向家坝水电站大断面引水斜井开挖施工技术

1、向家坝水电站大断面引水斜井开挖施工技术   王仁强,李汉臣   (中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都611730)   摘要:向家坝电站引水斜井是目前国内直径最大的引水斜井,由于软弱夹层和层间错动带在斜井中穿过,地质条件较差,施工中采用导井开挖、分次扩挖的方法,最终顺利安全地完成了斜井的开挖支护,为其它类似超大断面斜井施工提供参考。   关键词:大断面;引水斜井;开挖技术;向家坝水电站   中图分类号:TV554;TV52 

2、60;文献标识码:B  文章编号: 1001-2184(2009)04-0065-03   1工程概况   向家坝水电站右岸地下厂房引水斜井共4条,开挖断面为圆形,倾角55°、长80 m、最大开挖直径16. 3 m、开挖断面面积208. 67 m²(水平截面面积达251m²),斜井洞挖量达6. 6万m³,为目前世界已建和在建开挖直径最大的引水隧洞(表1)。    &#

3、160; 部薄层状岩体及软弱夹层JC2-4及JC3-5、JC3-6会在下弯段分布,切层开挖时软弱夹层与节理裂隙组合可能构成不稳定块体,工程地质条件相对复杂。   2施工中的重、难点问题   (1)斜井全断面扩挖,人工扒渣量大,工序循环时间长;   (2)扩挖渣料容易堵塞导井,且处理困难;   (3)斜井倾角为55°,施工通道布置困难,安全风险较大。   3斜井施工程序   LM-200反井钻机进行

4、216导孔施工LM-200反井钻机进行1. 4 m导井施工2. 5 m导井一次反扩4. 5m导井二次反扩16. 3m全断面正向扩挖支护。   4施工方法   (1)LM-200反井钻机施工。测量在引水上弯段将斜井导井中心线放好后,进行LM-200钻机机座基础混凝土浇筑,在调整好钻机中心和倾角后,进行216导孔施工,施工过程中严格控制钻机方向和角度,防止导孔偏位。216导孔与引水下弯段贯穿后更换钻头,进行1. 4 m导孔自下而上反扩,导孔反扩应注意及时对导井

5、石渣及时清运,防止石渣长时间附在井壁,造成堵井。   (2)导井一次反扩2. 5 m。   反井钻机形成1. 4 m导井后,利用钢筋爬梯作为井内人员施工通道,采用“扇形扩挖法”人工反导井进行扩挖,即对1. 4 m导井下半洞240°范围(垂直于斜井轴线,高程大为上半洞,反之为下半洞)沿径向自下而上扩挖1m,形成2. 5 m导井,如图1所示。      (3)4. 5 m

6、导井二次反扩。   2. 5 m导井形成后,在2. 5 m导井周围自下而上沿井四周扩挖1. 52 m,形成4. 55m导井。该断面能满足全断面扩挖时的溜渣要求,扩挖时操作手顶部为反井钻机形成的光滑岩面,施工相对安全,且不会增加临时支护工程量。为了尽量减小安全风险,采用2. 5 m导井扩挖超前810 m,4. 5 m导井扩挖紧跟的方法,在安全和进度方面取得了较好的效果。4. 5 m导井二次反扩如图2所示。  

7、    (4)斜井全断面开挖。   形成4. 5 m导井后,进行全断面自上而下扩挖,循环进尺2 m(与锚杆支护参数相匹配,以减少锚杆造孔脚手架搭设工程量),按测量放线YT28手风钻造孔装药、连线、爆破人工扒渣喷锚支护的工作流程组织施工。为减小扒渣量,采取漏斗形爆破法。全断面开挖单循环时间见表2。      井内施工人员的上下采用钢筋爬梯作为主要通道,井下钻孔、扒渣施工人员必须配带安全绳;风管、水管和电线从斜井两侧布置,开挖石渣及人工扒渣

8、堆至引水下弯段,采用反铲装自卸汽车从5#施工支洞运至渣场。斜井全断面扩挖情况见图3。   5斜井开挖中的主要控制要点   (1)加强施工现场管理,合理组织生产,减小施工干扰。引水下平段、下弯段为斜井段扩挖溜渣和堆存通道, 5#施工支洞为引水下平段第层开挖支护主通道且布置于引水下平段或下弯段部位,斜井扩挖与下平段灌浆存在立体交叉作业。在现场施工组织上,必须对斜井扩挖支护和引水下平洞开挖支护统一协调部署,避免斜井扩挖支护过程中的掉物伤及下平段施工人员、设备、车辆和通行于5#施工支洞内的人员、车辆、设备;同时,必须在5#施工支洞与

9、各引水洞交叉口处设置专职安全人员进行警戒。   根据引水洞系统总工期安排,引水洞上平(弯)段开挖支护施工期间,正值引水支洞、斜井导井、斜井扩挖施工时段,相互之间存在较大的施工干扰且安全隐患突出。因此,当两个工作面之间开挖掌子面距离小于相距30m时,须建立统一的生产协调机制或采取其他工程措施,以确保其相互施工安全。必要时(如上弯段穹顶开挖支护时),甚至必须暂停斜井的施工。   (2)反井钻机的正确定位。随着我国水利水电工程施工技术的日新月异,反井钻机在大型竖井、斜井中的应用也越来越广泛,其施工技术也越来越成熟,它具有施工安全、进度快、精

10、度高等优点。但在反井钻机施工过程中,必须严格掌握孔向、钻速,防止导井偏差过大而影响斜井扩挖施工。   (3)出渣必须及时,洞内严禁存渣。无论导井施工还是全断面扩挖,在爆破或扒渣后必须及时进行出渣,防止石渣堵井。一旦出现堵井,处理难度极大,将给施工进度、施工安全和施工成本带来较大影响。   (4)爆破作业时严格按爆破设计进行,充分采用抛掷爆破技术形成漏斗,利用漏斗进行积渣。   (5)安全措施必须到位。斜井施工存在较大的安全风险,因此,安全措施必须到位。斜井人行爬梯采用锚筋固定在岩石上并设置扶手,每隔10m设休息平台。在导井扩挖时采用下半洞造辐射孔的办法进行开挖,使斜井上顶拱部位保持光滑平整岩面(反井钻机扩挖后岩面),确保施工人员的安全。      6结语   随着一些河流干流水力资源的相继开发,水电工程中地下厂房及相关洞室等在向大型化或超大型的方向发