反导井施工技术在溪古水电站的应用

贺 波, 杨 波

(中国水利水电第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)

1 概 述

溪古水电站位于四川省甘孜州九龙县境内,是九龙河干流梯级开发的第一级电站,工程任务以发电为主,兼顾电站引水后减水河段的环境生态用水。电站采用混合式开发,工程由首部枢纽、引水系统及电站厂房三部分组成。首部枢纽工程位于九龙县城下游约 10km的溪古峡谷内,主要建筑物由混凝土面板堆石坝、溢洪洞、排沙(放空)洞及左岸电站进水口等组成。电站装机 3台,单机容量 83MW,总装机 249MW。位于左岸的溢洪洞工程主要由进水塔、上平段、涡室、涡井及相接的通风洞等组成。溢洪洞的涡室及涡井分别为半径 5550mm和3550mm的圆形竖井式结构,总开挖高度 97m。溢洪洞平面布置见图 1。

图 1 溢洪洞各洞室平面布置图

2 施工方案的选择与背景

根据设计优化:溢洪洞下部的出水通道由原来的与排沙(放空)洞合二为一改为与导流洞合二为一。这就要求在大坝主河道截流前导流洞应具备的过流条件包括相应的溢洪洞的涡井下部必须完工,即涡井的开挖和支护施工至少要完工,以便在其下部做封闭平台,既可满足导流洞过流的需要,同时涡井又可以进行混凝土施工。由于溪古水电站前期施工受种种因素的影响,溢洪道高边坡开挖及支护施工进度缓慢,如果按照常规的施工方案(高边坡开挖支护→上平段洞挖及支护→涡室及穹顶部分洞挖、支护(形成施工作业平台)→溜渣导井施工→涡室及涡井扩挖、支护)进行施工,至少需要 11个月时间,远远不能满足大坝主河道截流的节点工期目标。通过方案比较,认为从过坝交通洞打通大坝的灌浆洞与溢洪洞的通风洞到达涡室,从而进行涡室、涡井的溜渣导井开挖及扩挖的施工方案可缩短直线工期 5个月,能够为主河道截流目标的实现提供可能。

与此同时,也对溜渣导井的施工方案进行了对比:即采用反井钻机、人工正导井法和人工反导井法施工。反井钻机施工安全可靠,但施工费用较高,同时由于灌浆洞及通风洞交通条件的限制,运输十分不便;人工正导井法施工出渣运输困难,效率极低,施工进度缓慢,不能满足工期的要求。经过反复比较方案,最终确定采用人工反导井法施工。只要采取一定的技术、安全保证措施,就能确保安全施工,同时施工成本也可大幅度降低。

3 反导井法施工方案的设计与施工

该工程采用的反导井法施工溜渣导井总体方案为:在涡室内开挖出上部平台,利用地质钻机沿涡室涡井的圆心竖直往下钻孔至下部的导流洞顶板,形成施工作业用吊篮钢绳穿绳导孔,人工在吊篮平台上往上钻爆开挖 φ2000的溜渣导井。反导井施工示意图见图 2。

图 2 反导井施工示意图

3.1 上部施工平台

原设计方案中大坝左岸的灌浆洞没有与省道改线公路的过坝交通洞相接,但之间相隔也仅有10m。为了加快施工进度,满足方案的需要,为此,通过与业主沟通,请设计单位将灌浆洞延伸与交通洞相接(后期将封闭),这样,施工通道就可以从过坝交通洞→灌浆洞→通风洞→到达涡室上部,形成上部施工作业平台。上部施工作业平台设置在溢洪洞涡室高程2854.7m,既有足够的空间进行相应的设施布置,同时又不至于因涡室开挖工程量大使出渣困难而延误工期和增加成本。

涡室上部的施工作业平台主要布置施工吊篮的提升系统。提升机架最简便的方法就是在穿绳导孔上方用型钢架设支架,但同时考虑到今后涡井扩挖及混凝土浇筑的需要,最后还是采用在涡室的穹顶顶部设置天锚做为倒向吊点。天锚采用6根 φ25、孔深 6.0m的砂浆锚杆(每根锚杆至少可承受 25kN的拉力,完全满足要求),在天锚上焊接 φ25圆钢筋做成的吊环,将倒向用的滑车固定于吊环上,根据牵引钢绳直径及牵引力的要求,倒向滑车采用 100kN。从使用情况看,由于倒向滑车在运行时牵引钢绳对其轮轴的摩擦会产生一定的损耗,因此倒向滑车应选择较大型号。提升卷扬机采用 3t(JM-3)卷扬机,卷扬机采用在高程2857.4m平台上钻设的 φ25、孔深 1.5m的砂浆锚杆作地锚固定。考虑足够的安全系数,提升钢绳选用 φ18.5、6×19mm+1—170kgf/mm2的钢绳。

3.2 穿绳导孔及通信导孔

吊篮提升钢绳穿绳导孔设于涡室及涡井的圆心,孔向垂直向下,孔径为 120mm。由于此孔同时又是反导井人工开挖时的导向孔,直接关系到反导井开挖的方向定位,因此,务必保证其钻孔的垂直度。施工前,首先由测量人员精确测放出孔位点线,然后将地质钻机固定于打孔位置,调整钻杆为垂直角度,随后进行钻设,并在钻设施工前期随时调整纠正钻孔方向。整个钻设过程较为顺利,日进尺平均为 7～8m,钻孔的偏差也较小,能够满足施工要求。

反导井施工中的通信联络尤为重要,特别是在施工吊篮提升与降落过程中,上部平台卷扬机操作人员与吊篮中施工人员的及时联系是保证施工安全的重要保证。而本工程上部平台与下部导流洞之间没有直接的通道,相对高度较大、岩体较厚,无法采用对讲机等无线设备进行通信。为解决此问题,决定采用有线电话,即在涡井靠扩挖岩壁 800mm处用地质钻机再行钻设一 φ120的垂直通信导孔(为安全起见,此孔没有与穿绳导孔共用),从此孔穿设电话线路(外侧用钢管保护)联络上下方的施工情况。

另外,为保证下部施工安全,在两个孔的四周均设置了围栏,确保物件不从孔中下落。

3.3 施工吊篮

该工程反导井开挖断面直径为 2000mm,为施工作业人员操作方便,吊篮空间设计为 1200 mm×1200mm的方形,用∠100×5的角钢焊接成钢框架,用 5mm厚的花纹钢板铺底,四周设置安全钢栏杆,四角用 φ20的圆钢做成钢绳的吊耳。为避免上下运行中反导井岩壁可能的松动岩块对吊篮中人员造成的不安全,同时又能在掌子面固定位置时钻孔等的操作方便,在吊篮的上口设计制作了一个活动顶盖。

3.4 下部通道

反导井下部通道做为人员、机械设备及材料运输的通道,主要利用已经施工完成的导流洞平段上游洞段。但在反导井施工时导流洞下游出口尚有 30m的洞挖未完成,经过一个汛期,洞内积水较多,人员、机械设备均不能直接进入,曾考虑过从进口抽水,但抽水费用势必较高。最后采用在消力池前端(导流洞出口)已开挖的底板处用地质钻机钻两个 φ120的排水孔,利用导流洞底板往下游有一定的坡势自然排水。

3.5 通风排烟

由于反导井施工空间狭小,空气流通不畅,因此,保证施工过程中良好的通风排烟尤为重要。实际施工中,在反导井下部导流洞中设置了一台吸出式功率为 11kW的通风机,在反导井内则将φ60的风管接至掌子面处,用空压机供风进行通风,将烟尘压到竖井底部,经该部位的吸出式风机抽出洞外。

为解决部分烟尘通过中心穿绳导孔上升进入上部平台的问题,在上部平台设置了一台 5.5kW的吸出式通风机将烟尘吸出洞外。

3.6 反导井施工

通过电话联络,上部平台卷扬机操作人员将提升吊篮的钢绳从中心穿绳导孔中落下,下部通道施工人员将钢绳系牢于已装上风水管、钻机等设施的吊篮的吊耳上,两名施工人员进入吊篮(一人为钻孔施工人员,一人为通信等辅助施工人员),通过电话联络,提升吊篮,同时开动空压机,通过供风管向反导井内输送新鲜空气。在吊篮的提升过程中,电话一直保持通话,以便遇到紧急情况时可以随时停车。当吊篮提升至掌子面可施工位置时,停止提升,施工人员用长短合适的钢管将吊篮相对固定于四周岩壁,以避免钻孔施工时吊篮摆动。反导井的钻孔采用一台 YT28气腿钻钻孔,钻孔深度经试验确定 1.5m最合适。钻孔完成后,通过信号联络,将吊篮下放到底部,装上已准备好的火工材料重新提升至掌子面,装药连线,将电雷管导线引至下部通道安全位置的起爆控制器,同时将吊篮的钢绳解开,提升至掌子面爆破影响范围以上,一切就绪后起爆。爆破后往反导井内吹入空压机的压缩空气加速排烟,待烟尘排完并至少等 30min后洞内岩体相对稳定时才能进行下一个循环的施工。

4 施工效果

溢洪洞涡室、涡井溜渣反导井按计划在 2个月内施工完成,满足了工期要求,为涡室、涡井的扩挖创造了条件,赢得了时间,也为主河道截流目标的实现提供了保障。

5 结 语

溪古水电站溢洪洞竖井式涡室、涡井在常规施工方案不成立的情况下,经过方案的比选与优化,创造条件进行施工,并成功采用人工反导井开挖施工技术,为工程节点目标的实现创造了条件,也相对节约了施工成本。通过此次工程实践,笔者有以下几点体会和改进措施,供参考:

(1)严格按安全技术操作规程进行施工是保证反导井顺利施工的关键;

(2)良好的上下通信联络是保证安全施工的前提。该工程采用有线电话实时联系,克服了以往工程电铃等信号联系不确切的问题;

(3)在卷扬机的控制上,笔者认为:如果再增加一个由吊篮上的操作人员可以直接控制的双控系统将更好。