卡基娃水电站斜井开挖施工技术综述

肖凤平

(中国水利水电第八工程局有限公司,湖南 长沙 410000)

卡基娃水电站斜井开挖施工技术综述

肖凤平

(中国水利水电第八工程局有限公司,湖南 长沙 410000)

四川省卡基娃水电站压力管道为地下埋藏式,其中有两段斜井,上斜井和下斜井,开挖地质条件复杂,施工中采用反井钻机形成导井,分两次钻爆扩挖的方法,最终顺利完成了斜井的开挖支护.

水电站;斜井;开挖;施工技术

1 工程概述

卡基娃水电站系木里河干流(上通坝～阿布地)河段quot;一库六级quot;开发方案中的第二级电站,位于四川省木里县唐央乡,坝址距木里县城约178km,距西昌市约424km.电站总装机容量452.4MW,主机间装机4台,单机容量110MW,生态机组装机2台,单机容量6.2MW.

本工程压力管道为地下埋藏式,分上斜井和下斜井,上斜井段连接压力管道上平段和中平段.斜长97.341m,倾角60°,下斜井段连接中平段和下平段.斜长84.062m,倾角60°.斜井轴线方向与地层走向交角20～40°,经过地层为奥陶系人公组千枚化板岩夹变质石英砂岩(O1r3),地层产状N10～30°W/NE∠35～50°.布置区不发育,属于单斜构造,规模较小.围岩以稳定性差的Ⅲ2类为主,局部Ⅳ类.

2 斜井开挖施工方案比选

结合本工程特点,针对斜井开挖施工考虑了三种施工方案进行分析和对比,第一种是正井钻爆法;第二种是反井钻机施工形成导井后钻爆扩挖;第三种是爬罐施工形成导井之后再正井钻爆扩挖,三种方案的优缺点见表1.

综述比较与分析,反井钻机施工形成导井再钻爆扩挖法,施工效率高,施工技术较为成熟;结合本工程的特点,最终选取了反井钻机施工形成导井再钻爆扩挖法的方案.

3 本工程斜井开挖方案

本工程斜井开挖采用LM-200型反井钻机施工成φ1.4m直径的导井,再自上而下扩挖成型,为保证不堵孔,分一次扩挖φ3.5m和二次扩挖8.0m两次进行.

表1 斜井开挖施工三种方案的优缺点

3.1 反井钻机施工

反井钻机施工分为φ216mm先导孔施工、φ1.4m反拉扩孔施工.φ216mm先导孔施工时必须采用大功率泥浆泵将循环水通过钻杆压入孔内,通过水循环将先导孔内岩渣通过钻杆与导向孔间的环形空间带入沉渣池沉淀,岩渣沉淀后人工捞起指定堆放.在施工过程中,如果出现塌孔、不返水或者返水较小等异常情况,则需要拌制泥浆或水泥浆,护壁后钻进,若不能则需采取其他手段.

(1)先导孔施工.钻机基础先由测量工程师放线定位,井口基础开挖、清理,之后浇筑基础砼,预留出基础螺杆孔,定位校准后浇筑二期混凝土.为确保先导孔的钻孔精度,防止先导孔发生偏斜,初拟施钻参数如下.

先导孔开孔点在斜井中心线延长线上,开孔角度上抬1°,采用59°.

开孔先接4根稳定钻杆,之后连接普通钻杆3根,再接稳定钻杆1根,共使用5根稳定钻杆.

钻孔倾斜度测量:稳定钻杆钻完约10m测一次,施工过程中根据实际加密测量.

钻进速度控制为1.1～1.6m/h.

导孔施工到距离平段顶部高程约有10m时,在下部落渣点以外40m设置警示标志,特别是在扒渣时段,严禁人员及设备进入.

(2)1.4m反拉扩孔.

①钻头连接.先导孔贯穿之后,在已经贯穿的钻头部位用卸扣器将导孔钻头和异型钻杆换下,将上下提吊块分别同钻头、先导孔钻杆固定,提升使钻头离开地面约50cm,然后下放先导孔钻杆,拆去提吊块,连接扩孔钻头.

②将电机转速调为低挡.

③循环水供扩孔钻头冷却和消尘.

④为防止钻头剧烈晃动导致刀具损坏,先使用低钻压、低转速,钻头全部钻进之后加压加速施工.

⑤卸钻杆.在钻杆接头无法松动时采取相应措施进行处理,第一是使用辅助卸扣先进行反转松动,若不能松动接头时,则采用第二种方法,在接头四周用氧焊进行烘烤,直至松动为止.如果还是不能松动接头时,则采用第三种方法,在第一根钻杆的下边缘用钢锯锯除2～3mm锯槽来松动接头.

3.2 石方扩挖

(1)φ3.5m扩孔一次扩挖.φ3.5m扩孔采取从上到下的方式进行施工,斜井内设置钢筋斜爬梯用于人员上下,爆破造孔方向与设计轴线平行,每排炮孔深2.5m,孔距为0.5m,排距0. 5m,为防止导孔堵塞,每次下部出渣必须干净;在一次扩挖过程中,为确保施工安全,结合现场情况,增加随机锚杆喷锚等临时支护.

(2)全断面二次扩挖.二次扩挖同样采取自上而下扩挖的施工方法,人员利用爬梯至工作面进行开挖,设备利用卷扬机小型台车上下,支护跟进.

(3)洞挖主要工序作业措施.①井内开挖所需供风、供水、供电、施工人员、材料、机械就位.②测量人员进行测量控制.③钻工按照测量工程师定出的中线、腰线、轮廓线进行钻孔定人定位施钻.钻孔偏差控制在5°,最大超挖控制在10cm,二次扩挖轮廓线采用光面爆破.

3.3 支护施工

二次全断面开挖完成后进行支护施工,支护施工利用爬梯将喷锚管引至掌子面进行,其喷锚料及设备全部布置于平段与支洞交叉口下游进行施工.若遇到Ⅴ类围岩,在开挖之前采取必要的超前支护,之后进行下一循环施工.

4 结语

该项目两段斜井开挖及初期支护施工共计历时157天,其中反井钻机先导孔平均进尺12～15m/天,反拉扩孔导洞平均进尺10～12m/天,正井钻爆一次扩挖平均进尺4～5m/天,二次扩挖平均进尺2～2.5m/天.

在一、二次扩挖过程中,应根据岩石特性,不断优化爆破参数,控制爆破粒径,可有效防止导井堵塞.尤其是一次扩挖堵孔可能性较大,本项目在爆破时孔位间排距布置较密,控制在50cm,单耗在1.2kg/m3,在实际施工时孔向采用发散型与轴线外倾角30°方向钻孔,施工更方便;二次扩挖周边孔考虑光面爆破,孔距50cm,主爆孔间排距控制在80cm,单耗在0.8kg/m3,爆破后粒径都在40cm以下,施工中未发生导洞堵塞的情况,效果较好.

[1]水电水利工程斜井竖井施工规范.DL/T 5407-2009.

[2]爆破安全规程.GB6722-2011.

[3]水电水利工程爆破施工技术规范.DL/T 5135-2013.

[4]岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范.GB50086-2015.

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1671-0711(2017)11(下)-0094-02