第五章 引水隧洞工程施工详解.docx
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第五章引水隧洞工程施工详解
第五章引水隧洞施工
5.1基本资料
5.1.1工程概况
洞松水电站工程区位于硕曲河中下游,乡城县县城香巴拉镇、尼斯乡及洞松乡境内,是硕曲河乡城县河段水能规划“一库五级”中的第四级电站,其上游梯级为待建的乡城水电站,下游梯级为待建的格龙水电站。
隧洞为马蹄形断面,采用全断面钢筋混凝土衬砌方案,隧洞底板净宽4.5m。
Ⅲ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度40cm,Ⅳ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度60cm,Ⅴ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度80cm。
同时对Ⅳ、Ⅴ类围岩全断面进行固结灌浆,每排8孔,排距3m,孔深6m。
隧洞沿线洞顶120°范围内进行回填灌浆。
本段引水洞的施工通道为2#和3#施工支洞,2#施工支洞长402.55m,与主洞交点桩号3+920.576m,交点高程2726.71m,洞口高程2740.45m;3#施工支洞长约365.72m,与主洞交点桩号5+958.035,交点高程2719.28m,洞口高程2700.00m。
支洞断面尺寸均为4.5m×5.3m(宽×高)。
本标工程引水隧洞主洞桩号(引)3+000~(引)7+100m段,引水隧洞长41000m,本标引水隧洞工程主要工程量见表5-1-1。
表5-1-1引水隧洞工程主要工程量表
序号
工程项目
单位
数量
备注
3-4
地下洞室开挖
3-4-1
石方洞挖
m3
217996
3-4-2
地质塌方清理
m3
2000
3-4-3
隧洞二次扩挖
m3
300
3-5
支护
3-5-1
φ25,L=5.0M锚杆
根
200
3-5-2
φ25,L=4.0M锚杆
根
200
3-5-3
φ25,L=3.0M锚杆
根
18020
3-5-4
φ25,L=2.5M锚杆
根
2500
3-5-5
Φ22,L=2.5M锚杆
根
200
3-5-6
Φ22,L=3M锚杆
根
200
3-5-7
Φ22,L=3.5M锚杆
根
200
3-5-8
Φ22,L=4M锚杆
根
200
3-5-9
φ28,L=4.0m锚杆
根
16673
3-5-10
φ28,L=4.5M锚杆
根
200
3-5-11
Φ28,L=5M锚杆
根
200
3-5-12
Φ28,L=6M锚杆
根
200
3-5-13
预应力锚杆(Φ32,L=7M,120KN)
根
100
3-5-14
预应力锚杆(Φ32,L=9M,120KN)
根
100
3-5-15
自钻式锚杆φ25,L=2M
根
1200
3-5-16
自钻式锚杆φ25,L=3M
根
1200
3-5-17
自钻式锚杆Φ25,L=4M
根
600
3-5-18
钢筋网制安
t
122
3-5-19
钢支撑制作
t
163
3-5-20
钢支撑安装
t
163
3-5-21
钢筋格栅拱架制作
t
50
3-5-22
钢筋格栅拱架安装
t
50
3-5-23
水泥裹砂湿喷C20砼(厚5~20CM)
m3
500
3-5-24
湿喷C20砼(厚5~20CM)
m3
6500
3-5-25
喷C25钢纤微砼(厚10~20Cm)
m3
1000
钢纤维40kg/m3
3-5-26
喷M20水泥砂浆(厚5Cm)
m3
300
3-8
混凝土工程
3-8-1
钢筋制安
t
14628
3-8-2
C25砼(全断面砼衬砌,30cm≤δ<40cm)
m3
2638
(F50W6)
3-8-3
C25砼(全断面砼衬砌,40≤δ<50cm)
m3
44486
(F50W6)
3-8-4
C25砼(全断面砼衬砌,50cm≤δ)
m3
15145
(F50W6)
3-8-5
C25砼(喷砼段底板砼)
m3
1000
(F50W6)
3-8-6
C25地质超填砼
m3
2000
3-8-7
651橡胶止水
m
9935
3-8-8
铜止水(厚1.2MM,宽50CM)
m
400
3-8-9
沥青木板(厚2CM)
m2
400
3-8-10
沥青泡沫板(厚2CM)
m2
6271
3-8-11
PVC埋管Φ50
m
8766
5.1.2工程地质
硕曲河在乡城~洞松河段属高山宽谷区,河谷相对宽阔,仅近厂区约2km河段地形狭窄,区内山高谷深,岭谷高差1500~2000m以上。
总体上来说,右岸为近南北向的条形山,左岸以宽缓的冰碛、冰水堆积阶地为主,硕曲河沿右岸山脊坡脚通过,河流呈蛇形弯曲,水流较急,漫滩不发育,两岸零星分布有Ⅰ级河流阶地。
引水线路所在的右岸,地面高程3250~2740m,相对高差达510m,主要发育有1、2、3号冲沟,展布方向以NE-SW向为主,沟谷中第四系覆盖层较发育,最大厚度达15m左右(拉洼雄沟),沟内均有常年流水。
其中以2号冲沟——拉洼雄沟切割较深,延伸较长,规模较大,冲沟两侧堆积有较厚的坡洪积物。
另外,在黑达村对岸存在一个大的弧形岸坡,岸坡前缘为较厚的冰碛、冰水堆积物,岸坡后部为厚度较大的坡残积物。
本标引水隧洞分段地质条件如下:
第一段:
桩号2+300~3+410,隧洞轴线方向S13°52′E,垂直埋深约195~400m,侧向水平埋深大于400m,洞身围岩为图姆沟组工区第九层(T3t9-3~T3t9-1)变质砂岩、砂质板岩,岩层走向与洞轴线交角30~35°,洞身三倍洞径范围内均为微、新岩体,以中硬岩为主,变质砂岩为中厚层状结构,地下水活动较弱,为Ⅲ类围岩,中部所夹砂质板岩多呈薄层状,为Ⅳ围岩。
第二段:
桩号3+410~4+660。
隧洞轴线沿鱼洼仲Ⅲ级阶地及拉洼雄沟通过,隧洞垂直埋深约55~195m,侧向水平埋深大于300m,根据地质条件的差异可分三小段。
桩号3+410~3+770段,洞轴线从鱼洼仲Ⅲ级阶地后缘一带通过,地形平缓,地表多为冰碛、冰水堆积物覆盖,局部基岩裸露,隧洞垂直埋深95~195m,侧向水平埋深大于300m,洞身围岩为图姆沟组工区第八层(T3t8)泥质板岩,岩体新鲜,以薄层状结构为主,局部为极薄层状,岩层走向与洞轴线交角30~35°,预测地下水活动较弱,以Ⅳ1类围岩为主,局部段由于阶地覆盖层厚度大,洞顶基岩厚度较小,受地下水及风化影响相对较大,属Ⅳ2类围岩。
桩号3+770~4+360段,隧洞穿过鱼洼仲Ⅲ级阶地及拉洼雄沟,鱼洼仲Ⅲ级阶地为深厚覆盖层,由厚30~50m的冰碛、冰水堆积砂卵石及漂卵石组成;过沟段,沟底有厚15~20m之坡洪积块碎石夹粘土,冲沟两侧为25~40m的冰碛冰水堆积泥砾层和砂卵砾石土,洞身围岩为图姆沟组工区第八层(T3t8)泥质板岩,岩层走向与洞轴线呈小角度相交,沟内有常年性水流,地下水位高于洞顶,加之本段洞顶以上新鲜岩体厚度较小,岩体风化破碎,透水性较强,地下水也易于汇集,与沟水水力联系较好,属Ⅴ类围岩。
因此,围岩稳定性差,有可能产生较大范围坍塌和涌水等问题,建议加强施工排水和临时支护,并采取可靠的工程处理措施。
桩号4+360~4+660为过沟后洞段,洞轴线从鱼洼仲Ⅲ级阶地后缘一带通过,隧洞垂直埋深115~150m,侧向水平埋深大于500m。
洞身位于图姆沟组工区第八层(T3t8)泥质板岩中,岩层走向与洞轴线交角30~35°,洞身为微、新岩体,地下水活动中等,Ⅳ1类围岩为主,具备成洞条件,但受裂隙相互切割组合后易形成不稳定块体产生掉块和小坍塌,建议采取工程处理措施并及时衬砌。
局部段由于阶地覆盖层厚度大,洞顶基岩厚度较小,受地下水及风化影响相对较大,属Ⅳ2类围岩,成洞条件差,建议加强支护并及时衬砌。
第三段:
桩号4+660~7+340,隧洞垂直埋深约85~548m,侧向水平埋深大于350m,IP4以前洞轴线方向S12°28′E,IP4以后洞轴线方向S12°56′W,岩层走向与洞轴线交角20~30°,洞身围岩为图姆沟组工区第八层(T3t8)千枚状板岩,极薄层状,属软岩~较软岩,三倍洞径范围内均为微、新岩体,但隧洞轴线与乡城断层相距较近,受乡城断层的影响,岩体变质强烈,岩体破碎,为Ⅳ2类围岩。
Ⅳ2类围岩施工时岩体自稳定时间短、稳定性很差,特别是部份段岩层强烈扭曲变形,层间结合力弱,施工中洞顶容易产生脱层垮塌,建议施工时短进尺开挖,并加强临时支护,并采取可靠的工程处理措施。
桩号4+720~4+800段内f54断层与洞轴线大角度相交,断层破碎带及影响带内岩体极为破碎,成洞困难,为Ⅴ围岩;桩号5+755~5+845段隧同穿过一条无名冲沟,过沟段,沟底有厚12~18m之坡洪积块碎石夹粘土,预测该段地下水活动较强,下伏千枚状板岩,极薄层状,遇水稳定性板差,成洞困难,也为Ⅴ类围岩。
5.2施工作业面布置及施工程序安排
5.2.1工作面布置
本标段承担引水隧洞3+000~7+100m段洞身开挖及支护,洞身长4100m,由2#、3#、施工支洞进入进行主洞施工。
本标段在引水隧洞3+920.576m为2#施工支洞,2#施工支洞长402.55m,由2#施工支洞进入主洞后,又分别向上游和向下游扩展工作面,2#施工支洞控制上游920.576m,控制下游至4+958.035m,长约1037.4m。
在引水隧洞5+958.035m为3#施工支洞工作面,3#施工支洞长约365.72m,由施工支洞进入主洞后,又分别向上游和向下游扩展工作面,3#施工支洞控制上游至4+958.035mm,长1000m,控制下游至7+100m,长1171.96m。
5.2.3施工程序
本标工作面为2#、3#施工支洞,由施工支洞进入主洞后,又分别向上游和向下游扩展工作面,共四个工作面。
其施工总程序为:
准备工作、施工支洞(2#、3#)的支护、主洞开挖、支护、砼衬砌。
5.3隧洞石方洞挖施工
本标引水隧洞为3+000~7+100m段,引水隧洞长4100m,主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩,其中II类围岩桩号为3+130~3+410,长280m;Ⅲ类围岩桩号为3+000~3+130、3+410~3+620、4+460~4+660长540m;Ⅳ类围岩桩号为3+620~3+770、4+360~4+460、4+660~4+720、4+800~5+755、5+845~7+100,长2520m;V类围岩桩号为3+770~4+360、4+720~4+800、5+755~5+845,长760m;
隧洞隧洞为马蹄形断面,采用全断面钢筋混凝土衬砌方案,隧洞底板净宽4.5m。
Ⅲ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度40cm,Ⅳ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度60cm,Ⅴ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度80cm。
成洞后上部圆弧半径3.14m,隧洞纵坡3.65‰。
5.3.1引水隧洞开挖施工方法
采用正台阶开挖,台阶长度控制在3.5米以内,有利于上台阶出碴。
上台阶采用直眼掏槽,周边光面爆破成型,气腿风钻造孔,人工装药连线,毫秒微差非电雷管导爆索引爆,2#岩石炸药或乳化炸药爆破。
下台阶开挖周边采用水平孔预裂爆破控制成型,主爆破孔采用垂直孔,光面爆破孔和主爆破孔均采用气腿风钻造孔,人工装药连线,毫秒微差非电雷管导爆索引爆,2#岩石炸药或乳化炸药爆破。
上导坑采用小型反铲挖掘机翻碴到下导坑,在下导坑采用ZL40侧翻装载机装碴,自卸汽车运渣至业主指定弃渣场。
洞身开挖作业循环顺序见下图:
5.3.1.1测量放线:
打孔前,由测量测设中线、高程,测放开挖周边线、掏槽孔和其他爆破孔位。
5.3.1.2钻孔:
采用气腿风钻造孔,上导洞正台阶开挖。
循环进尺:
Ⅱ、Ⅲ类围岩2.5m,Ⅳ、Ⅴ类围岩2.0m,炮孔布置分为掏槽、塌落、周边及底孔四段,为控制隧洞超欠挖,周边采用光面爆破,Ⅱ、Ⅲ类围岩光爆孔间距为50cm,Ⅳ、Ⅴ类围岩光爆孔距40cm。
各类围岩炮孔按爆破设计钻孔。
5.3.1.3装药、连网、爆破:
上下导坑同时起爆,炮孔采用人工装药连线,直眼掏槽,周边光面爆破,非电毫秒微差起爆。
隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖进尺3.0m,其作业循环12小时,每天2个循环,日进尺6.0m,每月按25天工作日计,月进尺150m。
Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖时间循环见表5-3-1。
表5-3-1Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖时间循环表
号
工作项目
作业时间(min)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
准备
60
2
上下碛头钻孔
180
3
装药、爆破
60
4
通风排烟
60
5
安全处理
30
6
出渣
180
7
其它
120
隧洞Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖进尺2.5m,其作业循环时间16h,每天1.5个循环,日进尺3.75m,每月按25天工作日计,月进尺95m。
Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖时间循环见表5-3-2。
表5-3-2Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖时间循环表
序号
工作项目
作业时间(min)
循环时间(小时)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
准备
60
2
钻孔
180
3
装药、爆破
90
4
通风排烟
90
5
安全处理
60
6
出渣
180
7
全断面支护
180
8
其它
120
5.3.1.4通风排烟
洞内通风排烟效果直接影响工程进度和作业人员健康。
本标隧洞采用无轨出碴方式,应加强洞内通风排烟。
拟2#及3#施工支洞洞口分别设置二台双向55Kw轴流通风机分别向主洞上下游输入新鲜空气和排出废气,为保证通风的质量,每500m串联一台双向55Kw轴流通风机,本标共需双向55Kw轴流通风机12台。
通风管采用δ=1.0mm镀锌白铁皮制作,直径100cm,通风管用量为4500m,利用洞顶部锚杆或预埋螺栓固定,沿洞身上部安装至开挖工作面,在砼衬护台车处,采用高强软管连接。
5.3.1.5安全处理
出碴前,利用装载机作平台,人工进行安全处理。
5.3.1.6出碴
采用反铲挖掘机将上导坑的洞碴翻至下导坑,再采用ZL40侧翻装载机装5T汽车,自卸汽车运渣至业主指定弃渣场。
每班每个工作面开挖劳动力安排见表5-3-3,共计33人。
表5-3-3劳动力安排表
工种
人数(人)
施工员
1
测量工
3
炮工
6
电工
1
安全工
1
驾驶员
6
挖掘机手
2
风钻工
10
支护人员
8
合计
38
5.3.1.7排水及照明
本标工程为引水隧洞,设计纵比降为3.65‰。
施工支洞均为里面高外面低,施工支洞上游引水隧洞开挖时,由于是上坡开挖,采用排水沟自流排水,由施工支洞排水沟排出洞外。
施工支洞下游引水隧洞开挖时,由于是下坡开挖,采用排水沟、集水坑集流,潜水泵排到施工支洞排水沟,由施工支洞排水沟自流排出洞外。
为保证洞内施工较为干燥及防洪安全要求,排水管采用Ф75钢管,用量2000m。
洞内照明、采用低压防爆照明灯具、线路沿洞身布设。
普通照明采用220V系统,局部安全照明、采用安全变压器降至36V系统。
5.3.1.8开挖施工辅助设施布置
(1)洞内施工供风
洞内开挖施工作业用风设备有:
7655气腿风钻10台,(每台2.5m3/min),KWD-25砼喷射机一台(12m3/min),高峰用风40m3/min。
采用在支洞口设40m3供风站,向主洞供风,采用2台21.3m3/min电动空压机供风。
为保证施工供风,洞内每500m设一个3m3贮气罐,。
供风管用Ф100钢管,用量6000m。
(2)洞内施工供电
施工用电设备主要有:
空压机、通风机、砼泵、水泵及照明。
洞内最长输电线路约2250m,主要用电设备在洞外,洞内有照明及其他少量设备,洞内供电采用380v高压线进洞。
每个支洞口设一台500KVA变压器,供支洞和主洞用电,输电线路用横担架设在洞壁上。
2#、3#支洞上下游主洞开挖长度较大,为保证施工供电,支洞加主洞长度达到800m以上时,洞内各增设一台300KVA变压器。
(3)洞内施工供水
洞内施工供水管采用φ50mm钢管敷设,顺洞墙一侧敷设。
2#、3#支洞总共用量为3.5Km。
主洞临时设施布置见附图。
表5-3-4隧洞开挖临时工程量表
编号
工程项目
单位
工程量
备注
1
排风管Ф=100cm
Km
4.0
δ=1.0mm
2
排水管Ф=10cm
Km
2.5
3
供风管Ф=100mm
Km
4.0
δ=5mm
4
供水管Ф=50mm
Km
4.0
5
洞内380V供电线
Km
4.5
6
洞内220V供电线
Km
5.0
5.3.2不良围岩地段的处理对策
根据招标文件,本标引水隧洞Ⅳ、Ⅴ类围岩段,长3280m,裂隙发育,岩石较软。
软弱破碎带施工,施工方案调整为短进尺、弱爆破,强支护,衬砌紧跟工作面的施工方法。
为保证围岩稳定,采用管棚法施工,特别破碎时采用固结灌浆。
5.3.2.1加密加长锚杆,对一般软弱破碎带,采用加密加长锚杆,增大布网钢筋直径的施工方法。
锚杆间排距1.0m,L=3~5m。
布网钢筋φ10@15×15cm,喷砼厚度10cm,分两次喷护,开挖后喷护第一次,厚度5cm,布网后喷第二次5cm。
5.3.2.2管棚法施工,按设计在顶部180°范围内设置钢插管(φ42mm,δ=5mm,L=5m,纵环间距2.0×0.4m,角度15°~18°),按0.8m的间距架设钢筋拱架支撑,(垮塌特别严重时采用重型型钢拱架支撑,加钢插板),锁脚锚杆φ25mm,L=5m。
5.3.2.3固结灌浆,对特别破碎段采用先固结灌浆处理,灌浆材料可用水泥,水玻璃及聚氨脂等化学灌浆材料。
待该类地层固结灌浆处理后再进行掘进及支护。
5.3.3开挖爆破设计
引水隧洞炮孔布置见附图。
Ⅳ类围岩爆破参数设计见表5-3-5;
表5-3-5IV类围岩上导洞爆破参数
序
号
炮孔
位置
孔数(个)
孔径
(mm)
最小底抗线(cm)
孔深
(cm)
药卷
直径
(mm)
药卷
长度
(cm)
线装药
密度
(g/m)
药卷
总重
(kg)
上
台
阶
0
掏槽空孔
1
42
1
掏槽孔
4
42
15
280
32
260
7.8
2
崩落孔
14
42
80
260
32
220
23.1
3
底孔
9
42
100
260
32
240
16.2
4
周边孔
18
42
60
280
22
250
240
12.1
下
台
阶
5
中槽立孔
10
42
100
350
32
300
22.5
6
周边孔
12
42
60
260
22
220
240
6.3
7
底孔
9
42
100
250
32
220
14.8
合计
77
112.8
断面积
47.7m2
布孔密度
1.61孔/m2
循环进尺开挖量
119m3
炸药单耗量
1.03kg/m3
循环进尺
2.5
日循环数
1.5
日进尺
3.75
月进尺
94
表列爆破参数,只作为初步设计,合理的爆破参数,通过现场试验确定,爆破试验报送监理人批准。
5.3.4施工进度计划
5.3.4.1Ⅱ、Ⅲ类围岩洞段月进尺指标
Ⅱ、Ⅲ类围岩洞身开挖,隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖进尺3.0m,其作业循环12小时,每天2个循环,日进尺6.0m,每月按25天工作日计,月进尺150m。
。
5.3.4.2Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段月进尺指标
隧洞Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖进尺2.5m,其作业循环时间16h,每天1.5个循环,日进尺3.75m,每月按25天工作日计,月进尺94m。
5.3.5开挖质量保证措施
5.3.5.1钻孔爆破作业应严格按爆破设计进行作业。
5.3.5.2钻孔质量应符合下列要求:
(a)钻孔孔位应依据测量放出的中心线,腰线及开挖轮廓线确定。
(b)周边孔应在断面轮廓线上开孔,沿轮廓线调整的范围和掏槽孔的孔位偏差不应大于5cm,其他炮孔的孔位偏差不应大于10cm。
(c)炮孔的孔底,应钻至爆破图所规定的平面上,由高程和钻杆长确定,不得超钻或欠钻,以保证爆破面的平整。
(d)炮孔必须经检查合格后,方可装药。
5.3.5.3炮孔装药、堵塞和连网,应由经过培训的专业炮工,按爆破图的规定和要求进行作业。
5.3.5.4光面爆破应达到如下效果:
(a)Ⅱ、Ⅲ类围岩炮孔残痕率不少于80%;
(b)Ⅳ、Ⅴ类围岩炮孔残痕率不少于70%。
5.3.6开挖安全措施
5.3.6.1爆破材料的运输、储存、加工、现场装药、联线、起爆及瞎炮处理,必须严格遵守《爆破安全规程》的有关规定。
爆破材料应符合施工使用条件和国家规定的技术标准。
每批爆破材料使用前,应进行有关的性能检验。
5.3.6.2进行爆破时,人员应撤至安全距离以外。
5.3.6.3每道工序施工完成,并经过检查合格后,才能进入下一道工序的施工。
5.3.6.4定期加强围岩变形观测,发现异常情况应及时报告有关人员,并立即组织施工人员及机具的撤离。
5.4隧洞砼衬砌
由于本段隧洞围岩为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类,围岩稳定性较差,隧洞为马蹄形断面,采用全断面钢筋混凝土衬砌方案,隧洞底板净宽4.5m。
Ⅲ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度40cm,Ⅳ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度60cm,Ⅴ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度80cm。
本标段隧洞总长4100m,Ⅳ、Ⅴ类围岩长度为3280m,占本标段隧洞总长的80%。
本标段隧洞宜采取边掘进边进行永久混凝土衬砌的施工方案。
洞身开挖距砼衬砌工作面视围岩分类的不同而不同,Ⅱ、Ⅲ类围岩可距离长一些,Ⅳ、Ⅴ类围岩短一些。
5.4.1衬砌工程量
Ⅲ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度40cm,Ⅳ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度60cm,Ⅴ类围岩钢筋混凝土衬砌厚度80cm。
砼衬砌段每隔一定距离设一道伸缩缝,埋
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