昆明禄劝云龙水电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护.docx
- 文档编号:17976585
- 上传时间:2023-08-05
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:36.58KB
昆明禄劝云龙水电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护.docx
《昆明禄劝云龙水电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《昆明禄劝云龙水电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护.docx(12页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
昆明禄劝云龙水电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护
昆明禄劝云龙水电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护
摘要
昆明禄劝云龙水电站引水隧洞部分围岩为Ⅳ、Ⅴ类围岩,开挖施工中因地质原因发生多次塌方,施工单位通过塌方处理,总结出了适合本电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护方法,采用钢支撑、挂网锚喷、超前支护等多种支护型式,确保了施工安全。
本文对昆明禄劝云龙水电站引水隧洞不良地质洞段的开挖与支护方法进行总结,以供参考。
关键词:
1、引水隧洞2、不良地质洞段3、开挖4、支护
目录
一、概述…………………………………………………………………………1
二、地质情况……………………………………………………………………2
三、不良地质洞段的开挖支护方法……………………………………………3
(一)不良地质洞段的开挖施工……………………………………………3
(二)不良地质洞段的支护施工……………………………………………3
四、实际应用……………………………………………………………………6
(一)引水隧洞T4+112~T4+085段…………………………………………6
(二)引水隧洞T3+393.6~T3+404.09段…………………………………7
(三)引水隧洞T3+080~T3+150段………………………………………8
五、施工安全监测……………………………………………………………9
(一)洞内施工安全监测项目的设置………………………………………9
(二)稳定监测……………………………………………………………9
(三)爆破振动监测…………………………………………………………9
(四)其它随机监测…………………………………………………………9
(五)实施办法………………………………………………………………9
六、结束语……………………………………………………………………11
致谢…………………………………………………………………………12
参考文献………………………………………………………………………13
一、概述
昆明禄劝云龙电站引水隧洞全长为5108.821m,为有压隧洞,洞底纵坡为5‰,引水隧洞分为钢筋混凝土衬砌洞段和喷锚洞段两种型式,引T0+680~引T2+851为喷锚段,其余为混凝土衬砌段,均为马蹄形断面。
喷锚洞段内径10.0m,衬砌洞段衬砌后内径有7.0m、8.5m、9.2m三种形式,几种不同型式断面交接处均设置渐变段过渡。
二、地质情况
引水隧洞一般埋深100m~300m,最大埋深约400m,最小埋深约43m。
隧洞基岩为寒武系第一、第二、第三段,岩性以花岗岩混合片麻岩、眼球状混合片麻岩、阴影混合岩及糜棱状长英质混合岩为主,夹少量黑云角闪片岩、石英质片岩及绢云母片岩等,引水隧洞普遍片麻理平行隧洞轴线发育,呈次块状、镶嵌碎裂结构,挤压破碎带较发育,易产生掉块。
根据后来开挖揭示的地质情况分析引水隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩洞长3412m占总洞长的66.79%,Ⅲ、Ⅳ类类围岩1386.812m,占总洞长的27.14%,Ⅳ、Ⅴ类围岩310m占总洞长的6.07%,从比例上可看出,整个引水隧洞不良地质洞段占的比例比较大,主要地质问题体现在:
①1#施工支洞上游段,埋深浅,节理裂隙发育,特别是穿越南闷大沟段地下水丰富,多为Ⅳ类围岩;②2#、3#施工支洞之间,片麻理发育,破碎带与裂隙交汇切割,极易掉块,部分洞段为Ⅲ~Ⅴ类围岩;部分洞段为镶嵌碎裂结构及高岭土化,极易发生塌方,为Ⅵ类围岩。
压力钢管埋深在150m~160m之间,围岩以微风化岩体为主,弱风化岩仅存在于局部的管段。
岩层片麻理产状为N40O~55OE,SE∠60O~70O,黑云角闪片岩层理产状为N40O~55OE,SE∠30O~40O,岩层片麻理和原生层理走向与埋管轴向交角30O~45O。
管0+000~0+120、0+600~0+740、1+060~1+148.805段为Ⅳ类围岩,管0+120~0+600、0+740~1+060段为Ⅱ、Ⅲ类围岩。
三、不良地质洞段的开挖支护方法
(一)不良地质洞段的开挖施工
引水隧洞分上下两层进行开挖,待上层开挖贯通后进行下层开挖。
对于不良地质洞段的开挖,在开挖过程中严格按照“短进尺,弱爆破,强支护,勤监测”的原则进行施工。
在开挖过程中,按浅孔、小药量、多循环钻爆,周边密孔小药量光爆。
Ⅳ、Ⅴ类围岩排炮进尺控制在1~1.5m。
炸药选用铵锑炸药,掏槽孔、崩落孔采用φ32mm药卷装药,周边孔采用φ25mm药卷竹片绑扎间隔装药,根据爆破试验确定线装药密度,并严格执行。
采用非电毫秒雷管微差爆破网络起爆。
在下层开挖过程中,采取密孔小药量爆破,降低单响药量,尽量减小对上层支护的扰动,避免引发再次塌方。
钻孔采用手风钻,钻孔直径42mm,周边孔按光面爆破设计,周边孔顶拱部位孔距为50cm,边拱部位孔距减小5~10cm,以减小爆堆对该部位爆破效果的不利影响。
底部孔位周边孔药量适当加大。
爆破参数根据实际围岩情况进行确定。
由于设计地质勘查资料不充分,隧洞开挖只能边施工、边预测和补充勘查,以便及时调整施工方案。
针对Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段,我们在5~10m后随开挖进度设置临时监测断面,对周边收敛、拱顶下沉等进行监测,观测断面间距20m,仪器埋设后及时进行监测,并分析和整理观测数据,以保证施工安全,并指导施工。
不良地质段(Ⅴ类围岩)开挖后及时埋设监测仪器监测,观测如发现异常情况,及时上报业主、设计及监理研究处理。
在引水系统的开挖施工过程中,安全监测特别是收敛观测发挥了至关重要的作用,多次成功的预报出了围岩安全预警通知,如T3+128.00段围岩的移位;T3+460段、T3+720段、T3+845.00段开挖后围岩的异常变动;2#支洞0+780.00处钢支撑的严重变形等。
对这些情况,都通过日报、周报、专题报告、巡视报告等多种形式及时地上报了业主及监理,为及时处理围岩变形的地方赢取的宝贵的时间,保证了工程施工的安全。
(二)不良地质洞段的支护施工
由于部分洞段围岩十分破碎,我引水工程部所管辖洞段在开挖过程发生大小塌方7次之多,塌方洞段施工采取多种支护方式联合支护,超前自进式锚杆、DN42mm超前小导钢管灌浆,钢支撑、系统或随机锚杆、网喷相结合,部分塌方空腔较大的或变形严重的洞段,提前对边顶拱进行了衬砌,并对空腔进行回填常态(或高流态自密实)混凝土(I级配、C20)。
在下层开挖过程中,由于围岩卸荷、应力释放,多个洞段围岩产生变形,鉴于工期压力及安全考虑,对此类洞段的边顶拱采取提前紧急衬砌。
1、锚杆支护
隧洞中锚杆支护的类型主要有超前锚杆、系统锚杆、随机锚杆、锁脚锚杆等,局部采用预应力锚杆。
超前自进式锚杆形式有Φ25,L=3m、4.5m和Φ32、L=4.5m,主要应用于塌方松散体内或成孔不易的洞段,沿拱顶钢支撑轮廓线外进行布置,间距0.3~0.5m;长4.5m,,锚杆外插角度控制在10~30°,相邻两排自钻式锚杆搭接长度大于2m。
在破碎岩中钻孔时,钻头的水孔易堵塞,在钻进时应放慢速度,多回转,少冲击,注意水从钻孔中流出的状况,若有水孔堵塞的现象,应后撤锚杆500mm左右,并反复扫孔,使水孔畅通,然后慢慢推进,直到设计深度,然后进行灌浆。
系统锚杆和锁脚锚杆参数为Φ25、L=4.5m,随即锚杆参数为Φ25、L=4.5m或6m。
锚杆采用“先注浆后插锚杆”的程序进行施工,锚杆在钢筋加工场制作后运输至工作面安装,砂浆采用砂浆搅拌机拌制,为保证浆液早期强度,浆液中掺加速凝剂,浆液随拌随用,注浆管插至距孔底50~100mm。
锚杆安装后孔口加楔封严,砂浆终凝前不允许扰动。
系统锚杆按设计要求的间距、孔向、孔深进行施工;随机锚杆的孔轴方向应于可能滑动面的倾角相反,其与可能滑动面的交角大于45°。
本电站引水隧洞T3+854~3+866洞段右侧边拱采用125kN级预应力锚杆支护,Φ32,L=12m,水平间距2m,上下排距2.5m,交错布置,岩石内锚固长度不小于3.0m,锚杆错开隧洞施工缝0.5m,水平布置。
2、挂网、喷混凝土支护
钢筋网规格为φ6.5@0.2m×0.2m(或0.15m×0.15m),分块编制(2~4m2),利用锚杆头点焊固定,中间加密固定,网间接头用铅丝扎牢,并与钢支撑或钢格栅焊接。
喷混凝土材料:
水泥采用P.O.42.5水泥;细骨料采用坚硬耐久的中、粗砂,细度模数大于2.5;粗骨料选用机制砂,粒径10mm。
3、钢支撑支护
钢支撑采用型钢(I16)加工制作。
一榀钢支撑按四部分加工,先在加工车间加工成型,再在工作面组装。
钢支撑安装要求紧贴岩面,局部钢支撑无法贴近到岩面的部位在钢支撑上焊接工字钢抵到岩面。
钢支撑间距为0.5m~1.0m,安装前,现场测量控制好安装位置,确保钢支撑不侵占混凝土设计衬砌断面。
钢支撑底脚设有垫钢垫板(钢垫板规格:
25×25cm,δ=10mm),以防止钢支撑下沉,并设置锁脚锚杆(Φ25、L=4.5m,外露长度0.2m,每榀8根)进行加固。
钢支撑之间用Φ25钢筋作为连接筋,一榀钢拱架焊接连成整体,连接筋间距为0.5~1m。
4、钢格栅支护
钢格栅采用Φ16和Φ25的钢筋分两单元加工制作,连接板与Φ25钢筋应焊接牢固,连接板之间采用4个M18螺栓连接。
为防止钢格栅沉陷,支脚设置钢垫板(25mm×25mm,δ=10mm),另外每榀钢格栅设置8根锁脚锚杆(Φ25,L=4.5m)加强固定。
钢格栅间距为0.8~1m,每榀钢格栅间用用Φ25的钢筋连接成整体,连接筋间距0.5~1m。
5、管棚施工
小导管采用DN42mm的钢管加工,尾部焊套箍,顶部做成锥形,管壁按梅花型布钻小孔,长度为4.5m;孔位沿钢支撑设计轮廓线外侧布置,孔眼直径φ6~8mm,间距为10~20cm。
钢管入岩长度不小于管长的90%,各段纵向搭接长度为1.0~1.5m,尾部与钢拱架焊接成一体。
小导管用灌浆泵灌注水泥-水玻璃双液浆,注浆压力0.3~0.5Mpa,水泥浆的水灰比控制在0.8:
1~1:
1之间。
注浆时先注无水孔,再注有水孔,从拱顶向下逐孔注浆,如遇冒浆或串浆,则间隔一孔或几孔分序注浆。
四、实际应用
在引水隧洞开挖过程中增多次发生塌方情况,引T3+149~引T3+165左顶拱塌空2~10m;引T3+378~引T3+405顶拱塌空3.66~8.76m;引T3+994~引T3+950左顶拱塌空3~4m;引T4+090~引T4+140顶拱塌空1~2m;引T4+545~引T4+560顶拱塌空4~5m;以上部位均在混凝土衬砌洞段,针对这些各个不同的部位,在开挖施工期间采取不同的措施进行强支护(超前锚杆、管棚、钢支撑、挂网,喷混凝土围岩固结灌浆、空腔回填混凝土、提前“戴帽”混凝土施工等措施),以确保施工期安全。
这些部位在混凝土衬砌完成后,对空腔较大,且原来未回填饱满的进行了混凝土回填施工,然后再进一步作围岩固结灌浆处理。
根据塌方情况的分析塌方的类型大概有以下两类:
一类为塌方松碴堆积未堵塞塌方空腔口,塌方空腔经过一段时间的稳定,或经初喷处理后暂时处理于自稳状态;另一类为塌方松碴堆积已经堵塞塌方空腔口的情况,根据上面两种不同情况,我们采取了不同的开挖、支护措施,下面是几段是引水隧洞具有代表性的处理措施,方法如下:
(一)引水隧洞T4+112~T4+085段
引水隧洞T4+112~T4+085段围岩为眼球状混合片麻岩,以碎裂结构为主,且有蚀变高岭土充填,不利结构面组合较多,围岩类别属Ⅳ、Ⅴ类围岩,自稳能力较差。
2006年12月1日在自下游往上游上层开挖至T4+090桩号时,虽已随开挖及时进行了喷混凝土支护,但在短时间内T4+112~T4+090围岩变形严重,连续多日出现不同程度的大面积塌方。
塌方处理程序如下:
已开挖洞段T4+090~T4+112围岩变形严重,出现裂缝,为确保塌方处理安全,处理程序分段进行。
第一段(T4+112~T4+098),该段围岩塌落碴料较少,碴料全部清除后对该段上部分整个断面采用钢支撑、锚杆、挂网和喷混凝土进行加强支护;
第二段(T4+098~T4+085),该段塌方碴料较多,松碴已堵塞了塌方空腔口,不能确定塌方的面积和高度,为防止顶部塌落碴料下滑,暂时不对塌方碴料进行清除,支护分上、下两部分进行,首先对碴料以上部分进行5cm素喷混凝土,接着在松碴内打管棚及超前锚杆,管棚内适当进行间隙注浆,使用水泥砂浆将松碴体与各种超前支护的锚杆和管棚固结形成整体,形成“拱圈”使松碴暂时不会脱落,以保证下一榀钢支撑支护安全,碴料清除后再进行下部分钢支撑接腿支护;
工艺流程如下框图所示:
图4-1
在完成超前自进式锚杆和管棚超前支护施工后,对塌方段进行开挖施工。
采用钻爆法开挖,采用浅孔、密孔弱爆破。
用手风钻造孔,采用直孔掏槽,掏槽孔孔深不超过1.2m。
崩落孔、周边孔深不超过1m,崩落孔间距为0.6m,周边孔间距为0.5m。
周边孔按光面爆破要求装药爆破,用φ25药卷不耦合间隔装药。
起爆方式采用非电毫秒延期雷管起爆。
为防止塌方空腔内围岩继续坍塌,塌落岩体重量超出钢支撑的承载力,造成钢支撑变形失稳发生二次塌方,在钢支撑安装和混凝土喷护完毕后采用常态(或自密实)混凝土(I级配、C20)对塌方空腔进行回填。
(二)引水隧洞T3+393.6~T3+404.09段
引水隧洞T3+393.6~T3+404.09段开挖时上半洞开挖右拱脚揭露一条蚀变角闪石片岩软弱夹层,产状N500E,SE∠300,宽20~40cm,与片麻理结构面的不利组合,于2005年10月31日发生顶拱塌方,塌高约3.5~8.8m。
直到2006年6月份,中国水利水电第十四工程局有限公司接管工作面之后,才开始进行了该段的塌方处理工作。
由于前期施工停工,该段未能及时处理,引T3+393.6~引T3+390段钢格栅被破坏,引T3+390~引T3+370段部分钢格栅受压变形,引T3+343.5~引T3+370段围岩松驰,喷混凝土面开裂,存在较大安全隐患。
为确保工程施工安全,采取以下方法进行处理:
①对引T3+343.5~引T3+390段采用随机锚杆(φ25L=4.5m)进行加强支护;
②引T3+393.6~引T3+390段对岩面先行喷C20混凝土安全处理,对钢格栅被破坏部分进行恢复;
③引T3+393.6~引T3+404.0段:
先对塌方空腔岩面进行素喷C20混凝土,δ=10cm处理;再采用钢格栅+挂网喷混凝土支护体系,钢格栅榀间距50cm,采用φ22@50cm进行纵向连接,锁脚锚杆(φ25L=4.5m)加固;挂网φ6.5@20cm×20cm,上部铺填15cm厚片石;喷C20混凝土,δ=25cm进行封闭支护;
④钢格栅拱顶采用型钢同岩面抵触,在顶拱部位预埋混凝土导管,对顶拱空腔较大部位进行分序回填C20高流态自密实混凝土处理,回填高度确保5m以上,混凝土Ⅰ序回填厚度40cm,Ⅱ序回填100cm,Ⅲ序回填至5m。
⑤引T3+404.0向下游工作面施工继续采用钢格栅+挂网喷混凝土支护体系进行支护,直至围岩好转。
(三)引水隧洞T3+080~T3+150段
引水隧洞T3+080~T3+150段,围岩稳定性差,自完成上层开挖及初期支护之后,因围岩卸荷严重,岩体持续变形,虽进行了多次补喷及加强支护处理,但该洞段岩体依然处于不稳定状态;为保证工程安全,避免产生塌方,对T3+095~T3+149顶拱(腰线以上)提前进行永久衬砌施工,分块长度9m,跳块浇筑。
该提前衬砌洞段在进行下层开挖时,为避免爆破产生的飞石对已浇混凝土造成破坏,影响外观质量,在下层开挖面上覆盖2~3层麻袋,以控制飞石,保护混凝土,下层开挖结束后,及时对钢支撑接腿,并打设锁脚锚杆,然后进行边底拱混凝土衬砌施工。
隧洞尤其是不良地质洞段的支护方式都必须直接作用在围岩上,例如钢支撑或衬砌混凝土等支护方式,必须防止顶部出现过大空腔,空腔中连续掉块堆压,超出钢支撑或衬砌混凝土的承载能力,造成钢支撑或衬砌混凝土变形。
及时布置变形监测点进行监测,为施工提供保证依据,及时推断围岩的稳定情况,以便及早采取有效的应对措施,做到“早发现早处理”,确保了隧洞施工安全。
五、施工安全监测
本工程施工安全方面的一大突出特点,就是如何维护工程岩体(包括洞外边坡和洞内围岩)的稳定问题。
本施工安全监测系统的设置是为了全面收集掌握地下硐室施工中围岩及支护的变形和受力情况,根据我们多年的地下硐室施工经验,同时结合工程地质情况,监测施工过程中的岩体变形,并以监测信息为依据优化支护方案,改善支护措施,使不稳定岩体最终完全受到控制为目的,同时也为施工人员和施工设备安全提供监测服务。
施工监测将采用永久监测与临时(施工期)监测相结合的方式进行。
永久监测(不在本合同内)将按照设计已有的监测项目和要求进行,临时(施工期)监测项目将结合本工程地质条件、支护类型、施工方法等特点,补充选择一些监测项目进行。
与此同时,永久监测在施工期间仍具备安全监测功能,二者应相互协调与补充。
(一)洞内施工安全监测项目的设置
监测断面的数量在开挖后确定,断面按5点6线布置;单点位移计:
预设15支主要布置于调压井、隧洞不稳定岩体;测缝计:
预设20支布置基本同单点位移计。
(二)稳定监测
建立岩体表面观测标点若干,采用测量仪器进行位移、沉降监测。
(三)爆破振动监测
为配合爆破试验和控制爆破施工,经现场监理工程师确定、布置后实施。
(四)其它随机监测
根据现场施工揭露的岩体工程地质情况,对不利的地质构造带、岩体松动带、各种不稳定因素组合形成的各种楔体等,以及各种隧洞交叉口,现场监测工程师认为有必要对其安全进行监测时,报请监理工程师批准,由监测人员随机补埋单点式位移计或测缝计进行位移监测,工程量以实际发生的工程量为准。
(五)实施办法
观测工作分布于土建施工的各个阶段,与土建工程既有相互依附性,又有相对独立性,工程工作面多,随机性大。
为此,我们将成立一支由专业人员组成的安全监测小组来完成监测任务。
监测仪器设施安装跟随开挖支护施工进度计划进行。
若在时间、场地等项目上需要土建施工方配合避,将与土建施工方进行协调,以免土建施工和仪器设备埋设间的相互干扰,土建施工方应将观测仪器设备的埋设计划列入施工总的进度计划中,并及时提供工作面,创造条件,保证仪器设备埋设工作的顺利进行。
仪器设备埋设安装完毕后,即开始进行观测,仪器的观测频率将根据“变动则加密,稳定则宽松”的原则进行,根据不同测点,监测方法及频次如下表。
特殊情况,如洪水、地震、测值异常等,将加密观测,而且如果发现测值异常的情况,我方将派专人值班观测,同时将出现的异常情况及时向有关部门汇报,对异常情况作出分析判断,并尽快提出简单准确的书面报告,报送监理工程师及业主,以便及时采取安全措施。
六、结束语
昆明禄劝云龙水电站隧洞的开挖与支护施工过程中,面对复杂多变的地质情况,经过各方不懈的探索研究,终于找到了适合本工程的施工方案。
在施工期间,设置了多个监测点,进行严密的稳定监控,未发生任何异常情况,引水隧洞施工完成一年,始终处于稳定状态。
通过本工程的施工,证明了我们采取的针对各种地质情况不同的施工方法,在类似工程施工中非常适用,成效显著。
参考文献
[1]王永兴,水工隧洞施工与质量控制,黄河水利出版社,2006年第一版
[2]吕爱钟、张路青,地下隧洞力学分析的复变函数方法,科学出版社,2007年第一版
[3]汪雪英,蔡仲银,熊建清,长大深埋隧洞工程施工技术研究,黄河水利出版社,2009年第一版
[4]苗兴皓,水利工程施工技术,中国矿业大学出版社,2008年,第1版
[5]中国水利工程协会组织编写,水利工程建设进度控制,水利水电出版社,2007年第一版
[6]中国水利工程协会组织编写,水利工程建设质量控制,水利水电出版社,2007年第一版
[7]水工隧洞设计规范SL279-2002,中华人民工和国水利部,2003年
[8]张照煌,李福田,全断面隧道掘进机施工技术,水利水电出版社,2006年第1版
[9]熊启钧,隧洞——取水输水建筑物丛书,水利水电出版社,2002年第1版
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 昆明 云龙 水电站 引水 隧洞 不良 地质 开挖 支护
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)