李 偉

(四川華電木里河水電開發(fā)有限公司，四川 西昌 615000)

1 工程概況

上通壩水電站是木里河干流(上通壩—阿布地)水電梯級(jí)規(guī)劃中的第一級(jí)電站，為低閘引水式電站，其正常蓄水位為3144.00m，額定引用流量107.7m3/s，額定水頭250m，電站裝機(jī)3臺(tái)，單機(jī)容量80MW，總裝機(jī)容量240MW，具有日調(diào)節(jié)性能。工程主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)建筑物等組成。

上通壩電站壓力管道總長為956m，采用地下埋藏式，壓力鋼管直徑5.2m，開挖直徑6.8m，初期支護(hù)噴混凝土20cm，全斷面采用鋼板襯砌，外包60cm厚的C20混凝土。管道由上平段、上豎井、中平段、下豎井及下平段組成，其中上平段長132m，上豎井段長136m，中平段長203m，下豎井段長148m，下平段長337m。上豎井與上、中平段90°連接，轉(zhuǎn)彎半徑為20m，下豎井以與中、下平段90°相連接，轉(zhuǎn)彎半徑為20m。平段按照城門洞形斷面開挖，豎井段按照?qǐng)A形斷面開挖。豎井段圍巖為三疊系上統(tǒng)圖姆溝組中段薄層狀泥質(zhì)板巖，巖體質(zhì)軟，遇水易軟化，開挖暴露后風(fēng)化速度較快，地下水以浸潤狀滲水為主，屬Ⅴ類圍巖，洞壁巖石破碎，巖層傾角80°～85°，洞壁同巖層夾角20°～25°，容易沿洞壁發(fā)生潰屈、傾倒變形，并形成垮塌，靠自身?xiàng)l件難以形成穩(wěn)定拱圈，須邊開挖邊支護(hù)。

2 壓力管道豎井開挖技術(shù)措施

壓力管道豎井段開挖需在其上部平段及下部平段開挖完成后進(jìn)行。上通壩水電站壓力管道豎井施工采用反井鉆機(jī)開挖工藝，即反井鉆機(jī)自上而下鉆設(shè)φ216mm導(dǎo)孔→反井鉆機(jī)自下而上反拉成φ1400mm小導(dǎo)井→人工自上而下擴(kuò)挖。擴(kuò)挖采用手風(fēng)鉆鉆爆，井內(nèi)扒渣通過溜渣導(dǎo)井溜入底部通道，機(jī)械井底裝運(yùn)。

在豎井開挖中，通常形成導(dǎo)井或溜渣井，以便為豎井?dāng)U挖提供臨空面和出渣通道，因此導(dǎo)井的形成在豎井開挖的過程中特別重要，常用的方法有正井法、深孔分段爆破法、吊罐法、爬罐法、反井鉆機(jī)法等。上通壩電站壓力管道豎井先導(dǎo)孔采用的是反井鉆機(jī)法，該方法具有機(jī)械化程度高、施工速度快、安全、質(zhì)量好、工作效率高以及無臨時(shí)支護(hù)等施工特點(diǎn)，同時(shí)由于有先導(dǎo)孔的存在，有利于施工期的排煙排水，施工人員作業(yè)環(huán)境好，因而常被采用。

但反井鉆機(jī)法也存在相應(yīng)的缺點(diǎn)，尤其是在不良地質(zhì)地段施工時(shí)，常有塌孔、卡鉆等情況發(fā)生，即使采用自重法灌漿護(hù)壁等，也有可能在后續(xù)造孔施工中，由于對(duì)破碎巖石的擾動(dòng)及地下水浸泡等原因仍繼續(xù)塌孔，為此上通壩電站在反井鉆機(jī)施工前先進(jìn)行了深孔預(yù)固結(jié)灌漿。

2.1 深孔預(yù)固結(jié)灌漿

在反井鉆機(jī)先導(dǎo)孔施工前，對(duì)導(dǎo)井四周進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿，灌漿孔布置方式為中軸線布置1孔，在φ1400mm導(dǎo)井開挖線向外偏移50cm線上均勻布置4個(gè)灌漿孔，在豎井全斷面開挖線內(nèi)側(cè)偏移50cm線上均勻布置10個(gè)灌漿孔，間距1.5m，孔徑75mm，固結(jié)灌漿分兩步施工。深孔預(yù)固結(jié)灌漿的主要目的是為了提高圍巖整體性和均值性，提高圍巖的彈性模量，將破碎圍巖固結(jié)成整體，提高其自穩(wěn)能力，有利于井筒施工，確保豎井開挖時(shí)的施工安全，加快施工進(jìn)度。

上通壩電站壓力管道豎井反井鉆機(jī)先導(dǎo)孔施工，由于提前采取了深孔預(yù)固結(jié)灌漿，在施工過程中十分順利，未發(fā)生塌孔及卡鉆等情況，先導(dǎo)孔平均鉆速能到達(dá)20m/d，反向擴(kuò)挖平均鉆速能達(dá)到8m/d，速度較快。

2.2 噴錨+拱架+混凝土圈梁支護(hù)體系

由于圍巖為薄層狀泥質(zhì)板巖，產(chǎn)狀接近直立，為此全斷面擴(kuò)挖過程中采取了聯(lián)合支護(hù)方式。(1)I18/I16環(huán)型鋼拱架，間距0.8～1.0m，每榀鋼支撐分為5段，每個(gè)接頭設(shè)置4根φ25鎖腳錨桿，每段工字鋼中部再增設(shè)2根φ25固定錨桿，每兩榀工字鋼之間設(shè)置一排φ25系統(tǒng)錨桿，間距2m，錨桿采用普通砂漿錨桿，當(dāng)無法成孔時(shí)采用自進(jìn)式錨桿，長度為4.5m；(2)拱架之間連接鋼筋采用φ22鋼筋，間距50cm，拱架之間再增設(shè)環(huán)向鋼筋，間距20cm，同時(shí)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)φ6.5@10×10cm，噴C20混凝土，厚度20cm；(3)設(shè)置排水孔，孔深3m，隨機(jī)布置，內(nèi)置φ50PVC管，排水集中引排入導(dǎo)井中部往下排；(4)在巖石風(fēng)化嚴(yán)重區(qū)域采取φ42超前小導(dǎo)管并灌漿；(5)在開始全斷面開挖前需在井口設(shè)置鎖口圈梁(閉合鋼筋混凝土承載受力環(huán))，同時(shí)在豎井下挖過程中，每開挖15～20m設(shè)置一道環(huán)形鋼筋混凝土圈梁，圈梁不占結(jié)構(gòu)體形，嵌入井壁中，圈梁井筒向高1m，厚度60cm，雙層配筋，沿混凝土處的兩排系統(tǒng)錨桿調(diào)整到梁內(nèi)并焊接牢固，用于增加井壁整體剛度，確保巖壁施工期穩(wěn)定和后續(xù)施工安全。

從實(shí)施的效果來看，該支護(hù)組合結(jié)構(gòu)對(duì)抑制豎井變形的作用十分有效，達(dá)到了預(yù)期目的，尤其是在巖石破碎地帶，防止巖石長時(shí)間暴露會(huì)產(chǎn)生突變引起掉塊、塌方，進(jìn)而設(shè)置了鋼筋混凝土圈梁，保證了下挖的安全，為豎井下挖提供了很好的技術(shù)支持。

3 彎管段開挖措施

豎井頂部與底部和平段交叉段(稱為上彎段及下彎段)，圍巖應(yīng)力集中，加之地質(zhì)條件較差的因素影響，同時(shí)豎井開挖期間所有石渣經(jīng)導(dǎo)井溜渣后在豎井底部與平段交叉段處裝運(yùn)，在圍巖破碎松散的溜渣孔中長期溜渣，下落的石渣不斷沖擊碰撞溜渣井壁，容易導(dǎo)致溜渣井不斷擴(kuò)大，形成塌腔，甚至發(fā)生整體垮塌，一旦發(fā)生垮塌，極有可能造成設(shè)備、人員損失，失事后果嚴(yán)重。在以往的工程經(jīng)驗(yàn)中，柬埔寨達(dá)岱水電站引水發(fā)電洞豎井下彎段及梨園水電站4號(hào)引水道下彎段就發(fā)生過塌方，為此上彎段及下彎段的開挖需特別加強(qiáng)支護(hù)方式，制定專項(xiàng)施工方案及安全保證措施。

3.1 上彎段開挖措施

開挖時(shí)，上彎段先按照豎井直段方式開挖，待豎井全斷面開挖完成之后返回上彎管進(jìn)行擴(kuò)挖，擴(kuò)挖步驟如下：

(1)將豎井開挖前澆筑的環(huán)形鎖口圈梁平段方向側(cè)半環(huán)拆除，重新沿平段方向?qū)⑷α簝蓚?cè)墻各延伸10m，形成U型混凝土圈梁結(jié)構(gòu)，以確保中平段城門洞型鋼支撐立柱支撐在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)上；圈梁兩側(cè)墻各布置2排φ25自進(jìn)式錨桿，L=4.5m，間距1m。

(2)從上部平段起彎處逐層向下擴(kuò)挖，將原豎直洞段開挖時(shí)初期支護(hù)的鋼拱架部分拆除，重新按彎管開挖斷面焊接鋼拱架支護(hù)。設(shè)置I16鋼支撐，間距與原豎直段鋼支撐一致，根據(jù)實(shí)際需要每榀鋼支撐分為4～5段，每個(gè)接頭設(shè)置4根φ25鎖腳錨桿，每段工字鋼再均勻布置2根φ25固定錨桿，錨桿采用普通砂漿錨桿或自進(jìn)式錨桿，L=4.5m；鋼支撐連接筋采用φ22鋼筋，間距50cm。鋼支撐架設(shè)完成后，掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@10×10cm；噴C20混凝土，厚度20cm。后期壓力鋼管外包混凝土澆筑時(shí)將擴(kuò)挖部分回填。如圖1、圖2所示。

圖1 豎井上彎管段擴(kuò)挖支護(hù)示意圖

圖2 I16鋼支撐加工圖

3.2 下彎段開挖措施

由于彎管段轉(zhuǎn)彎半徑大且圍巖穩(wěn)定性差，下彎段開挖支護(hù)主要分下部平段開挖及豎井全斷面向下開挖兩個(gè)部分，具體按照以下步驟進(jìn)行：

(1)在下部平段開挖時(shí)，按照城門洞型開挖，并在起彎處開始根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件盡量向上開挖以降低豎井開挖時(shí)的難度，上通壩電站施工時(shí)自平段按城門洞型延伸進(jìn)尺至三分之一弧長處，開挖斷面頂部隨設(shè)計(jì)線逐漸升高，再按三分之一弧長處斷面尺寸開挖支護(hù)至豎井直段φ1.4m溜渣導(dǎo)井上游側(cè)開挖邊線下部，水平向開挖時(shí)，采用φ42小導(dǎo)管頂拱120°范圍超前支護(hù)，環(huán)向間距0.3m，長度4.5m，搭接長度2m；I16型鋼支撐，間距0.5m。

(2)在豎井全斷面開挖至起彎處時(shí)，豎井起彎樁號(hào)開始按設(shè)計(jì)斷面繼續(xù)往下開挖支護(hù)5m，在5m處設(shè)置一道鋼筋混凝土圈梁，5m以下部位采用半斷面開挖，彎管內(nèi)側(cè)斷面按設(shè)計(jì)斷面形式開挖支護(hù)，彎管外側(cè)斷面則按6.76m寬度開挖成矩形，內(nèi)、外側(cè)半斷面采用錯(cuò)臺(tái)開挖支護(hù)，內(nèi)側(cè)半斷面開挖后立即進(jìn)行支護(hù)，以確保開挖過程中內(nèi)彎段有穩(wěn)定可靠的支護(hù)。內(nèi)彎段采用傾向溜渣導(dǎo)井的斜面開挖，為防止內(nèi)彎段頂部垮塌，開挖后立即設(shè)置鋼拱架垂直于弧段支撐，由于該部位應(yīng)力集中，為確保施工安全，弧段每進(jìn)尺30cm布置一榀鋼拱架，內(nèi)側(cè)半斷面開挖后外側(cè)半斷面滯后約1m高程交替開挖，外側(cè)半斷面開挖完成后將內(nèi)弧鋼支撐延長至外側(cè)半斷面，鋼支撐最終形成城門洞型整體。開挖至下部水平支護(hù)部位時(shí)，將前期施工鋼拱架頂部弧段逐步拆除，內(nèi)彎段斜向鋼支撐拱腿延伸與底部前期鋼拱架立柱焊接，使支撐體系形成整體。

圖3 水平向擴(kuò)挖示意圖

圖4 豎向擴(kuò)挖示意圖

在施工過程中還需注意以下細(xì)節(jié)：①在開挖過程中，需加強(qiáng)重視測(cè)量工作，一方面加強(qiáng)每循環(huán)進(jìn)行測(cè)量放樣以便對(duì)鉆孔角度進(jìn)行調(diào)整，減小超挖，另一方面方便壓力管道后期鋼管順利安裝；②溜渣井在溜渣過程中，由于渣體反復(fù)碰撞容易形成空腔，遇到這種情況一定要將空腔全部填密實(shí)后再進(jìn)行下挖，否則容易發(fā)生垮塌引起安全事故；③加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)工作，包括豎井變形檢測(cè)及井內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，確保工作環(huán)境安全。

4 結(jié)語

上通壩電站壓力管道上下兩個(gè)豎井于2017年3月順利貫通，在泥質(zhì)板巖穩(wěn)定性較差的條件下平均強(qiáng)度達(dá)到1.5～2m/d，未出任何質(zhì)量及安全事故。實(shí)踐證明，采用超前深孔預(yù)固結(jié)灌漿，加上噴錨、鋼支撐及混凝土圈梁等支護(hù)方式，可以有效解決破碎圍巖的豎井開挖問題，在堅(jiān)持好“短進(jìn)尺、多循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)、勤觀測(cè)”的洞室開挖原則下，采取超前深孔預(yù)固結(jié)灌漿、反井鉆機(jī)先導(dǎo)孔開挖加正向溜渣、豎井開挖噴錨+拱架+鋼筋混凝土圈梁的組合支護(hù)體系等技術(shù)，可以有效地解決在軟巖等不良地質(zhì)洞段的豎井開挖的質(zhì)量和安全問題，并能保證施工進(jìn)度，是一種較好的施工方法。

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