白鶴灘水電站大斷面豎井貫通部位施工技術(shù)研究

唐 毓 才，韓 進(jìn) 奇，李 洪 偉

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門井布置于主變洞與尾水調(diào)壓室之間，與主廠房、主變洞平行布置，距主變洞與調(diào)壓室中心線的距離分別為56.5 m和74 m。尾水管檢修閘門井的斷面尺寸為18.4 m×9.1 m，其下部與各尾水連接管相交于底部流道位置。

鑒于閘門井底部流道部位已于尾水連接管開挖支護(hù)期間完成了開挖支護(hù)工作，交叉口貫通部位最低處距底部流道已開挖底板的距離為21.5 m，且貫通部位距尾水管下層施工支洞(主要施工通道)僅為20 m，若采用傳統(tǒng)的墊渣方式后登高作業(yè)及多次分層的開挖方法進(jìn)行貫通部位的施工，雖然安全風(fēng)險(xiǎn)較低，但墊渣部分會覆蓋施工支洞的位置，阻斷人員、設(shè)備的正常通行，將極大地延誤尾水連接管一線施工的進(jìn)度。

隨著越來越多的大中型水電站工程建設(shè)，如何安全、高效、優(yōu)質(zhì)地完成諸如此類的大斷面豎井[1]與超高平洞相交的貫通部位施工是目前類似工程急需解決的一個(gè)重要課題。筆者對該貫通部位采用的開挖支護(hù)方案進(jìn)行了全面的介紹，旨在為今后類似工程部位的施工設(shè)計(jì)提供資料和依據(jù)，以起到一定的推動作用[2]。

2 施工設(shè)計(jì)方案

2.1 總體方案

為滿足尾水管檢修閘門井的施工進(jìn)度要求，在充分考慮施工安全風(fēng)險(xiǎn)并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況后，施工局決定采用貫通部位一次爆破、分層支護(hù)的方案施工。

2.2 開挖施工方案

由于開挖部位預(yù)留巖體的厚度將直接影響到施工安全、圍巖穩(wěn)定、爆破效果等，故在綜合考慮多種因素后，將巖體最薄處擬預(yù)留8 m厚，尾水管檢修閘門井底部流道實(shí)測高程為556.94～565.92 m，即預(yù)留巖體頂部高程為574 m。

為保證貫通部位的施工安全，只有待貫通部位上部的所有支護(hù)施工完成后，方可進(jìn)行貫通部位的開挖施工。為減小爆破規(guī)模、保證圍巖穩(wěn)定，對閘門井的貫通部位最終采用一次造孔完成后分兩序爆破的方式進(jìn)行開挖。

對于閘門井貫通部位的邊墻預(yù)裂孔主要采用搭設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣架和QZJ100B潛孔鉆進(jìn)行造孔，預(yù)裂孔間距為75 cm/80 cm，孔深根據(jù)實(shí)際情況確定，邊墻預(yù)裂與中部梯段爆破同步進(jìn)行，利用延期雷管保證預(yù)裂孔先于主爆孔起爆。梯段主爆孔及緩沖孔采用CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)造孔。爆破完成后，先對松動巖體進(jìn)行清撬排險(xiǎn)并分層支護(hù)，再采用1.6 m3液壓反鏟或3 m3裝載機(jī)配合25 t自卸汽車出渣。

2.3 爆破設(shè)計(jì)方案

閘門井貫通部位的預(yù)裂孔采用QZJ100B造孔，間距為75 cm/80 cm，孔深8.06～15.61 m；主爆孔和緩沖孔采用CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)造孔，孔徑90 mm，主爆孔孔深8.6～12.6 m，間距200 cm，排距190 cm；緩沖孔距預(yù)裂孔100 cm，間距1.4～1.6 m，孔深8.22～13.93 m。

預(yù)裂孔線裝藥密度為461 g/m，底部采用1節(jié)φ70藥卷+2×2節(jié)φ32藥卷加強(qiáng)裝藥，中間段采用φ32藥卷間隔30 cm裝藥，孔口采用1/2節(jié)φ32藥卷間隔20 cm減弱裝藥并使用竹片+導(dǎo)爆索進(jìn)行引爆；主爆孔采用φ70藥卷連續(xù)裝藥；緩沖孔孔底采用φ70藥卷加強(qiáng)裝藥，中間段及上部采用2φ32藥卷連續(xù)裝藥。所有炮孔孔內(nèi)均采用導(dǎo)爆索傳爆，在孔口安裝非電雷管延時(shí)，所有孔位的上部孔口均采用紙團(tuán)及炮泥進(jìn)行堵塞。

閘門井的貫通部位共分兩序進(jìn)行爆破，順序?yàn)橛芍胁苛镌R空面向四周依次爆破，采用延時(shí)雷管分段位進(jìn)行爆破，分為MS1、MS3、MS5……MS15共8個(gè)段位進(jìn)行爆破，其中第二序炮孔孔口還需增加M13進(jìn)行延時(shí)，以形成分段爆破。

2.4 支護(hù)方案

為提高閘門井底部貫通過程中圍巖的穩(wěn)定性并確保施工期的安全，采用自制型鋼大吊盤作為施工平臺對閘門井的貫通部位進(jìn)行支護(hù)施工。對于大吊盤工作范圍以外的部位采用在閘門井下部搭設(shè)滿堂腳手架的方式進(jìn)行剩余部分的施工。

3 施工程序及方法

3.1 開挖施工程序及方法

(1)反鏟扒面。采用PC128反鏟配合人工對貫通部位的頂部作業(yè)面進(jìn)行清理，挖除基巖上部的積渣以備鉆孔。

(2)放線布孔。測量放樣的目的主要為：①預(yù)裂孔孔位點(diǎn)及方向點(diǎn)放樣；②樣架校核及方向點(diǎn)放樣。

施工測量采用全站儀，測量由專業(yè)人員認(rèn)真進(jìn)行。將洞內(nèi)測量控制點(diǎn)埋設(shè)牢固且隱蔽并作好保護(hù)，防止被機(jī)械設(shè)備破壞。

(3)樣架搭設(shè)。①樣架搭設(shè)的準(zhǔn)備工作：預(yù)裂孔孔位及入巖插桿孔位已由測量人員完成放樣。②入巖插桿孔造孔：現(xiàn)場技術(shù)員根據(jù)測量所放的每排孔的首尾入巖插桿孔拉線按縱向1.6 m間距、橫向1.5 m間距放出其余插桿孔的孔位，然后采用手風(fēng)鉆(φ50鉆頭)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行造孔，造孔孔深、傾角必須嚴(yán)格控制。③入巖插桿孔完成后，完成前排及后排的插桿，再搭設(shè)小橫桿，小橫桿端頭緊抵巖壁，小橫桿需利用水平尺嚴(yán)格控制水平。④小橫桿搭設(shè)完成后進(jìn)行大橫桿的搭設(shè)，必需保證橫桿與開口線平行，同時(shí)利用水平尺控制橫桿的水平。前排上層大橫桿采用十字扣與立柱連接牢固并保證水平。⑤大橫桿搭設(shè)完成后進(jìn)行斜撐桿的搭設(shè)；在斜撐桿搭設(shè)的同時(shí)，必須確保上層插筋孔鉆孔斜桿、插桿、大小橫桿及角度調(diào)整樣架間均采用十字扣連接。⑥大橫桿搭設(shè)完成后，樣架雛形已形成，吊線進(jìn)行傾角的初步校核。⑦初步校核完成后，由測量人員進(jìn)行檢校并按測量結(jié)果進(jìn)行樣架微調(diào)，調(diào)整完畢，測量人員在樣架上層小橫桿及下層小橫桿上逐一放出方向點(diǎn)。⑧架設(shè)鉆機(jī)。鉆機(jī)架設(shè)時(shí)，對準(zhǔn)測量人員所放的方向點(diǎn)，鉆機(jī)中心線須與方向線重合，鉆機(jī)通過十字扣與上、下層大橫桿進(jìn)行固定，防止鉆機(jī)在造孔過程中晃動。⑨鉆機(jī)架設(shè)好后進(jìn)行傾角及方位角的檢校，確認(rèn)無誤后進(jìn)行樣架的最終加固：主要是在入巖立柱(間距1.6 m，為預(yù)留鉆機(jī)架設(shè)時(shí)所需空間)之間增加立桿、相應(yīng)的橫向連接桿。所增加的立桿、橫向拉桿及斜撐均需緊抵巖面[3]。以上工作完成后，由質(zhì)量部門及監(jiān)理人員進(jìn)行驗(yàn)收。

(4)鉆 孔。待樣架搭設(shè)完成并驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行預(yù)裂孔的造孔施工，預(yù)裂孔使用QZJ100B潛孔鉆造孔。分別在開孔后鉆進(jìn)20 cm、60 cm、1 m時(shí)進(jìn)行傾角及方位角的檢查，嚴(yán)格要求、及時(shí)糾偏；開孔后三次校鉆及調(diào)整結(jié)果需據(jù)實(shí)填寫在鉆孔記錄表上。主爆孔和緩沖孔使用CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時(shí)，在已布設(shè)好的孔位點(diǎn)進(jìn)行開孔。

(5)裝藥、聯(lián)線及起爆。炮孔經(jīng)檢查合格后方可裝藥爆破；炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯(lián)結(jié)必須由經(jīng)考核合格的炮工嚴(yán)格按監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的鉆爆設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。

裝藥嚴(yán)格遵守安全爆破操作規(guī)程。裝藥前，先檢查炮孔有無堵孔的情況，然后由專業(yè)炮工根據(jù)爆破設(shè)計(jì)要求進(jìn)行每孔孔內(nèi)的非電雷管分發(fā)。裝藥的炮工根據(jù)爆破設(shè)計(jì)的裝藥量裝藥并將孔內(nèi)的延期雷管及時(shí)裝入。裝藥完成后，采用炮泥堵孔，同時(shí)，根據(jù)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行孔外網(wǎng)路的連接[4]。

最后由炮工和值班技術(shù)員進(jìn)行復(fù)核檢查，待確認(rèn)無誤后撤離人員和設(shè)備，炮工負(fù)責(zé)引爆。

(6)通風(fēng)與散煙。爆破后啟動洞口布置的系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，爆破通風(fēng)散煙結(jié)束后，采用人工乘吊盤至工作面清撬松動的巖塊及危石。

(7)出 渣。開挖渣料采用CAT330C(1.6 m3)液壓反鏟或3 m3裝載機(jī)配合25 t自卸式汽車出渣。

3.2 支護(hù)施工的程序及方法

3.2.1 貫通部位支護(hù)的總體施工程序

(1)尾水管檢修閘門井下井口貫通部位采用20 t臨時(shí)橋機(jī)配合自制型鋼大吊盤作為支護(hù)施工的作業(yè)平臺。

(2)吊盤設(shè)置了10個(gè)吊耳，其中4個(gè)吊耳與橋機(jī)大鉤連接，另外6個(gè)吊耳與新增插筋連接，插筋連接的鋼絲繩受力后摘除橋機(jī)大鉤，然后采用吊盤進(jìn)行支護(hù)施工。

施工人員必須佩戴安全帶，安全母繩應(yīng)與上部系統(tǒng)錨桿連接并布置于吊盤及吊盤受力鋼絲繩的上部，且不能與之交叉。

(3)尾水管檢修閘門井貫通部位支護(hù)施工前，應(yīng)先對危巖進(jìn)行人工清撬，然后測量、進(jìn)行斷面檢查，待其滿足設(shè)計(jì)要求且驗(yàn)收合格后進(jìn)行初噴、封閉施工。

(4)初噴完成后，采用手風(fēng)鉆在型鋼吊盤上進(jìn)行錨桿及掛網(wǎng)復(fù)噴混凝土施工。

(5)為防止支護(hù)施工時(shí)吊盤發(fā)生側(cè)向移動，主要采取Φ48鋼管支撐巖面固定或大吊盤與邊墻錨桿間焊接φ12圓鋼兩種方式用于約束平臺的側(cè)向位移。

(6)對于閘門井開挖后采用支護(hù)吊盤無法完成施工的部位，在保證安全的前提下，可搭設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行支護(hù)施工。

3.2.2 預(yù)應(yīng)力錨桿施工

(1)桿體的制作。錨桿桿體必須采用整根鋼筋加工，不得采用焊接加長。桿體端部采用套絲機(jī)加工長20 cm的絲口。對加工好的桿體按規(guī)范要求檢查驗(yàn)收。錨桿桿體、錨墊板及M32螺母經(jīng)驗(yàn)收合格后用于該工程。

(2)鉆孔與吹洗孔。錨桿鉆孔采用YT-28手風(fēng)鉆造孔，錨桿鉆孔的直徑≥50 mm，孔位偏差不大于100 mm，孔深偏差不大于50 mm。鉆孔完成后，用水將孔內(nèi)清洗干凈，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行錨桿安裝。

(3)錨桿的灌注與張拉。①速凝錨固劑注裝。安裝錨固劑藥卷前，安裝人員先用桿體試探鉆孔的深度并做出標(biāo)記。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的錨固段長度和鉆孔孔徑采用體積公式算出藥卷用量。藥卷入孔前，應(yīng)將錨固劑用清水浸泡(40～70 s)，然后將錨固劑藥卷裝入專用的錨固噴槍，最后將噴槍送至孔內(nèi)預(yù)定位置，摳動扳機(jī)，將錨固劑藥卷均勻打入孔內(nèi)，同時(shí)退出噴槍[5]。②張拉段注漿。張拉段的注漿通過進(jìn)漿管按照普通砂漿錨桿的注漿工藝進(jìn)行注漿施工，所注砂漿的配合比按照洞內(nèi)普通砂漿錨桿執(zhí)行。

3.2.3 鋼筋網(wǎng)的施工

鋼筋網(wǎng)的施工人員應(yīng)在吊盤作業(yè)平臺上進(jìn)行操作。鋼筋網(wǎng)按設(shè)計(jì)間距編制，將鋼筋接頭綁扎固定，網(wǎng)筋與巖面大致密貼并利用錨桿端部定位。

3.2.4 噴混凝土施工

噴混凝土施工采用吊盤作為施工平臺，施工采用“濕噴法”。

4 結(jié) 語

白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門井貫通部位的施工在充分比較各項(xiàng)施工方法并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)：預(yù)留合理的巖層厚度，滿足施工安全需要；采用一次造孔、分序爆破的方式既保證了施工的安全性，同時(shí)也提高了開挖斷面的成型質(zhì)量；采用自制型鋼吊盤進(jìn)行分層支護(hù)，上一層支護(hù)完成后再進(jìn)行下一層支護(hù)以確保施工人員始終位于安全區(qū)域內(nèi)。

目前，左岸總計(jì)8條尾水管檢修閘門井均已安全貫通并完成后續(xù)支護(hù)施工，施工效果較好，施工安全風(fēng)險(xiǎn)可控，施工進(jìn)度滿足要求。在白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門井貫通部位施工中遇到的問題及采取的改進(jìn)措施可為后續(xù)大中型水電站超大超深豎井貫通部位施工提供參考。