大朝山水电站长尾水隧洞施工

简介： 由中国水利水电第十四工程局承建的大朝山水电站长尾水隧洞工程，开挖设备先进，施工措施合理，上层开挖顺利通过了那戈河底，开挖质量达到国内领先水平，混凝土拌和楼实行微机控制，直径15 m的圆形洞室采用针梁钢模和钢模台车两次浇筑成形，为争创优质工程打下了坚实的基础。
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1　尾水隧洞工程概况
　　大朝山水电站的2条长尾水隧洞平行布置在澜沧江右岸，主洞长分别为1 152 m和1 101 m，衬砌后内径15 m，4条岔支洞长分别为211、191、146、131 m，总长约2 932 m。2条主洞中心距76.5 m，开挖直径Ⅲ类围岩为16.3 m，衬砌厚度为50 cm。施工支洞为8.2 m×6.9 m门洞形，总长873 m。尾水隧洞石方洞挖约59.6万m3，井挖1.8万m3，尾水出口边坡及明渠土石方明挖约16万m3，施工支洞石方洞挖约4.9万m3，主体工程混凝土总量约12万m3，喷混凝土约1.8万m3。
　　大朝山尾水隧洞工程区岩性主要为玄武岩，广泛夹薄层凝灰岩及玄武质火山角砾熔岩。洞区内，按巴顿围岩分类为Ⅱ～Ⅳ类。特别是尾水岔支洞至出口明渠段，全部为Ⅳ类围岩，且覆盖层薄，岩石破碎，结构松散，强度低，整体稳定性差，现已查明有Ⅲ级结构面15条。施工难度大，是C2工程标的难点、重点所在。
2　施工布置
　　2.1　渣场
　　尾水隧洞工程石方洞挖约66万m3，洞渣的10%直接供C2标粗碎车间加工砂石骨料，其余90%运至C2标存渣场堆放，约16万m3的明挖土石方及部分含凝灰岩夹层的不合格洞渣运至16号公路末端弃渣场。
　　2.2 回车场
　　洞内临时施工场地布置，施工支洞按每隔150 m左右布置1个回车场，施工支洞内共布置2个回车场，3个变压器室。
　　2.3 通风散烟
　　在前期施工支洞及部分主洞开挖支护施工阶段，在支洞口布置1台2×55 kW轴流通风机，接 1 000风管，向洞内正压通风，当主洞上层开挖到达通风竖井位置时，分别在1、2号尾水隧洞内各钻2个直径1.4 m通风竖井，并在井口设置2×55 kW轴流风机用于洞内机械抽风。出口段改善通风条件的办法是尽早使闸门井与尾水支洞贯通。
3　开挖与锚喷支护
　　3.1 闸门井边坡及出口明渠边坡
　　尾水闸门井平台以上边坡开挖高度约60 m(高程842.5～902 m)，土石方明挖约6.7万m3，按自上而下的施工顺序，采用从下游842 m高程开挖施工便道，履带设备进入施工区的开挖方法。882.5 m高程以上边坡大部分为土方，将用PC300反铲配合D85推土机开挖，人工削坡，局部手风钻造孔爆破。882.5～842.5 m高程采用手风钻配合古河履带钻造孔，非电毫秒雷管梯段爆破，周边预裂，预裂孔间距0.7 m，孔径65 mm，石方开挖炸药单耗0.40 kg／m3。局部地段由于地质条件差，强风化覆盖层进行了人工削坡，配正铲及川畸装载机配15 t自卸汽车运渣。尾水出口明渠812 m高程以上开挖与闸门井842.5～882.5 m高程边坡开挖方法基本相同。
　　边坡喷混凝土系统布置在现场，采用水泥裹砂半湿喷法施喷，喷射机使用HZPU-5B型，862.5 m高程以上采用人工搬运水泥、砂子、瓜米石，现场拌和施喷，孔深4 m以内锚杆及排水孔使用手风钻造孔，孔深大于4 m的采用QZJ-100B宣化钻造孔，835～820 m高程采用古河履带钻造孔，锚杆使用UH 4.8B注浆机注浆，人工安插锚杆。
　　3.2 尾水出口明渠水下开挖
　　尾水出口明渠水下开挖深达17 m(高程812～795 m)，首先在812 m高程使用古河履带钻造孔，非电毫秒雷管梯段爆破，并在距混凝土围堰外边线1.5 m处预裂，打防震孔，爆破后，使用PC650长臂反铲抓渣，装15 t自卸车运至弃渣场。在2001年导流洞下闸封堵、水库蓄水断流的约6 d时间里，配备足够的推装、运输及钻孔设备，确保水下二次清挖到位，不影响发电机组出力
　　3.3　尾水隧洞开挖
　　两条尾水隧洞主洞开挖直径16.1～17 m，分上下2层开挖。
　　上层开挖全部采用中导洞超前、扩挖跟进的方法进行，周边光爆。这种施工方法对围岩震动影响小，残留炮孔保存率达90%以上，开挖质量达到国内先进水平，径向超挖完全控制在规范允许范围内。
　　上部开挖采用三臂凿岩车造孔，人工装药，非电毫秒雷管光面爆破，PC200反铲进行安全处理和清底，966 F 3 m3装载机配15 t自卸车出渣，部分中导洞采用手风钻造孔。
　　上层开挖总的思路：中导洞抢进尺，扩大开挖保质量；关键线路使用先进设备要进度，非关键线路使用手风钻人工开挖要效益；遇不良地质段及凝灰岩夹层部位锚喷支护及时跟进保安全。
　　中导洞开挖断面8.0 m×6.5 m门洞形，采用楔形斜孔掏槽方式施工。爆破参数为：每排炮装药总量266.8 kg,炸药单耗1.49 kg/m3。
　　主洞扩大开挖，扩挖面53 m2，重点控制扩挖质量，开挖规格、残孔率、超欠挖，平整与起伏差等。
　　根据围岩情况，相应调整装药量，尤其是周边孔的线装药密度，需保证较好的光爆残孔率。实际施工中，每排炮装药总量150～160 kg，炸药单耗1.0～1.1 kg/m3。
　　控制开挖质量的具体措施主要有：
　　(1) 中导洞先行，预留保护层进行扩挖，扩挖采用光爆法施工，周边孔间距控制在50 cm，不超过60 cm，25药卷间隔装药；　　(2) 采用浅进尺多循环的方法，要求施钻孔深控制在3 m以内；
　　(3) 钻孔方向尽量与洞轴线平行，钻孔外倾角小于5°；
　　(4) 测量放线必须准确；
　　(5) 及时跟进测量断面，做好排炮施工记录，改进工艺，修正参数，争取最佳爆破效果。
　　尾水隧洞工程施工的难点和重点是出口段4条支管的开挖支护。按中导洞、短进尺、小药量、多循环，超前锚杆，每排炮开挖后及时网喷支护的思路进行施工。
　　下半部开挖大部分采用三臂台车造孔，一次开挖成形，少数洞段采用古河履带钻造孔，中间拉槽梯段爆破，三臂台车修规格，石渣装运与上部开挖相同。为方便交通，开挖后底部垫渣1 m左右。
　　3.4　锚喷支护
　　洞内锚杆分别为4、5、6、8 m，造孔全部使用三臂凿岩台车，注浆使用UH 4.8B注浆机，平台车配合人工安插锚杆，按先注浆后安锚杆的工序进行。
　　洞内喷混凝土使用ALiva喷车施喷，湿喷为主，部分采用干喷，喷料由3×1.5 m3拌和楼拌制，6 m3搅拌车运输，外加剂使用上海麦斯特公司生产的速凝剂和稠度调整剂。
4　混凝土施工
　　本标混凝土施工可分为4大部分：1、2号尾水主洞，1、2号岔管及1～4号支洞，1～4号尾水闸门井，尾水出口明渠。混凝土骨料由大朝山电站C2标供应。水泥使用红塔集团滇西水泥厂生产的525号水泥。混凝土外加剂使用FDN高效减水剂，混凝土拌制实行微机控制，严格按试验室提供的配合比配料，混凝土坍落度12～14 cm，二级配。在混凝土施工中采用先进施工设备，严格工艺，精心组织。
　　4.1 1、2号尾水主洞
　　1号尾水主洞长1 152.45 m，混凝土衬砌厚度为50 cm，设计混凝土量2.8万m3。2号尾水主洞长1 101 m，设计混凝土量2.9万m3。
　　底拱90°采用针梁钢模，边顶拱270°采用钢模台车，全部泵送混凝土入仓，直线段分块长度15 m，转弯段5 m。针梁钢模与钢模台车配套使用，长15 m和5 m各1套，5 m长的一套主要用于转弯段及附近直线段混凝土浇筑，直线段绑扎钢筋采用钢筋台车，长7.5 m。混凝土由左岸3×1.5 m3混凝土拌和楼拌制，6 m3混凝土搅拌车运输，泵送混凝土入仓，人工振捣，钢模上设置附着式振动器辅振。
　　4.2 1、2号岔管及1～4号支洞
　　1、2号岔管及1～4号支洞混凝土约2.1万m3，全部采用钢桁架，木模板立模浇筑，圆形洞段分底拱、边顶拱2次浇筑成形，门洞形段分底板、边墙、顶拱三次浇筑成形。该段混凝土浇筑与主洞边顶拱混凝土浇筑平行作业，不占直线工期
　　4.3　闸门井及出口明渠
　　4个闸门井及出口明渠混凝土采用多卡模板，负压溜管入仓，泵送配合，混凝土分层高度3 m，插入式振动器振捣。混凝土由左岸拌和楼拌制，6 m3搅拌车运输。
5　施工新技术的应用
　　5.1　LM反井钻机
　　为解决好施工期通风散烟及文明施工，尾水隧洞布置有4个通风竖井，高度为106～140 m，若采用常规施工方法，每个井至少要4个月，而且不安全因素多。在建设单位的支持下，我局引进北京中煤矿山工程公司的LM反井钻机，快速、安全、准确地完成了4个井的施工，单井的实际施工时间是20～26 d。钻孔偏差完全控制在井深的5%以内。
　　5.2　混凝土拌和楼微机控制
　　对原郑州产3×1.5 m3拌和楼的称量及控制系统进行改造，实行微机管理，程序控制，自动纠错，对已拌制混凝土的全部数据资料存入电脑，做到称量准确，质量稳定。
6　正确处理质量、进度与效益的关系
　　水电十四局大朝山分局按项目法施工进行管理，实行项目经理负责制下的“两级管理、一级核算、队为基础”的模式，遵循“安全是保障、质量是生命、进度是中心、效益是目的”的指导思想，按均衡生产、文明施工的原则组织生产。
　　尾水隧洞为全衬砌过水建筑物，如何控制超挖，提高开挖质量，减少回填混凝土，是实现效益的关键所在。因为全长2 932 m的隧洞径向超挖每增加1 cm，将要多回填二级配混凝土1 500 m3左右，经济损失约60万元。由于施工技术措施合理，监理及行政领导重视，奖罚分明，已开挖的上半部约1 100 m，平均径向超挖控制在18 cm左右，达到国内先进水平。
　　对于进度与效益关系的处理原则是：关键线路使用先进设备保进度，非关键线路使用手风钻人工开挖要效益。在地下洞室开挖中，使用手风钻造孔开挖，炸药单耗可降低10%以上，成本可降低20%左右，在工期允许的前提下，尽量使用手风钻开挖。
　　由于开挖质量好，洞室稳定，也为安全施工打下了良好的基础，受到业主及同行的好评，取得了良好的社会效益和经济效益。