工布置、快速揭頂施工流程設(shè)計(jì)、錨桿施工、三角體開挖，提出一種全新的施工技術(shù)。將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際不僅可以實(shí)現(xiàn)快速揭頂，還可以解決支護(hù)空間不足的問題，保障了施工安全。在實(shí)際施工過程中，還需要結(jié)合具體情況，對錨桿的長度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證錨桿能夠順利完成插桿。

關(guān)鍵詞：水電站；左岸；尾水管；閘門室；快速揭頂

中圖分類號：TV73""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

尾水管檢修閘門室是水利工程中的關(guān)鍵部分，其作用是當(dāng)水利工程設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)，能夠迅速切斷水流，為檢修工作提供干燥的環(huán)境。然而，在傳統(tǒng)的尾水管檢修閘門室施工方法中，通常采用的是全斷面開挖的方式，這種方式不僅施工周期長，還對環(huán)境影響較大[1]。目前，隨著科技的不斷進(jìn)步，快速揭頂施工方法逐漸進(jìn)入人們的視線。這種方法主要是在尾水管檢修閘門室的頂部進(jìn)行局部開挖，然后利用特殊的設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行快速揭頂，應(yīng)用這種方式，來提高項(xiàng)目的施工效率。

1工程概述

1.1工程地質(zhì)條件

左岸尾水管檢修閘門室圍巖以完整～較完整的堅(jiān)硬玄武巖為主，邊墻圍巖以Ⅱ類、Ⅲ1類為主，其中Ⅱ類占35%，Ⅲ1類占58%，頂拱圍巖基本為Ⅱ類。在地應(yīng)力作用下，巖體不會產(chǎn)生整體的塑性變形和破壞，洞室的整體穩(wěn)定性較好。

安排技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場勘探，明確頂拱陡傾角裂隙相對發(fā)育，可能組合形成塊體，但方量有限，影響局部穩(wěn)定。同時(shí)，洞室區(qū)地應(yīng)力量值中等偏高，方向與其軸線大角度相交，洞室在開挖過程中將產(chǎn)生一定程度的片幫乃至中等巖爆現(xiàn)象[2]。

在洞室邊墻中下部，分布少量第二類柱狀節(jié)理玄武巖，厚度約30m，在此區(qū)域進(jìn)行開挖施工，易產(chǎn)生局部變形與松弛。其中，在斜切邊墻中存在錯(cuò)動帶，取樣后發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的整體巖性較為軟弱，如果未能按照規(guī)范施工，那么該區(qū)域容易發(fā)生剪切變形[3]。經(jīng)過綜合勘察后發(fā)現(xiàn)，在洞室邊墻中上部和頂部位置露出的角礫熔巖區(qū)域，由于其地應(yīng)力較高，因此發(fā)生塑性變形的概率也較高，且錯(cuò)動帶在外水壓力作用下，可能存在滲透變形風(fēng)險(xiǎn)。

1.2主要工程量

為規(guī)范工程項(xiàng)目的施工，對項(xiàng)目快速揭頂施工中涉及的開挖支護(hù)工程量進(jìn)行綜合分析，相關(guān)內(nèi)容見表1。

2施工布置

為保證工程項(xiàng)目的順利施工，按照規(guī)范對施工通道進(jìn)行布置。

其中開挖渣施工道路主要有以下4條。①有用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室南側(cè)交通洞→進(jìn)廠交通洞延伸洞→3#公路→上游臨時(shí)橋→4#公路→大田壩存料場。②有用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室北側(cè)交通洞→通風(fēng)兼安全洞→5#公路→3#公路→上游臨時(shí)橋→4#公路→大田壩存料場。③無用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室南側(cè)交通洞→進(jìn)廠交通洞延伸洞→3#公路→矮子溝棄渣場。④無用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室北側(cè)交通洞→通風(fēng)兼安全洞→5#公路→3#公路→矮子溝棄渣場。

混凝土水平運(yùn)輸?shù)缆酚袃蓷l。①水電七局白鶴灘施工局60拌合站→3#公路→5#公路→通風(fēng)兼安全洞→尾水管檢修閘門室北側(cè)交通洞→工作面。②水電七局白鶴灘施工局60拌合站→3#公路→進(jìn)廠交通洞延伸洞→尾水管檢修閘門室南側(cè)交通洞→工作面。

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)明確尾水管檢修閘門室開挖支護(hù)所需的風(fēng)水電，均從左岸廠區(qū)風(fēng)水電接入系統(tǒng)。前期系統(tǒng)風(fēng)水電未形成時(shí)，尾水管檢修閘門室北側(cè)開挖支護(hù)所需風(fēng)水電從原0244標(biāo)的系統(tǒng)風(fēng)水電接入[4]。其中尾水管檢修閘門室南側(cè)施工臨時(shí)供水主要從布置在進(jìn)廠交通洞延伸洞內(nèi)的臨時(shí)DN150主水管，用DN50水管延伸布置到工作面，尾水管檢修閘門室北側(cè)施工臨時(shí)供水主要從原0244標(biāo)的主供水管，用DN50的水管延伸布置到工作面。

洞內(nèi)排水主要為地下水和基巖裂隙水和施工廢水[5]。尾水管檢修閘門室高程為645.5m，施工排水均采用污水自流的方式。南側(cè)污水經(jīng)閘門室南側(cè)，進(jìn)廠交通洞排入布置在進(jìn)廠交通洞內(nèi)的臨時(shí)集水坑，北側(cè)污水經(jīng)尾水管檢修閘門室北側(cè)交通洞，廠頂北側(cè)交通洞排入原0244標(biāo)排污系統(tǒng)。

尾水管檢修閘門室兩側(cè)施工均采用機(jī)械通風(fēng)。尾水管檢修閘門室南側(cè)施工，采用布置在進(jìn)廠交通洞延伸洞口的1臺2×AVH140.132.4.8風(fēng)機(jī)，通過。2.0m的風(fēng)向工作面壓風(fēng)，尾水管檢修閘門室北側(cè)施工，采用布置在尾水洞檢修閘門室南側(cè)施工支洞內(nèi)的1臺1×AVH140.132.4.8風(fēng)機(jī)，通過。2.0m的風(fēng)向工作面壓風(fēng)。

3快速揭頂施工流程設(shè)計(jì)

根據(jù)尾水管檢修閘門室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、通道條件、施工機(jī)械性能，尾水管檢修閘門室高程頂部揭頂（645.50m以上部分）自上而下分3層進(jìn)行開挖，各層再分區(qū)進(jìn)行開挖。第Ⅰ層分層高度為7m，第Ⅱ?qū)臃謱痈叨葹?m，第Ⅲ層分層高度為6m[6]。在施工過程中，首先，從布置在第Ⅲ層的中導(dǎo)洞兩端分別升坡開挖（6m×7m）形成第Ⅰ層施工通道，其次，從北側(cè)向中部對中部導(dǎo)洞進(jìn)行開挖支護(hù)（6m×7m），南側(cè)向中部進(jìn)行全斷面開挖支護(hù)（12. 1m×7m），在中部連通后，從南向北開挖北側(cè)剩余三角體（先進(jìn)行導(dǎo)洞開挖支護(hù)，再對兩側(cè)邊墻及安裝場頂拱進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)），在北側(cè)開挖支護(hù)完成后，從北向南開挖南側(cè)剩余三角體（全斷面進(jìn)行開挖支護(hù)，斷面為12. 1m×7.0m，安裝場斷面為12. 1m×8.5m），再次，對中部Ⅱ1層進(jìn)行開挖（6m×9m），對巖錨梁保護(hù)層、巖錨梁進(jìn)行開挖支護(hù)，最后，完成第Ⅲ層的兩側(cè)邊墻擴(kuò)挖支護(hù)和錨索施工。具體施工程序如圖1所示。

4錨桿施工

從中導(dǎo)洞升坡至Ⅰ層開挖為臨時(shí)洞室開挖，在施工過程中存在巖石掉塊等風(fēng)險(xiǎn)，因此為保障人員及設(shè)備安全，在每次爆破后，施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主4方在現(xiàn)場查勘后，增加隨機(jī)錨桿以保障施工期安全。

由現(xiàn)場實(shí)際爆破效果來確定尾水管高程645.5m以上開挖鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)。由于工程未開工，因此初始根據(jù)設(shè)計(jì)提供引水發(fā)電系統(tǒng)工程的地質(zhì)條件，結(jié)合導(dǎo)流洞施工爆破經(jīng)驗(yàn)，編制爆破圖和爆破設(shè)計(jì)參數(shù)[7]。表2為6m×7m斷面爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。

炸藥單耗為1.04kg，光爆孔線裝藥密度為156g/m，預(yù)期進(jìn)尺2.5m，爆破效率為92.6%。

分序支護(hù)的原則為利用設(shè)計(jì)錨桿長短交錯(cuò)布置的設(shè)計(jì)型式，在開挖后，采用短錨桿（I序錨桿）跟進(jìn)開挖10～20m、長錨桿（II序錨桿）滯后短錨桿80～90m的分次施工方式。由于短錨桿鉆孔速度快，因此可利用開挖時(shí)的鉆孔時(shí)間，同時(shí)采用多臂鉆進(jìn)行I序錨桿跟進(jìn)作業(yè)，在開挖掌子面放炮出渣階段，為避免影響出渣，多臂鉆退后在距離掌子面100m左右進(jìn)行II序錨桿鉆孔作業(yè)。

Ⅰ層底板和中導(dǎo)洞頂拱高程要大于中導(dǎo)洞1倍洞徑，因此第Ⅰ層底板高程為660.5m，離尾水管檢修閘門室頂拱高度僅為7m，無法滿足頂拱中部系統(tǒng)錨桿（L=9m）的一次施工。同時(shí)，為保證施工進(jìn)度，將支護(hù)系統(tǒng)錨桿按先后順序分為Ⅰ序、Ⅱ序，并對其進(jìn)行施工。Ⅰ序：系統(tǒng)錨桿全孔位6m鉆孔施工，并完成6m錨桿施工。Ⅱ序：9m施工。在施工過程中，采用增加鉆桿的方式，即在6m桿部分送入錨桿孔內(nèi)后，外部架桿延長鉆桿，達(dá)到9m鉆孔。孔徑大于錨桿直徑且錨桿為鋼筋材質(zhì)，因此存在一定韌性，且開挖過程中存在超挖現(xiàn)象。

5三角體開挖

在完成尾水管檢修閘門室Ⅰ層南北側(cè)貫通后，對南北側(cè)剩余三角體進(jìn)行施工。在施工過程中，發(fā)現(xiàn)局部三角體過高無法進(jìn)行一次施工，經(jīng)研究，中部導(dǎo)洞部分采用兩層、兩次進(jìn)行擴(kuò)挖，即先施工下部、墊渣形成初步平臺，上部按照水平隧洞施工方式，采用平推的方式進(jìn)行施工。圖2為開挖施工工藝流程圖。

同時(shí)為保證邊墻結(jié)構(gòu)面的施工質(zhì)量，端墻部位采用多臂鉆朝上造豎向孔進(jìn)行預(yù)裂爆破，且因操作空間的局限性，僅能采用二臂鉆進(jìn)行施工，同時(shí)向上爆破裝藥難度大，因此確定向上爆破預(yù)裂4m。具體以南側(cè)剩余三角體為例，如圖3所示。

左岸尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁施工為尾水管檢修閘門室施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)工程，通過與左岸廠房巖錨梁施工相互印證，同步進(jìn)行試驗(yàn)，擇優(yōu)選擇爆破數(shù)據(jù)，過程中根據(jù)爆破情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，保證左岸尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁施工能夠高質(zhì)量、高效率完成。

中間頂部剩余三角開挖因地質(zhì)條件差，時(shí)有巖爆發(fā)生，且單通道單工作面進(jìn)行施工，在施工過程中，支護(hù)空間不夠，因此須加桿進(jìn)行錨桿施工，同時(shí)在巖錨梁施工前，配合廠房進(jìn)行巖錨梁試驗(yàn)。尾水管檢修閘門室處于深埋深段，洞室區(qū)地應(yīng)力量值中等偏高，在開挖過程中，洞室將產(chǎn)生一定程度的片幫甚至中等巖爆現(xiàn)象。因此，預(yù)防巖爆引發(fā)安全事故是保障尾水管檢修閘門室開挖安全的重點(diǎn)。

根據(jù)左岸導(dǎo)流隧洞施工經(jīng)驗(yàn)，若遇巖爆易發(fā)以及柱狀節(jié)理段，則緊急噴鋼纖維混凝土，再進(jìn)行短系統(tǒng)錨桿支護(hù)保障施工安全。圖4為巖爆易發(fā)段開挖方法示意圖。

6結(jié)語

隨著我國水利水電事業(yè)的飛速發(fā)展，尾水管檢修閘門室的施工技術(shù)和效率問題愈發(fā)凸顯。傳統(tǒng)的尾水管檢修閘門室施工方法耗時(shí)費(fèi)力，無法滿足現(xiàn)代工程快速、高效的需求。因此，優(yōu)化尾水管檢修閘門室的施工工藝，提高施工效率，成為當(dāng)前水利水電工程領(lǐng)域亟待解決的問題。為落實(shí)此項(xiàng)工作，本文進(jìn)行研究，并得到以下幾個(gè)結(jié)論。1）與傳統(tǒng)的全斷面開挖方法相比，快速揭頂施工通過局部精準(zhǔn)開挖，能夠大幅縮短施工周期。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)能夠有效地提高尾水管檢修閘門室的施工效率，縮短工程周期，從而加快水利水電工程的整體進(jìn)度。2）傳統(tǒng)的開挖方法往往會對周邊環(huán)境造成較大的影響，而快速揭頂施工則通過局部精確開挖，大大減少了對周邊環(huán)境的影響。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)有助于保護(hù)工程周邊的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的和諧共生的目標(biāo)。

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