錦屏一級電站左岸導流洞的開挖和支護

錦屏一級電站左岸導流洞的開挖和支護1.工程概況錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣和鹽源縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上，是雅礱江下游從卡拉至河口段水電規(guī)劃梯級開發(fā)的龍頭水庫，距河口358km，距西昌市直線距離約75km。本工程樞紐建筑物主要由混凝土雙曲拱壩（包括水墊塘和二道壩）、右岸泄洪洞、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)及開關站等組成。雙曲拱壩最大壩高305m，壩體混凝土量約496萬m3。工程等級為Ⅰ等工程，主要水工建筑物為1級。本工程采用全年斷流圍堰，隧洞導流，基坑全年施工的導流方式。左、右岸各布置一條導流洞，按兩岸對稱、雙彎道、斷面相同的方式布置，斷面為城門型，其尺寸為15×19m(寬×高)。左岸洞身長度1214.359m，進、出高程分別為1638.50m和1634.00m；導流洞進口漸變段與出口段采用1.0～1.2m厚混凝土襯砌；洞身段Ⅱ類圍巖采用0.6m厚混凝土全斷面襯砌，堵頭前洞身段Ⅲ類圍巖采用0.8m厚混凝土全斷面襯砌，堵頭后Ⅲ類圍巖采用0.6m厚混凝土全斷面襯砌，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用1.2m厚混凝土全斷面襯砌。左岸導流洞深埋段上覆蓋體厚250～350m，水平埋深180～250m，進口段上覆巖體厚50～100m，水平埋深50～70m，出口段上覆巖體厚50～80m，水平埋深40～60m。由左岸導流洞工程地質縱剖面知，洞身絕大部分為Ⅲ類圍巖，中間有三條大的斷層穿過，斷層的及其影響帶為Ⅳ、Ⅴ類圍巖的約142m長。2.導流洞施工2.1開挖（1）常規(guī)段開挖支護導流洞開挖采用“新奧法”進行施工，即周邊采用光面爆破、充分考慮和利用圍巖的自承能力適時進行柔性支護（噴錨支護）。它的主要特點是：運用現代巖石力學的理論,充分考慮并利用圍巖的自身承載能力,把襯砌與圍巖當成一個整體看待，在施工過程中,必須進行現場量測,并應用量測數據修訂設計和指導施工，采用預裂爆破、光面爆破等技術或用掘進機開挖,用錨桿和噴射混凝土等作為支護手段,并強調適時支護。由于引水隧洞斷面較大，設計判定88.3％為Ⅲ類圍巖，11.7％為Ⅳ、Ⅴ類圍巖。洞身自上而下分三層進行開挖支護。Ⅰ層開挖考慮到開挖機械性能及支護施工的需要，確定開挖高度約為8.5m左右；Ⅱ層開挖高度為6.0m左右；Ⅲ層開挖高度為4.0～5.0m左右。最后為保護層開挖，開挖高度約1.5~2m。單洞開挖施工程序依次為Ⅰ層→Ⅱ層→Ⅲ層。Ⅰ層開挖支護完成后進行Ⅱ層開挖，Ⅱ層開挖支護完成后進行Ⅲ層開挖（Ⅱ、Ⅲ層可平行施工）。各層均利用施工支洞進入主洞后分別向上、下游進行平行作業(yè)，其中從上層施工支洞進入完成導流洞洞身Ⅰ層開挖支護；利用下層施工支洞完成導流洞洞身Ⅱ、Ⅲ層開挖支護。洞身第Ⅰ層開挖施工時中導洞（5m×5m）超前2～3排炮，353E多臂鉆鉆爆；兩側及上部手風鉆鉆爆擴挖跟進，一次支護滯后20米進行，與后循環(huán)開挖平行作業(yè)，Ⅲ類圍巖視危巖情況及時進行局部支護。CAT330液壓反鏟配合3m3側卸裝載機裝渣，15t自卸汽車運輸。洞身第Ⅱ、Ⅲ層開挖施工時，Ⅱ層中部液壓潛孔鉆垂直鉆孔梯段爆破，兩邊保護層手風鉆爆跟進開挖，Ⅲ層利用手風鉆配合多臂鉆周邊光爆。一次支護滯后20米進行，與后循環(huán)開挖平行作業(yè)，Ⅲ類圍巖視危巖情況及時進行局部支護。PC330液壓反鏟配合3m3側卸裝載機裝渣，15t自卸汽車運輸。（2）堵頭段開挖支護堵頭段位于導k0+642.754～k0+702.754，從招標圖上看地質情況良好，屬Ⅲ類圍巖，堵頭長60米，包括兩個漸變段。堵頭段施工程序及方法與上述常規(guī)洞段開挖支護施工程序類似，分層線與常規(guī)洞段相適應。在開挖、支護施工的過程中，Ⅰ層開挖可分區(qū)進行，即把先開挖導流洞的三分之二斷面，然后支護跟進，在圍巖錯動部位增加隨機錨桿，支護結束后再開挖、支護剩余的三分之一部分。（3）漸變段開挖支護導流洞進口漸變段長為40m，相應樁號范圍為0+000~0+040，漸變段底板為水平段。開挖斷面從洞口的方形斷面漸變到末端的城門洞形斷面；由于斷面較大，頂拱又由圓弧漸變?yōu)樗剑瑸榱舜_保施工安全，采用分部開挖，即把導流洞斷面分成三塊，開挖一塊支護一塊，漸變段邊墻、頂拱進行系統(tǒng)錨桿+自進式錨桿＋掛網噴纖維砼、并增設鋼支撐加強支護，確保施工順利進行。漸變段主要分布少量弱風化和卸荷巖體，圍巖穩(wěn)定性較差，加之漸變段開挖跨度大，且頂部大部分平直，未形成拱；所以開挖成洞穩(wěn)定問題較突出；為此，漸變段施工中采取有效超前支護加固措施，防止洞頂塌，隧洞開挖嚴格按“新奧法”工藝施工，開挖鉆爆按照“快支護（強支護）、短進尺、弱爆破、少擾動，快封閉，勤量測”的原則施工，以確保圍巖成洞穩(wěn)定及施工安全。（4）開挖支護作業(yè)循環(huán)時間開挖支護作業(yè)循環(huán)時間見下表：一般洞段開挖作業(yè)循環(huán)時間表開挖部位施工工藝測量放線鉆孔裝藥爆破通風散煙出碴排險合計備注Ⅰ層時間(min)60280703022060720全斷面開挖Ⅱ層4536090301140301695梯段爆破Ⅲ層4524060309030495與Ⅱ可平行施工洞身支護以鑿巖臺車造孔為主、砼噴射機濕噴工藝進行噴錨施工；掛網及安裝錨桿人工在臺車上或在三層平臺架子上進行。施工成型后按設計要求及時埋設觀測設施，定期觀測。2.2支護施工工藝及要點:（1）普通砂漿錨桿施工施工工藝：普通砂漿錨桿施工工藝流程框圖漿液制備漿液制備施工準備備鉆孔清孔孔內注漿安插錨桿孔口封堵錨桿加工運輸檢測試驗短錨桿使用鑿巖臺車造孔為主，Ф25錨桿鉆孔直徑為50mm，漿液按照設計和試驗配比進行拌制，隨拌隨用，注漿管先插到孔底，然后退出50～100mm，開始注漿，注漿管隨漿液的注入緩慢均勻拔出，桿體插入后，若孔內無漿液溢出，及時補注，保證注漿飽滿、密實。錨桿安裝后，孔口加楔固定封嚴，砂漿終凝前不允許擾動。錨桿到齡期后按規(guī)范進行無損試驗抽檢。（2）預應力錨桿施工使用圓盤鉆造孔，鉆孔直徑不小于65mm，先安插錨桿及附件，預應力錨桿的灌漿必須分兩次完成，第一次灌漿時，必須保證錨固段長度內灌滿，但漿液不得流入自由段，錨桿張拉錨固后，應對自由段進行第二次灌漿。灌漿后，漿體強度未達到設計要求前，預應力錨桿不得受擾動。預應力錨桿正式張拉前，應取20%設計張拉荷載，對其預張拉1~2次，使其各部位接觸緊密，鋼絲或鋼絞線完全平直。預應力錨桿正式張拉時，應張拉至設計荷載的105%~110%，再按規(guī)定值進行鎖定。預應力錨桿鎖定后48h內，若發(fā)現預應力損失大于錨桿設計值的10%時，應進行補償張拉。（3）錨筋樁在出渣后及時錨噴支護，同時根據圍巖情況進行錨筋樁（3Ф28mm，L=9m）施工。錨筋樁采用液壓快速鉆機鉆孔，在插入錨筋束后開始按規(guī)定灌漿，在凝固前不得碰撞錨頭。鉆孔遇到巖石擠壓破碎帶卡鉆時，則采用砂漿固壁的方法，確保鉆孔的成孔效果。（4）預應力錨索支護根據錨索支護的特殊性，錨索索體尺寸較長，要有寬闊的場地，便于錨索的運輸、安裝。在進行導流洞開挖時，由于圍巖的特殊性，設計變更后增加了預應力錨索支護。預應力錨索鉆孔的位置、方向、孔徑及孔深應符合施工圖紙的要求。鉆孔的開孔偏差不得大于10cm，端頭錨固孔的孔斜誤差不得大于孔深的2%。鉆孔完畢后，應用風、水從孔底至孔口徹底沖洗鉆孔，直至干凈。錨索編制在現場進行，鋼絞線下料從已固定并可轉動的鋼絞線盤拉出鋼絞線，放置在切割通道上。下料前，先檢查鋼絞線外觀質量，逐根用砂輪切割機切割，切割長度為錨固段長度、張拉段長度、錨頭長度和張拉長度之和。L=L1+Lc+L0（L1—巖錨孔深、Lc—砼墊墩及錨具高度、L0—富裕長度）。錨索束遵循隨用隨制作的原則，對存放時間較長的錨索在使用前進行嚴格的檢查。錨索入孔安裝：錨索向孔內推進采用人工。由于錨索孔口距地面較高，可采用回填石渣墊高或搭設平臺架。安裝前，先探孔，確定無堵孔現象，再行送索；不良地層，應謹慎小心，以防推送時破壞鉆孔。在遇到錨索推送困難時，宜將錨索抽出，查明原因后再行推送。錨索安裝質量措施和技術要求：安裝錨索前應對鉆孔重新進行詳細檢查，對塌孔、掉塊應進行清理或處理。錨索安裝前，應對錨索體進行詳細檢查，對損壞的防護層、索體配件。波紋管應進行修復。錨索安裝時避免大角度、劇烈彎曲，造成捆扎松動或擠壓注漿管和排氣管。向孔內推送錨索時，送索人員口號一致、用力要均勻，應防止在推送過程中，損傷錨索配件和防護層。向孔內推送錨索時，不得使錨索體轉動，并不斷檢查排氣管和注漿管是否暢通，應確保將錨索體推送至預定深度，且排氣管和注漿管暢通。（5）工字鋼支撐施工工字鋼支撐在不良地質段內安裝，沿隧洞縱向安裝中心間距0.5m。加工時分段加工制作，編號后運至現場人工拼接安裝、焊接，節(jié)間通過接頭板、螺栓連接，鋼架立柱腳設鋼墊板，必要時澆筑基礎砼。每榀鋼架間通過用縱向筋聯接形成整體，整體與系統(tǒng)錨桿頭和拉結錨桿焊接，在拱腳及腰部利用鎖腳錨桿加固。鋼支撐與圍巖應盡量靠近，當間隙過大時應設墊塊，必要時按洞室實測輪廓尺寸修改形狀和尺寸。安裝完后立即用噴射砼將其覆蓋，覆蓋后方可進行下一循環(huán)的開挖，鋼筋格構架與巖面之間空隙應必須用纖維砼充填密實。鋼支撐利用電動液壓彎曲機彎制。格構鋼架與初噴混凝土之間緊貼，在安設過程中，當鋼架與圍巖之間有較大間隙時安設鋼架，環(huán)向間距1m，兩排鋼架間沿周邊每隔1m用Ф28縱向鋼筋聯接，形成縱向連接系。拱腳高度不夠時設置鋼板調整，拱腳高度低于各分部開挖斷面底線以下10cm。格構鋼架安裝完成后和接觸的錨桿頭焊接牢固，使之成為整體結構。為增強頂拱格構鋼架的承載能力，安裝時在格構架底腳墊一塊鋼板，以減少下陷量。此外，為了鋼拱架的整體穩(wěn)定性，還增加了鎖拱錨桿和鎖腳錨桿。（6）噴砼及掛網施工1）施工要求噴混凝土，采用混凝土噴射機施噴，噴射早強砼，噴頭自動添加速凝劑。由臨時砼拌合站拌制噴砼料，攪拌車運至工作面后，分層施噴。噴鋼纖維混凝土，即在攪拌混凝土時按照配比摻加鋼纖維。掛網噴混凝土，即在系統(tǒng)錨桿施工完成后緊跟進鋼筋網施工，利用錨桿固定掛網片，鋼筋網應按開挖面鋪設，網噴砼按“噴－網－噴”的程序進行，保證鋼筋網與壁面距離3～5cm，在有錨桿的部位，將掛網采用焊接固定在錨桿尾部，人工進行整理平整，使其緊貼初噴層，之后采用噴射混凝土覆蓋，鋼筋網混凝土保護層厚度不小于50mm。鋼筋網片在鋼筋加工廠編制，在施工時運至各個工作面。2）施工工藝噴砼施工工藝流程巖面處理巖面處理施工準備攪拌運輸拌制噴砼養(yǎng)護現場取樣試驗機口取樣試驗掛網設置噴砼厚度標志驗收合格噴機噴射砼（加速凝劑）3.質量控制要點導流洞開挖支護施工質量控制要點是對測量、爆破、噴錨支護等關鍵工序的控制。1）測量控制要點：開挖輪廓點的放樣誤差，相對于洞軸線應不大于50mm；洞內貫通測量極限誤差及貫通中誤差分配值應滿足下表要求。貫通測量容許極限誤差值相對開挖長度（km）≦4備注極限貫通誤差（mm）橫向±100相向開挖長度包包括施工支支洞長度在在內縱向±200豎向±50貫通中誤差分配值相對開挖長度（km）1~4誤差名稱（mmm）橫向縱向豎向洞外測量±30±60±15洞內測量±40±80±20全部貫通測量±50±100±252）鉆爆作業(yè)控制要點：①平均底標高、徑向和側墻超挖不大于20cm；②一般不允許欠挖。光面爆破及預裂爆破應達到以下效果：A、殘留炮孔痕跡，應在開挖輪廓面上均勻分布，III類圍巖殘孔率為50%。B、相鄰兩孔間的巖面平整，孔壁不應有明顯的