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      淺談不良地質(zhì)條件下的豎井開挖及支護施工工藝

      2017-04-22 20:17:52沈波
      科技創(chuàng)新導報 2016年32期
      關(guān)鍵詞:開挖豎井施工工藝

      沈波

      摘 要:巴基斯坦NJ水電站項目的豎井深353.20 m,且地質(zhì)條件差,屬于典型的不良地質(zhì)條件下的長深度豎井施工,施工過程中,安全和質(zhì)量控制難度大。文章從施工工藝選擇、不良地質(zhì)條件下的施工原則和施工程序等方面,對NJ水電站項目豎井開挖施工實施過程進行了介紹,供類似工程借鑒。

      關(guān)鍵詞:不良地質(zhì) 豎井 開挖 施工工藝

      中圖分類號:TV554 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2016)11(b)-0035-02

      1 工程概況

      巴基斯坦Neelum-Jhelum水電站(N-J水電站)是一座位于巴控克什米爾地區(qū)尼魯姆河上的長隧洞引水式水電站,總裝機容量為969 MW。

      項目的調(diào)壓豎井上部與引水調(diào)壓洞相連,下部與引水洞以一條55 m長的下調(diào)壓平洞相連。豎井設計開挖斷面為圓形,開挖直徑10.70 m,上井口高程950.00 m,下井口高程596.80 m,豎井深353.20 m,后期鋼筋混凝土全斷面襯砌。

      豎井圍巖絕大部分為砂巖、泥質(zhì)砂巖和頁巖,內(nèi)含石英石脈,巖層傾向為NW320-350°,傾角為NE45-86°;砂巖一般比較堅硬和新鮮;小規(guī)模的斷層和層間過渡的泥化夾層較發(fā)育,且伴有豐富的地下水。圍巖中Ⅱ~Ⅲ類圍巖占45%,Ⅳ~Ⅴ類圍巖占55%,整體穩(wěn)定性較差。

      2 施工工藝選擇

      豎井開挖一般采用的方式是先開挖導井,后擴挖至設計斷面。主要的導井開挖方法有反井鉆機法、爬罐法、吊罐法和普通法等[1]。

      由于該項目的圍巖整體穩(wěn)定性較差,豎井斷面較大,且豎井深度較大,施工難度大,采用一般施工方式安全隱患較大,經(jīng)綜合考慮該豎井的施工特點及施工要求,決定采用反井鉆機法施工導井,選用BMC400型反井鉆機,配380 m鉆桿,先開挖直徑為φ1.65 m的導井,再采用鉆爆法自上而下分層將導井擴挖至設計開挖斷面,最后采用滑膜自下而上澆注豎井混凝土。

      3 開挖支護施工

      3.1 不良地質(zhì)條件下的施工原則

      (1)導孔施工過程中,及時采用固壁措施,避免由于巖體破碎塌孔。若遇到100%沖洗水損失時,可能遇到較大的裂隙或斷層,及時采用灌漿處理。

      (2)為預防塌方,按照“短進尺、弱爆破和強支護”的原則施工,嚴格控制擴挖循環(huán)進尺尺寸,每循環(huán)擴挖后必須跟進相應的噴錨支護。

      (3)避免爆破出現(xiàn)的大塊石堵塞導井,爆破嚴格遵循“多打孔、少裝藥和周邊光爆”的原則施工,并根據(jù)爆破效果及時優(yōu)化和完善爆破參數(shù),控制爆炸粒徑。

      3.2 施工程序

      該項目豎井施工分3階段進行:首先采用反井鉆機在豎井中心線上開挖一個直徑φ1.65 m的導井;再采用鉆爆法自上而下分層將導井擴挖至10.70 m設計開挖斷面;最后采用滑膜自上而下澆注豎井混凝土。詳細施工程序如下。

      豎井開挖施工準備→反井鉆機基礎混凝土施工→反井鉆機安裝調(diào)試→反井鉆機施工φ270 mm導孔→反井鉆機反擴φ1.65 m導井→豎井擴挖→擴挖提升設備安裝→豎井終斷面分層擴挖支護施工→豎井施工結(jié)束。

      (1)豎井開挖施工準備。

      豎井開挖前完成調(diào)壓隧洞下段開挖支護和引水調(diào)壓連接洞的開挖支護工作;對上井口附近的調(diào)壓隧洞進行適當擴大并加強支護,對下井口附近的引水調(diào)壓連接洞圍巖采取加強支護;做好調(diào)壓隧洞的排水工作,在距離豎井50 m左右,設置一個12 m3的集水井;將風、水、電等管線接至豎井上井口附近。

      (2)測量放樣。

      采用全站儀由專業(yè)測量人員進行測量,包括豎井中心線、井底高程、設計輪廓線、鉆孔孔位和終斷面測量等。隨著豎井開挖支護深度增加,在井壁每隔20 m設一樁號標志。另通過在豎井上方安裝激光準直儀聯(lián)合重錘控制豎井開挖的中心偏差,擴挖期間用卷尺測量和控制開挖輪廓線。

      (3)反井鉆機安裝調(diào)試。

      清理豎井上井口的松動巖石后,在井口中心澆注一個長5.4 m、寬2.5 m、厚0.5 m的B級混凝土基礎,并預埋固定基座的螺栓?;A混凝土達到一定強度后,安裝反井鉆機及其附屬設施。反井鉆機的安裝必須確保水平精度,以確保導井精度誤差控制在1%以內(nèi)。

      (4)導孔鉆進施工。

      鉆機安裝調(diào)試就位后,即開始自上而下鉆進φ270 mm的導孔。開孔時采用“短鉆桿、低軸壓、低鉆速和間斷推進”的方式,配合使用扶桿器扶住鉆桿和接入穩(wěn)定器保證導向精度。距第一個穩(wěn)定器7~8 m時接入第二個穩(wěn)定器,隨后每隔15~20 m裝一個穩(wěn)定器[2]。鉆孔深度達到50 m時開始啟用液壓減壓鉆進系統(tǒng),隨鉆孔深度的增加,加大減壓壓力,將施加在鉆頭上的軸壓維持在一個理想值,保持上述方法鉆進,直至貫穿連接洞頂拱。

      導孔鉆進過程中配備滿足導井施工精度要求的測斜儀進行測斜,按照反井鉆機使用說明中的措施糾偏。

      (5)導井施工。

      導孔鉆通后,換好φ1.65 m擴孔刀頭,將擴孔刀頭提至欲擴巖面,反復采用“小軸壓、低轉(zhuǎn)速和間斷推進”方式,直至巖面全部刮平,即所有滾刀均接觸巖面后,則按正常拉力擴孔。對導井上口的反井鉆機基座混凝土,刀具無法擴挖時,再拆除反井鉆機后改用爆破法挖除。

      反擴期間落在連接洞底板上的石渣采用3.0 m3側(cè)卸裝載機挖裝,15 t自卸汽車運輸至洞外渣場堆放。

      (6)豎井擴挖。

      導井開挖支護完成后,將豎井擴挖支護至設計開挖斷面。擴挖以導井為中心,采用鉆爆法自上而下分層實施:上井口4.5 m深度范圍內(nèi)分3層,每層高度1.5 m;中間段分層,每層高度為2.0 m;距離下井口4~5 m范圍內(nèi)只分1層。擴挖1層必須跟進支護1層。

      采用YT28型氣腿鉆造爆破孔和錨桿孔,孔徑為φ42 mm。豎井鉆孔爆破遵循“多打孔、少裝藥和周邊光爆”原則,降低大塊巖石的產(chǎn)生和保證井壁成型質(zhì)量。

      (7)鎖口及提升系統(tǒng)安裝。

      在豎井擴挖至6~8m深度時,暫停豎井擴挖,對豎井井口澆筑一圈鋼筋混凝土進行鎖口,避免井口圍巖因沒有壓重而產(chǎn)生松動和滑落。鎖口混凝土高度為2.4 m,厚度0.45 m,混凝土等級為C級。

      施工材料和機具上下豎井的提升系統(tǒng)在反井鉆機拆除后安裝,擴挖期間豎井內(nèi)材料和機具采用集裝箱運輸。在施工鎖口混凝土及等待強度期間,安裝人員提升的有軌電梯和人行爬梯。

      (8)出渣。

      每循環(huán)爆破后,豎井內(nèi)作業(yè)平臺上的石渣采用0.5 m3反鏟扒渣,石渣通過導井落入下部的連接洞內(nèi)。待豎井內(nèi)扒渣工作完成,蓋上導井井蓋,再連接洞內(nèi)出渣,出渣采用3 m3裝載機挖裝,15T自卸汽車運輸至洞外渣場棄料或有用料場存放。

      (9)支護。

      清理完開挖面浮石、石渣或堆積物,用高壓風水沖洗受噴面后,采用混凝土噴射機對豎井開挖面噴一層5~6 cm厚的混凝土作為初始支護。

      豎井擴挖支護錨桿全部采用L=5 m的全注漿非脹殼式錨桿,環(huán)向間距為1.2 m,豎向間距為1 m。非脹殼式錨桿施工采用“先注漿后插桿”的施工程序。

      在開挖過程中,如遇到較大的裂隙、斷層和較大滲水時,及時采用灌漿處理。

      (10)混凝土襯砌。

      對于豎井下部井身(高度80 m左右)的混凝土襯砌,利用下方的連接洞作為施工通道,采用豎井滑膜配高壓砼輸送泵機澆筑;對于豎井中上部井身(高度為80 m以上部分)的混凝土襯砌,則利用A8支洞和引水調(diào)壓洞下段作為施工通道,采用豎井滑模配BOX管澆筑。

      4 質(zhì)量、安全及環(huán)保措施

      4.1 質(zhì)量保證措施

      (1)嚴格按設計圖紙、設計修改通知及相關(guān)技術(shù)規(guī)范進行施工。

      (2)采用先進的測量儀器和科學的測量控制手段,提高測量精度,每次爆破后均進行開挖掘進細部放樣。

      (3)在開挖過程中,根據(jù)圍巖變化情況及修正爆破參數(shù),在不良地質(zhì)豎井段,采用小藥量爆破,以確保圍巖的穩(wěn)定。

      (4)鉆孔嚴格按照設計鉆爆圖施工,各鉆手分區(qū)、分部位定人定位鉆孔,每排炮按“平、直、齊”的要求進行檢查。

      (5)施工過程中及時測繪開挖斷面,必要時進行復測,每循環(huán)進行測量放樣時,均對上一循環(huán)開挖斷面進行規(guī)格檢查,并將超欠挖情況及時通知鉆爆人員,以便對鉆孔角度進行調(diào)整,減少超挖,對欠挖部位及時進行處理,確保洞室的開挖尺寸和規(guī)格滿足設計要求。

      (6)支護作業(yè)嚴格按照有關(guān)的施工規(guī)范、規(guī)程進行。錨桿的安裝方法,包括鉆孔、錨桿固定和注漿工藝,均須經(jīng)過現(xiàn)場質(zhì)量人員的檢查。

      4.2 安全保證措施

      (1)為防止洞室坍塌,開挖不良地質(zhì)段時,按照“先超前支護、短進尺(L≤2.0 m)開挖、弱爆破和一掘一支護”的原則施工,盡量減少對圍巖的擾動。

      (2)在不良地質(zhì)豎井段開挖支護施工過程中,必須加強井內(nèi)作業(yè)面的燈光照明。

      (3)施工期間,對各部分支護進行定期檢查,一旦發(fā)現(xiàn)圍巖或支護變形異常,及時通知人員設備撤離危險區(qū)并及時報告。噴射混凝土層的異常裂縫作為主要安全檢查項目,經(jīng)常進行觀察與檢查,并作為施工危險信號引起高度警惕。

      (4)加強施工現(xiàn)場火工材料管理,嚴格按規(guī)程規(guī)范要求從事爆破作業(yè)。

      (5)定期檢查和維護提升機具和設備,確保運行安全可靠。

      4.3 環(huán)保措施

      (1)施工期間,保證施工設備停放整齊有序,施工材料堆放合理,設備性能安全可靠;固體廢棄物設置固定堆放點,并安排專人管理;操作人員證件齊全,規(guī)范操作。

      (2)施工期間,對施工現(xiàn)場道路勤灑水,防止揚塵。

      (3)爆破后,確保洞內(nèi)通風質(zhì)量,防止各種粉塵、廢氣等污染施工環(huán)境,并采取有效措施減低噪聲、振動等污染環(huán)境和促進施工人員的身心健康。

      5 結(jié)語

      近年來,隨著國內(nèi)外長隧洞引水式水電站項目的逐步開發(fā)建設,豎井的施工也越來越多,其施工工藝也日益成熟,但不良地質(zhì)情況下的長深度的豎井施工仍是一個難點。隨著當前科學技術(shù)的日益發(fā)達,將現(xiàn)代化科技、高科技含量的施工工藝和施工設備運用到豎井施工中,也是解決不良地質(zhì)條件下長深度豎井施工的有效方法。

      參考文獻

      [1] 余景波.不良地質(zhì)條件下反井鉆機在豎井開挖中的應用[J].河南水利與南北水調(diào),2015(16):32-34.

      [2] 宋海亮.引水隧洞豎井開挖及支護施工方案[J].技術(shù)與市場,2015(12):165-166.

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