海南琼中抽水蓄能电站尾水调压室初期支护研究

陈钊++晋良海++吴菊华

摘要：海南琼中抽水蓄能电站尾水调压室洞室围岩有白垩系的紫色、紫红色含砾砂岩、含砾长石石英砂岩为主，夹泥质粉砂岩及泥岩；洞室内存在f11-1断层，破碎带宽度1cm至2cm，充填破碎的岩石碎块碎屑，胶结较差，力学性质较差并伴有地下水渗出。考虑围岩本身所具有的承载效能，采用新奥法原理施工，依托毫秒微差与光面爆破技术，进行全断面掘进，并在洞周挂钢筋网片喷射混凝土加系统锚杆和随机锚杆形成初期柔性支护，系统锚杆采用梅花型布置。依据洞室开挖效应分析结果确定不利结构面，按照围岩变形管理等级分档次确定支护参数。采用理论结果与观测数据动态啮合的方法，优化开挖与支护的施工工艺。

Abstract： Tail water surge chamber surrounding rock are Cretaceous purple， purple pebbly sandstone， pebbly feldspathic quartz sandstone of Hainan Qiongzhong pumped storage， with silty sandstone and mudstone； f11-1 fault in underground caverns， with a width of 1cm to 2cm broken rock fragments， filling scraps， poor cementation， poor mechanical properties with water flow. Using the new Austrian method principle construction， after the full section of excavation in the hole around the steel mesh sprayed concrete early support， the initial support using system anchor plus random anchor form. The anchor system into two forms： Phi 25， L=5000mm and 7000mm are alternately arranged； the diameter of 22 L=4000mm， 1500mm row spacing layout. According to the analysis results of excavation effect， the unfavorable structural plane is determined， and the supporting parameters are determined according to the grade of rock deformation management. The construction technology of excavation and support is optimized by means of dynamic meshing between theoretical results and observation data.

关键词：海南琼中抽水蓄能电站；调压室；新奥法；初期支护；动态啮合

Key words： Hainan Qiongzhong pumped storage power station；surge chamber；new Austrian method；initial support；dynamic meshing

中图分类号：TV732.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0105-03

0 引言

海南琼中抽水蓄能电站位于海南省琼中县境内，工程建成后其主要任务是承担海南电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务。电站尾水调压室主要包括调压室上室、连接管（含水平段、弯段及竖井段）、调压室井体顶部等结构。尾水调压室竖井中心位于8#施工支洞8支0+538.911m处（尾水调压室中心线桩号：尾0+042.000），井深95.852m，高程▽289.75～193.898。其中高程▽289.75～267.00开挖断面为直径17.7m圆形，高程266.00～215.50开挖断面为直径18.3m圆形，高程214.898～193.898开挖断面为直径6.7m圆形。调压室竖井下部与尾水主洞相连。尾水调压室位于尾水岔洞下游42m尾水主洞上，地表高程490m～502m，井顶拱高程297.9m，井底板高程175.348m，洞室顶拱埋深194m～196m，弱风化以下岩体厚度137m。洞室圍岩有白垩系的紫色、紫红色含砾砂岩、含砾长石石英砂岩为主，夹泥质粉砂岩及泥岩；该段洞室内未发现有大型构造，已发现的f11-1断层规模较小，破碎带宽度只有1cm至2cm，充填破碎的岩石碎块碎屑，胶结较差，力学性质较差并伴有地下水渗出。与该洞室相近的8#施工支洞内发育的缓倾角节理与陡倾角节理面组合形成不稳定块体，在施工时曾有过掉块现象，推测在该洞室内也同样存在有陡倾角节理与缓倾角节理组合形成不稳定体，施工中有可能产生不稳定的掉块，需注意安全。在施工过程中还注意在地下水渗出点打排水孔，以防止地下水扬压力对围岩造成破坏。因此，为保证施工安全，需根据不同的支护参数，确保竖井开挖一段支护一段。通过理论结果与观测数据动态啮合的方法，优化开挖与支护的施工工艺，对并对后期施工提供经验指导。

1 支护方式及参数

采用新奥法原理施工，此法充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。本项目依托毫秒微差与光面爆破技术，进行全断面掘进，并在洞周挂钢筋网片喷射混凝土加系统锚杆和随机锚杆形成初期柔性支护，系统锚杆采用梅花型布置。

尾水调压室竖井井身支护有六种方式：

①289.750～267.000段，设置系统锚杆Φ25，L=5000mm与7000mm相间，排距2000m，外露400mm，梅花形布置，共13排，每排27根，喷150mm厚C25砼，挂Φ8@200mm×200mm钢筋网；

②267.000～215.500段，设置系统锚杆Φ25，L=5000mm与7000mm相间，排距2000mm，外露700mm，梅花形布置，共25排，每排27根，喷150mm厚C25砼，挂Φ8@200mm×200mm钢筋网；

③215.500～193.898段，设置系统锚杆Φ22，L=4000mm，排距1500mm，外露400mm，梅花形布置，共15排，每排16根，喷100mm厚C25砼。

2 施工布置

2.1 施工通道

尾水调压室竖井施工通道拟布置两条，分别为：

通道1：利用8#施工支洞至1#施工支洞道路作为施工设备、材料、人员进出的主要通道，其洞内运距0.9km；

通道2：利用尾水调压室下平洞至尾水主洞，经6#施工支洞、4#施工支洞、进厂交通洞道路作为主要出渣通道，其洞内运距2.1km。

2.2 提升系统井口平台

为防止爆破损坏，调压室竖井全断面开挖支护约20m后再安装提升系统井口平台。井口平台采用两根长15.3m的I50c工字钢作为主梁，其他以I18工字钢和∠63×63×5角钢作为次梁，井口中心预留8m*8m方形孔，其余顶部满铺3mm厚花纹钢板，布置示意图见图1。

3 施工方法及工艺

3.1 施工程序

先进行尾水调压室穹顶及竖井下平段和下弯段的开挖及支护施工，完成后再进行井挖，先利用LM-250型反井钻机开挖成Φ1.4m的导井，再分两次进行扩挖，第一次扩挖从下往上，即反井扩挖，扩挖直径为Φ3.4m，第二次正井扩挖剩余部分。开挖过程中，为保证施工安全，需根据不同的支护参数，确保竖井开挖一段支护一段。每排炮开挖结束后，对需要支护的围岩，尤其是稳定性差的岩体、破碎带及时进行随机锚杆、系统锚杆或挂网喷砼支护。

3.2 施工方法

竖井支护包括锚杆施工、挂网喷锚、系统排水孔等施工工序。锚杆造孔采用手风钻，FCB-250型锚杆注浆机注浆，人工安装锚杆。挂网喷锚采用？准8钢筋人工挂网，喷C25混凝土。施工利用吊笼进行，通过吊笼运送人员、材料至工作面进行支护施工，尤其是稳定性差的岩体、破碎带及时进行随机锚杆、系统锚杆或挂网喷砼支护。

调压室竖井有断层及破碎带地质条件下渗水比较大的部位，应增设随机排水孔及时排水。

3.3 支护工程主要工艺

3.3.1 锚杆工程

①锚杆施工工艺流程。

锚杆施工工艺流程见如图2所示。

②锚杆施工工艺措施。

锚杆造孔采用手风钻，FCB-250型锚杆注浆机注浆，人工安装锚杆。

1）造孔（含排水孔）。

钻孔点有明显标志，孔位偏差小于100mm。对有特殊要求锚杆孔的孔轴方向应满足施工图纸的要求，其系统锚杆的孔轴方向垂直于开挖面，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的交角大于45。锚杆施工按照“先注浆后安锚杆”的程序，水平锚杆施工时为有利于灌浆，可稍微向下倾斜；锁口锚杆外插角为10°；交叉口周围的锚杆如距交叉口距离小于1m时，可调整锚杆位置，外插角15°～20°。钻孔的倾角偏差应小于2°。锚杆孔孔深必须达到设计要求，偏差值不大于50mm。钻孔完成后用风、水联合清洗，将孔内松散岩粉和积水清除干净。

2）锚杆的安装及注浆。

注浆锚杆选用Ⅲ级螺纹钢筋；水泥采用强度等级不低于PO42.5普通硅酸盐水泥；砂采用最大粒径小于2.5mm的中细砂；砂浆强度等级必须满足设计要求；在注浆锚杆水泥砂浆中添加速凝剂和其它外加剂，应符合相应规范要求。锚杆注浆的水泥砂浆配合比，在以下规定的范围内通过试验选定：灰砂比为1：1～1：2（重量比）；水灰比不大于0.38，最终的配合比经监理工程师确认后方可用于施工。

注浆前，将孔内的岩粉和水吹洗干净，并用水润滑管路。锚杆安装按施工图要求进行。在锚杆安插时，先将注浆管插至距孔底50～100mm，随砂浆的注入缓慢均匀拔出，浆液注满后立即将锚杆插入。注浆过程中，若发现有浆液从锚杆孔附近流出应堵填，以免继续流浆。浆液一经拌和应尽快使用，拌和后超过规范规定使用时间的浆液应废弃。无论因任何原因发生注浆中断，应取出锚杆，并用压力水在30min內将注浆孔冲洗干净。如果在重新安装时发现钻孔被部分填塞，应复钻到规定的深度，并且在锚杆安装后3天内，不得敲击、碰撞、拉拔锚杆和悬挂重物。

3）随机锚杆施工。

竖井在开挖过程中，根据实际地质情况对断层、破碎带增设随机锚杆，随机锚杆作为紧急支护在特殊情况下可采用锚固剂代替砂浆作为锚固材料。

4）锚杆的质量检验。

每批锚杆材料均应附有生产厂家的质量证明书，按施工图纸规定的材质标准以及监理工程师指示的抽检数量检验锚杆性能。按监理工程师指示的抽验范围和数量，对锚杆孔的钻孔规格（孔径、深度和倾斜度）进行抽查并作好记录。

3.3.2 喷砼施工工艺

①喷砼施工工艺流程。

喷砼施工工艺流程见如图3所示。

②喷砼施工工艺措施。

喷砼施工工艺为湿喷法。各工序作业首先要认真遵照设计文件和施工规范（《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086—2001）要求进行。结合以往施工经验，各工序作业要点如下：

1）拌合及运输：拌和配料严格按试验确定的配合比精确配制搅拌，搅拌时间要足够，拌制均匀。砼运输采用砼搅拌运输车运输。

2）钢筋网的规格尺寸满足施工图纸要求，其保护层厚度不应小于20mm。钢筋网沿开挖面铺设，在岩面初喷一层砼后铺设。钢筋网与壁面距离3～5cm。捆扎要牢固，对有凹陷较大部位，可加设膨胀螺栓拉紧钢筋网，钢筋的搭接符合规范要求。

3）喷前要点：喷射砼作业分段分片依次进行，区段间的接合部和结构的接缝处做妥善处理，不得漏喷。喷射顺序自下而上，一次喷射厚度：边墙为80～150mm，顶拱为50～80mm；分层喷射时，后一层在前一层砼终凝后进行。

4）养护：喷射砼终凝2h后，喷水养护；养护时间不少于7昼夜。当喷砼周围的空气湿度达到或超过85%时，经监理工程师同意后，可进行自然养护。

5）质量检查：按照规范规定进行喷射砼施工质量抽样试验，进行喷射砼抗压强度试验，进行喷砼厚度检查，检查结果报送监理工程师。

4 结论

①喷锚支护作业应严格按照有关的施工规范、规程进行。喷砼施工的位置、面积、厚度等均应符合施工图纸的规定，做好喷砼的配合比设计。②采用新奥法原理施工，全断面开挖后在洞周掛钢筋网片喷射混凝土进行初期支护，初期支护采用系统锚杆加随机锚杆形式。③采用理论结果与观测数据动态啮合的方法，优化开挖与支护的施工工艺。通过理论结果与观测数据动态啮合的方法，优化开挖与支护的施工工艺，对并对后期施工提供经验指导。

参考文献：

[1]陈唯一.乌鞘岭隧道千枚岩地层初期支护参数研究[J].铁道工程学报，2006（03）：37-39.

[2]郦洪晨.浅谈隧道初期支护施工方案[J].中国新技术新产品，2010（04）：98.

[3]宋世杰.威海振华商厦基坑支护方案[J].价值工程，2014（28）：145-146.

[4]孙海涛，刘东燕，黄声树等.隧道支护时机智能决策方法研究[J].重庆建筑大学学报，2007，29（03）：78-82.

[5]徐帮树，杨为民，王者超等.公路隧道型钢喷射混凝土初期支护安全评价研究[J].岩土力学，2012，33（01）：248-254.

[6]许健.浅谈广州地铁二号线鹭中区间隧道初期支护[J].岩土工程界，2001，4（07）：49-50.

[7]杨建民，喻渝.浅埋大断面黄土隧道初期支护研究[J].现代隧道技术，2008，45（06）：16-21.

[8]张赛威.人工挖孔桩半桩支护方案可行性分析[J].价值工程，2015（06）：123-124.