斜卡水电站溢洪洞涡室穹顶施工技术

2014-02-28 01:26
四川水利 2014年6期
关键词:拱架竖井高程

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川 郫县,611730)

1 工程概况

斜卡水电站位于四川省甘孜州九龙县境内,是九龙河左岸支流踏卡河“一库两级”规划开发方案中的龙头水库电站,采用混合式开发方式,主要开发任务为发电,无通航、灌溉、防洪等综合利用要求。电站装机容量135MW,多年平均发电量5.211亿kW·h,水库总库容8485万m3,拦河大坝为混凝土面板堆石坝,最大坝高110m。工程为Ⅲ等中型工程,大坝按2级建筑物设计,泄水、引水及发电等永久性主要建筑物为3级建筑物,临时性水工建筑物级别为4级。电站枢纽由首部枢纽、引水系统和厂区建筑物等组成。

工程左岸溢洪洞距离坝轴线100m,全长555.533m,由进口闸室段、上平段、涡室、竖井、下平洞、出口消力池组成。涡室进口为溢0+215.657m~0+227.066m段,涡室高31.87m,直径10.5m(开挖直径12.1m)。涡室结构型式:在3163.87m~3160.43m水位为R=731cm的球体,下接R=525cm、L=28.43m的圆柱体。具体结构见图1。

根据现场地质条件显示,桩号(溢)0+213.4m~(溢)0+233.4m,为涡室穹顶段,围岩为T3x中厚~厚层变质砂岩夹板岩,岩层产状N40°W/NE∠55°,岩体中未见大的断层通过,节理裂隙较发育,顶部涡室岩体为弱风化、弱卸荷,以Ⅴ类围岩为主。

图1 涡室穹顶剖面

涡室施工难度较大:

(1)穹顶断面大,岩石极为破碎,易发生安全事故;(2)导洞狭小,不适合大型机械进行施工,机械化施工效率低;(3)竖井深度大,开挖工期长,在开挖过程中,上部结构极易发生失稳破坏。

2 主要施工方法

2.1 开挖支护施工

2.1.1 开挖

为了保证溢洪洞涡室穹顶开挖安全,根据现场揭示地质条件,在溢洪洞(泄)0+201.397m,距中2.1m,以41°仰角开挖一条长13.6m宽2m高1.8m城门洞型溜渣井至穹顶拱脚后,依照从内到外、内上到下的顺序分区进行开挖,开挖顺序由Ⅰ区~Ⅶ区依次进行。详见图2、图3。

溜渣井的开挖采用全断面一次成型爆破的方式进行。水平楔型掏槽,采用短进尺多循环起爆方式,每次爆破完成后,采用1台5.5kW轴流通风机向井内通风,排烟完成后,人工进入井内采用铁锹、锄等工具向下扒碴,反铲和装载机在下部配合出碴。

图2 穹顶开挖平面分区

图3 A-A剖面

2.1.2 支护

2.1.2.1 溜渣洞支护。溜渣洞全长12.77m,为宽2m、高1.8m城门洞型断面,考虑该部位以V类围岩为主,是穹顶开挖施工和出渣的通道,且要受强的爆破震动影响,采用“超前锚杆+钢筋拱架+随机锚杆+挂网喷混凝土”联合支护方式进行临时支护,靠下游面进行永久支护。超前锚杆参数为φ25mm,L=3.0m,间距为50cm,共布置2排;钢筋拱架间距100cm;两榀拱架间采用φ22mm钢筋连接,以加强拱架整体性,连接钢筋间距50cm;拱肩以下至拱脚采用锁脚锚杆固定钢筋拱架,锚杆为φ25mm,L=2.0m,入岩1.8m,间距1m,锁脚锚杆与钢拱架焊接牢固。随机锚杆参数为φ25mm,L=2.0m;挂网参数为φ6.5mm@15cm×15cm,喷混凝土参数为C20,厚15cm。

2.1.2.2 穹顶支护。根据现场开挖揭示地质,该部位岩石十分破碎,在竖井开挖时要经受强的爆破震动影响,开挖过程中临时支护采取“超前锚杆+钢筋拱架+随机锚杆+挂网喷混凝土”联合支护方式。超前锚杆参数为φ25mm,L=3.0m,间距为50cm,共布置2排;钢筋拱架间距100cm;两榀拱架间采用φ22mm钢筋连接,以加强拱架整体性,连接钢筋间距50cm,拱肩以下至拱脚采用锁脚锚杆固定钢筋拱架,锚杆为φ25mm,L=3.0m,间距100cm,锁脚锚杆与钢拱架焊接牢固。随机锚杆参数为φ25mm,L=3.0m,间排距为80cm。挂网参数为φ6.5mm@15cm×15cm,喷混凝土参数为C20,厚20cm。

2.1.2.3 涡室洞室加强支护。为防止涡室、溢洪洞上平段结合段发生掉块,产生大的超挖,在(溢)0+215.657m处进行加强支护,采用“锁口锚杆+挂网喷混凝土”联合支护方式进行临时支护,锁口锚杆参数φ25mm,L=3m@80cm,共布置2排;挂网参数为φ6.5mm@15cm×15cm,喷混凝土参数为C20,厚20cm。

历时一个月,穹顶全部开挖支护完成。

2.2 混凝土施工

当涡室开挖至高程3141.85m时,涡室竖井向下还有近64.6m深未开挖(高程3141.85m~3087.25m)。根据揭示的地质情况,围岩极其破碎,考虑到竖井开挖时间长,且长时间的爆破振动,将会对已开挖成型仅采取了临时支护的穹顶的稳定性产生影响,故采取对高程3141.85m以上的穹顶及涡室进行永久混凝土衬砌,待永久衬砌施工完成达到一定强度后,再进行下部结构开挖。

根据前期开挖出露的穹顶地质情况,为保证混凝土的衬砌断面,又保证混凝土结构的稳定性,在后期涡室竖井开挖过程中,已浇筑完成的穹顶混凝土不整体向下滑动,造成结构破坏,在实际施工过程中,采取了以下措施:

(1)在高程3143.35m沿涡室整个断面开挖一道环形齿槽,槽内布置两排φ28mm锚杆(L=4.5m、入岩3m)及钢筋,锚入涡室结构混凝土内,齿槽混凝土同涡室混凝土同时浇筑;

(2)在高程3141.85m以上的边墙上,布置φ28mm锚杆(L=1.5m、入岩1m、间排距2m),外露的锚杆头弯折成90°,同涡室穹顶的结构钢筋焊接;

(3)在竖井开挖过程中,在3141.85m高程处沿竖井周圈预留一道岩坎,待下部竖井混凝土衬砌至此高程时再行开挖。具体布置见图4。

穹顶和涡室混凝土施工采用搭设满堂脚手架方式,模板采用普通组合钢模板,混凝土浇筑分层高度控制在3.5m以内;6m3混凝土搅拌运输车运输,HB60混凝土泵泵送入仓,仓号内接溜筒,控制混凝土卸料高度。在浇筑第一层高程3141.85m~3145.35m时,首先在3141.85m高程岩面上铺一层10cm厚的细砂,涡室竖向的结构钢筋弯折90°,锚固长度全部伸出仓号外,以利后期施工时将钢筋调直,同下部结构钢筋连接成整体。下部结构施工时,人工清除混凝土底部的细砂层,并对混凝土底面进行凿毛处理。

采用此种方法,历时45d,3141.85m高程以上穹顶和涡室混凝土顺利浇筑完成。在下部竖井开挖过程中,每天安排对已成型的混凝土结构进行变形观测,未发生异常情况。

图4 穹顶涡室结构

3 施工期间注意事项

3.1 溜碴斜井在施工过程中,由于为倒悬结构,废气容易集中在上部,因此整个施工过程均采用了小型风机持续向井内供风的方式,以保证上部施工人员的安全。

3.2 在下部竖井开挖过程中,严格控制爆破单响药量,尽量减少爆破振动对上部结构的影响。

3.3 施工期间,加强对已成型穹顶结构的变形监测。

4 结语

斜卡水电站溢洪洞穹顶及涡室断面大,地质条件差,但通过采取合理有效的施工顺序和施工方法,解决了复杂地质条件下的开挖和支护问题,保证了施工工期、施工质量和施工安全,为类似工程施工积累了经验。

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