泸定水电站大型地下洞室开挖支护技术探讨

2008．No．3 四 川 水 利 ·15· 泸定水电站大型地下洞室开挖支护技术探讨 王 巍。李 越 (葛洲坝集团公司四川施工局泸定水电站施工项目部，四川 泸定，626100) 【摘 要】大渡河泸定水电站2 泄洪洞为特大断面洞室，施工方法和相关参数选择是洞挖支护的关键。本文简述了 该洞室开挖支护技术的选择和应用，提 出了关于在地下洞室开挖支护施工中应注意的几个问题。 【关键词】台阶开挖法 超前支护 边墙预裂 边墙刷边(光爆) 泄洪洞 泸定水电站 泸定水电站位于四川省甘孜藏族 自治州泸定 县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第 12级 电站，枢纽工程由粘土心墙堆石坝、泄洪建筑 物、引水发电系统等建筑物组成。其中由我部承 担 的 2 泄 洪 洞 (LD／C I 一2标 ) 全 长 1410．281m，纵坡 11．23％0，共布置 2条施工支 洞 (断面尺寸 7m X 8m)。主洞开挖断面尺寸为 15．2m X 21．1m、16m X 21．9m (城门洞型，宽 X 高)，属于特大断面洞室开挖。本文将其开挖支 护技术探讨如下。 1 施工技术方案的选择 针对 2 泄洪洞洞室特点，采取台阶开挖法 施工，即将洞室分为三层开挖，上台阶高度为 8m，中台阶高度为 10m～11m，底板保护层开挖 高度为 2．9m～3．9m。进入主洞上层施工初期， 由于缺少详尽的地质资料，考虑到施工安全，洞 挖施工方案 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 较为保守，将 8m高上台阶开挖 设计为导洞开挖法施工，即中问8m宽岩体先行 开挖，两侧岩体 (光爆)扩挖跟进。采用该方 案实施两个爆破循环后，揭露出的Ⅲ类围岩岩体 完整，比预计情况要好。为加快施工进度，通过 与监理和业主单位协商，将上台阶导洞开挖法调 整为全断面开挖法，即上台阶一次光爆成型。 在上台阶全断面开挖施工过程中，考虑到中 下层预裂爆破孔施工时，需在左右两侧边墙距设 计轮廓线各扩挖 30em，为 100型钻机留出架设 空问，但若进行扩挖，将会增加上台阶超挖量和 后期混凝土浇筑量，由于这属于技术方案的选择 问题，所增加的费用业主不予承认。因此 ，我部 从成本和工期两方面综合考虑后，并在能确保洞 室成型质量的情况下，最终采取上台阶全断面开 挖 (不扩挖)、中下层中间抽槽两侧边墙光爆跟 进的施工方案进行施工。 2 施工参数的确定 2．1 上台阶8m全断面光面爆破参数的确定 2．1．1 钻孔参数 ：崩落孔、掏槽孔、周边 孔孔径均为 ~l-2mm，均采用气腿钻造孔，掏槽 形式为楔型复式掏槽。开挖进尺根据围岩类别确 定，Ⅲ类围岩为 3m，1V类围岩为 2．0m～2．5m， 其中掏槽孔超深其它孔 70cm。 2．1．2 周边孔孔距 ：111类围岩岩石比较完 整情况下孔距为 50em，裂 隙发育情况下孔距 45em；IV类围岩段孔距为40em～45em。 2．1．3 崩落孔孔距：0．8m～1m。 2．1．4 装药结构：周边孔采用不耦合问隔 装药结构。炸药选用四川通达化工有限公司生产 的2号岩石乳化炸药 ( 规格 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 ~32mm200g±3g)。 3m孔装药分为 6段，首先用小刀将整节药卷分 成小段，导爆索插入周边孔最底部药卷反向折起 后 ，将其和药卷用胶带一起绑在竹片上，竹片靠 维普资讯 http://www.cqvip.com · l6‘ 王 巍 ，李 越：泸定水电站大型地下洞室开挖支护技术探讨 2008．No．3 近光爆一侧，周边孔炮孔底部药量约 lOOg，第2 — 6段药量约为 1／3节药卷，每节药卷间隔 40era；2m孔分为4段，炮孔底部为lOOg药卷， 第2—4段为 1／3节药卷，每节药卷间隔35em。 掏槽孔和崩落孔采用不耦合连续装药结构。 3m孔装药 2．2kg，掏槽孔装药 2．4kg；2m孔装 药 1．2kg，掏槽孔装药 1．4kg。 2．1．5 上台阶全断面开挖孔位布置见下图 1 图 1 上台阶Ⅲ类围岩全面爆破孔平面布置 2．2 中层梯段爆破孔参数确定 在2 泄洪洞中层梯段爆破设计时，为减少爆 破作业对上台阶已开挖支护作业面的影响，爆破 方案主要依据松动爆破的原理，先中部抽槽爆破， 将岩体爆破松动后进行挖装，后进行两侧预留 3．0m保护层水平光爆，其主要参数如下： 2．2．1 主爆孔：孔径 +80mm，问排距 2．3m ×2．Om，钻孔深度 lOm一11m，炸药为乳化炸药， 药卷直径 +70mm，不耦合连续装药。 2．2．2 减振孔：孔径 +80mm，问排距 2．Om ×2．Om，钻孔深度 lOm一11m，炸药为乳化炸药， 药卷直径+70mm，不耦合间隔装药。抽槽爆破孔 孔位布置见图2。 2．2．3 边墙崩落孔：孔径 +42mm，孔距 1．Om×1．Om，孔深3m，药卷直径 +32mm，连续装 药。 2．2．4 边 墙光 爆孔：孔径 ‘+42mm，孔距 50em，孔深 3m，药卷直径 +32mm，不耦合问隔装 药。边墙预留保护层孔位布置见图3。 图 2 中层抽槽爆破平面布置 2．3 下层开挖 下层开挖高度为 2．9m一3．9m，开挖方法和 钻孔参数同中层开挖。 2．4 超前支护 对于2 泄洪洞出口延伸段 1+370．281m～1+ 410．281m和洞身 0+840m一0+715m段上层开挖 时，岩体逐渐向Ⅳ类围岩转变，岩体自稳性差，除按 设计图纸进行锚杆、挂网喷混凝土支护外，通过开挖 前的超前支护，增强洞室顶部稳定性，以确保施工安 全。超前支护主要包括：超前锚杆和管棚施工。其 主要参数如下： 图3 中层边墙光面爆破平面布置 2．4．1 超 前 锚杆 ：超 前 锚 杆 的 规格 为 +25mm螺纹钢，长度为 6m。超前锚杆在上台阶 掌子面起拱线以上部位布设，锚杆与洞轴线向上 倾角为2O。一3O。，外露30em，环向问距为0．7m。 2．4．2 管棚：管棚为 +42mm、8=1mm、L= 600cm花钢管，管棚与洞轴线 向上倾角为 2O。一 3O。，环向间距为0．5m，花管隔 2O一50em钻一个 +3mm一~b5mm 小 孔，灌 浆 压 力为 0．2MPa一 0．3MPa，浆液水灰比0．5：1，预注浆压力中需加入 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008．No．3 四 川 水 利 ·17· 早强剂，以减少待凝时间。 超前支护方法见图4。 图 4 超前支护施工方法 2．5 钢格栅支护 考虑到2 泄洪洞断面较大，原方案对Ⅳ类围岩 采用I25mm工字钢支护，将圆弧段工字钢均分为 12m和9m二节进行焊接施工，但由于每榀工字钢 较重(12m一节500kg，9m一节 378kg)，人工吊装 焊接极其不便，从而影响施工效率和安装质量。经 综合分析后与监理、业主单位协商一致，用 +28mm 和~25mm两种螺纹钢筋加工而成的钢格栅替换原 设计的 I25mm工字钢，替换后的钢格栅质量轻、安 装方便，支护效果良好，其主要参数如下： 2．5．1 顶拱圆弧段钢格栅分节：按照均匀受 力的原理，将顶拱圆弧段钢格均匀分为三节(每 节 6．93m)进行焊接施工，主筋为 +28mm的螺纹 钢，连接筋为 +25mm的螺纹钢，节与节之间采用 螺栓对接后焊牢固。钢格栅分节示意图见图5。 图5 上台阶Ⅳ类围岩钢格栅 2．5．2 为增强钢格栅的整体稳定性，将钢格 栅与锁脚锚杆外露部份(30cm)成 U型焊接在一 起。其中：顶拱圆弧段锁脚锚杆为 +25mm，L=6m 的螺纹钢；边墙直线段锁脚锚杆为 +28mm，L=9m 的螺纹钢。每榀钢格栅之间布设直径为 +25mm，L = 0．5m的纵向连接钢筋，环向间距为 lm。 3 洞室开挖安全检测 为了保证洞室开挖期间的施工安全，及时掌 握围岩变形和支护情况，以便及时调整支护参数， 施工中主要运用了爆破震动监测、收敛变形监测 和锚杆应力监测三种监测方法。 隧洞开挖初期，在 2 泄洪洞进行 3次监测 ， 每次布置 5个测点，监测点涵盖爆破开挖后的围 岩、初期挂网喷混凝土支护等部位，共计 15个测 点，监测爆破振动对围岩、新喷混凝土的影响和爆 破振动衰减规律，通过爆破监测成果分析确定合 理的钻爆参数。此外按照监测图纸，每 50m左右 布置 1个收敛变形监测断面(对地质条件差的部 位重点监测)，进行洞内水平净空收敛观测、拱顶 下沉观测、地表下沉观测，同时也在每个监测断面 拱顶和左右边墙各布设 1支锚杆应力计，进行锚 杆应力监测。通过对监测数据的分析，充分掌握 围岩稳定和变形情况 ，并根据分析结果，指导施 工，及时采取补救措施。 4 结语 目前，我部承担的泸定水电站2 泄洪洞(LD／ C I一2标)已全线贯通。从开工至今，洞内未发 生一起安全事故，也未发生塌方现象，除加强平时 的质量安全监测和按设计要求施工外，上述方案 的实施取得了成功，为今后的地下洞室开挖项 目 管理积累了施工经验，具有一定的借鉴意义，但应 注意以下几个问题： 4．1 对于洞挖方案的选择，应根据围岩地质条 件的变化做出合理的调整，不可盲 目冒进施工；也 不可按部就班进行施工，需从成本、工期、安全等 方面综合考虑做出决定。 4．2 每一洞段开挖完成后，围岩应力内部发生 变化，需及时进行系统支护 ，增强围岩稳定性。在 支护作业方而需考虑施工效率，避免出现开挖等 支护的现象，保证开挖与支护作业的连续进行。 ● ] 维普资讯 http://www.cqvip.com