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寻乌县太湖水库工程导流洞洞身开挖及一次支护方案

寻乌县太湖水库工程导流洞洞身开挖及一次支护方案

 

招投标管理中心   卫瑞岗

 

1工程概况

乌县太湖水库工程位于寻乌水干流上游,坝址地处江西省赣州市寻乌县水源乡太湖村,距寻乌县城约 47km。是一座以供水为主,兼顾灌溉和防洪等综合效益的中型水利枢纽工程,总库容 2384×104m3。工程等别为Ⅲ等中型工程,主要建筑物为 3 级,次要建筑物为 4 级,主要由钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道、导流洞、输水隧洞、上坝公路等组成。

导流隧洞布置在大坝左岸山体,洞径 6.6m,总长 322.14m,采用厚 0.3m C25钢筋混凝土衬砌。进、出口底高程分别为390.0m、385.67m,洞内纵坡i=0.014。洞身段围岩性质主要为花岗斑岩。

2水文气象

工程所在流域属亚热带湿润季风气候区,暖和湿润,雨水充沛,四季?#32622;鰨?#26080;霜期长。多年平均降水量为1839.0mm,降雨年?#26102;?#21270;很大,最大年降雨量为2630.5mm(2012年),最小年降雨量为1126.6mm(1978年),降雨年内分配极不均匀,其中4~6月降雨量占全年的45.2%左右,1~3?#36335;?#38477;雨量约占全年的22.3%,7~9?#36335;?#38477;水量是全年的20.9%,10~12?#36335;?#38477;水量仅占全年的11.6%。流域多年平均蒸发量890.6mm,最大年蒸发量为1368.8mm(1988年),最小年蒸发量为726.4mm(2012年)。多年平均气温为17.6℃,极端最高气温40.0℃(2010年)、最低气温-11.1℃(1991年)。夏季风向偏南,冬季风向偏?#20445;?#26149;秋季风向多变,多年平均风速1.3m/s,多年平均最大风速12.4 m/s,最大风速19 m/s(1984年)。多年平均日照数为1604.9小?#20445;?#22810;年平均年无霜期259天。

3工程地质

导流隧洞布置于左岸山体中,山体地形较完整,沿线无深切冲沟。导流洞沿线多被第四系全新统残坡积层所覆盖,厚度一般2.5~3.1m,进出口均基岩裸露,导流洞沿线不良物理地质现象不甚发育。

导流洞沿线穿越岩层主要为燕山早期第二阶段第二次第二层(γ52-2b-2)侵入的花岗斑岩及第四系松散堆积物。隧洞沿线断层构造不发育,但节理裂隙发育,主要发育四组。导流洞区地下水类型为基岩裂隙水,水量不丰。

洞身段00~60m、300~320m上覆围岩厚度小于3倍洞径,围岩主要为弱风化上部岩体,局部为弱风化下部岩体,成洞条件较差,工程地质分类属Ⅳ类围岩,围岩稳定性较差,需支护衬砌。40~300m上部围岩主要为弱风化下部岩体,成洞条件相对较好,工程度地质分类基本属Ⅱ、Ⅲ类围岩,围岩局部稳定性差,需采取临时支护处理。

4施工组织管理

4.1施工组织机构

根据工程特点及爆破工程属于专业工程,成立了导流洞爆破工程指挥部。

指挥部下设爆破队、运输队、喷锚队和事?#35270;?#24613;队四个队。其中爆破队下设技术组、施工组、安全检查组、质?#32771;?#26597;组、爆炸物品管理组、警戒组和后勤组。喷锚队下设钢筋组、喷混凝土组。每队安排两组人?#20445;?#20445;证24小时轮流换班作业。

4.2管理职责

爆破工程指挥部:负责领导协调工作(指挥1人,副指挥2人)。

爆破队:负责施工中的安全、质量、进度、人员安排等工作及与运输队,指挥部的协调工作(队长1人,副队长2人)。

运输队:负责石方清运、钢筋(钢拱架)运输和混凝土运输。

喷锚队:洞身开挖后一次支护。

事?#35270;?#24613;队:负责突发事故(塌方、炸伤、涌水等)处理。

技术组:负责施工中的爆破技术工作,指导施工人员按设计施工及爆破后的安全处理(由爆破技术人员及有丰富经验的爆破员担任)。

施工组:负责凿岩爆?#39057;?#26045;工(由凿岩工和爆破员组成)。

安全、质?#32771;?#26597;组:检查施工质量和安全措施的落实情况,协助技术组进行爆后的安全处理。对施工质量和施工安全负责(由爆破技术人员及有丰富经验的爆破员担任)。

爆炸物品管理组:按有关法规和规章制度验收、保管、发放、回收、检测爆破器材(由取得爆炸器材保管员资格证,工作责任强的人员担任)。

警戒组:负责安全警戒工作,爆破?#20445;?#35201;按设计要求,把无关人员和相应的设备?#38450;?#21040;安全位置。

后勤组:负责材料、工具等的采购、运输等。

钢筋组:负责锚杆、钢筋网(片)、钢拱架制作与安装。

喷混凝土组:负责混凝土拌制与喷射。

5、施工?#24613;?/span>

5.1人员?#24613;?/span>

各施工组人员根据施工进度计划安排分阶段、分批到达工地。

5.2机械设备进场

工程所需装载机、挖机、空压机、喷浆机、搅拌机、注浆机、拱架弯曲机、电焊机、水泵等根据施工需要提前进场。

通风机在洞身开挖至30m前进场。

5.3辅助设施制作

爆破施工台架(大断面隧洞所采用)、铁皮水箱(10m3)提前进行加工制作。

5.4原材料进场

火工材料提?#22365;?#24403;地民爆公司协商保证按期供应。

水泥、石子、砂、钢筋(型钢)等原材料提?#22365;?#20379;应商联系好并报检试验机构,由检验合格的生产厂家签定合同后供应。

6、洞身石方开挖

导流洞洞身开挖在洞口明挖结束后进行。

6.1总体开挖方案

导流洞全长约322m,根据进度计划安排,从进口?#32479;?#21475;方向分两个工作面同时进行施工。导流洞开挖整体分两次进行,第一次进行洞身上部3/4开挖,全部贯通后,再进行下部1/4拉底。

导流洞进、出口段围岩为Ⅳ类围岩,岩石平行于隧洞发育。根据围?#19994;?#22320;质条件并结合开挖断面(大面积开挖不利于岩石的稳定性),拟分三部分开挖,施工时先开挖左上半部分并一次支护,再开挖右上半部分并一次支护,然后完?#19978;?#37096;的1/2部分的开挖。洞身段围岩为Ⅱ、Ⅲ类围岩,岩石坚固系数较大,地质情况良好,一次采用光面爆破技术进行上部3/4开挖,随后进行锚杆支护。

开挖采用?#22336;?#38075;钻孔,周边光面爆破,Ⅳ类围岩开挖进尺0.8~1.0m,Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖进尺2.5~3.0m。全部采用ZL50装载机装渣,倒退至洞外,直接运输至洞口渣场(后期作为大坝过渡料)。

6.2爆破设计与试验

洞身爆破设?#39057;?#20869;容包含掏槽方式、炮眼位置、装药量、装药结构、堵塞方式、起爆方法及顺序等。依据中?#25237;?#38754;隧洞施工经验,参照《水利水电工程施工手册》{第2卷(土石方工程),第五章(地下工程),第三节(平洞施工P211~P215)}进行一次开挖循环炸药量Q、单位岩体炸药消耗量q、工作面总钻?#36164;?#37327;N,单孔装药量qd、周边孔平均炸药量qp、辅助孔平均炸药量qn、掏槽孔炸药量qcut计算,确定了爆破?#38382;?#25487;槽?#38382;?#36873;用楔形掏槽。

6.3施工程序及方法

6.3.1石方洞挖施工程序见图6-1

  

图6-1  石方洞挖施工程序图

6.3.2石方洞挖施工方法

(1)测量放线

导流洞测量放线使用水准仪和全站仪。采用前方交会法进行放线,然后根据设计提供的洞轴线控?#39057;?#22352;标,定出洞轴线中心桩。

首先,在洞口布置控?#39057;悖?#28982;后采用施工导线法将洞中心线引至洞内,根据施工的需要,在洞内底板部位的?#23454;?#20301;置作相对固定的轴线中心控制桩点。洞身开挖至一定长度后,继续向前作轴线中心控?#39057;悖?#30452;到控?#39057;?#33021;控制整条隧洞的开挖为止。洞底开挖高程同样用导线法从洞口向洞内测引,并在洞内相对固定的地方作高程控?#39057;悖?#20197;便在开挖过程中能及时控制开挖掌?#29992;?#30340;高程。每循环施工前先进行测量放线再开始钻孔。

(2)孔位布置

钻孔孔位布置根据爆破?#38382;?#26469;定位,并根据掌?#29992;?#23721;石的稳定性、围岩强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水出露情况和结构产状来进行调整。主要孔位布置图见6-2、图6-3。

 

 

 

 

 

        图6-2 仰拱开挖孔位布置图            图6-3  底拱开挖孔位布置图

(3)钻孔

钻孔前,采用装载机将钻孔台架端至掌?#29992;媯?#28982;后人工采用带气腿的YT-28型?#22336;?#38075;分上、中、下三部分同时进行钻进。钻孔作?#23548;?#22270;6-4。

 

   图6-4  钻孔作业图

(4)清孔

每个孔钻至设计深度后,采用钻机直接将孔吹净。

(5)装药、封堵

炸药采用乳化炸药,周边孔采用导爆索引爆,掏槽孔、辅助孔均采用导爆管起爆,总网络采用电雷管引爆。爆破员将炸药从炸药车搬运至开挖面,根据孔位排距、个数配备分段导爆管和单孔药量,然后将导爆管插入炸药卷内,由爆破员从洞周边向圆心由外向内按段、按序装药。周边孔采用间隔不偶合装药结构,装药后,用事先拌制好的炮泥、对每个炮孔进行封堵密实。

(6)联网起爆

分6段从内到外起爆。起爆顺序:掏槽孔爆→辅助孔爆→周边孔爆。起爆前,警戒人员带?#36234;不?#22312;各规定警戒点进行警戒,按预告信号?#24613;?#20449;号起爆信号解除信号进行警戒、放行。爆破员按爆破规程要求进行起爆。

(7)通风及安全检查

起爆后,打开风机进行通风。由于隧洞较短,采用压入式通风。风机采用一台低噪节能SDF(A)-NO.5.6/2×11隧道施工专用轴流通风机进行压入式通风(风量为244~351m3/min,功率为2×11kw),通风时间为5~20min。风筒采用直径为0.6mPVC软风管通风,吊挂于顶拱。

通风结束后,由爆破员进入洞内进行安全检查,发现盲炮,及时处理。

(8)出渣及排危石

首先采用PC160挖机进行排危石,然后采用ZL50装载机出渣,渣?#29616;?#25509;堆放在隧洞进、出口临时堆料场。

7、洞身一次支护

爆破后根据围岩类分别进行支护,Ⅱ类围岩随机锚杆进行支护,Ⅲ类围岩喷C20钢筋混凝土+系统锚杆进行支护,Ⅳ围岩钢拱架+锚杆+喷C20钢筋混凝土联合支护。支护时间为:Ⅱ类围岩支护滞后开挖10~15m,Ⅲ类围岩支护滞后开挖5~10m,Ⅳ围岩支护紧跟掌?#29992;妗?/span>

7.1支护施工程序

7.1.1锚杆施工程序

锚杆施工程序为:清除危石→造孔→插锚固剂→插锚杆→待凝。

7.2.2钢筋挂网喷混凝土施工程序

钢筋挂网喷混凝土施工程序为:岩面冲洗→先初喷混凝土→锚杆→挂钢筋网→第二次(第三次)喷混凝土至设计厚度。

7.2.3钢拱架+锚杆+喷C20钢筋混凝土联合支护施工程序

钢拱架+锚杆+喷C20钢筋混凝土联合支护施工程序为:在钢筋厂放样并分段加工→岩面冲洗→锚杆→标识喷混凝土厚度→拱架拼装→拱架固定→钢筋安装→第二次(第三次)喷混凝土至设计厚度。

7.3施工方法

7.3.1锚杆施工

首先,锚杆按设计图纸(L=2.5mФ25)在钢筋加工厂制作,由装载机端运至施工面。然后站在台架车上采用YT-28气腿式风钻按设计要求进行钻孔,再将水泥卷式锚固剂推入钻孔内,最后安插锚杆。

7.3.2喷混凝土施工

喷混凝土(网喷12cm,联合支护喷18cm)采用湿喷机进行喷射,混凝土料由场外混凝土拌和站拌制,装载机铲?#29616;?#26045;工部位,人工铺助卸?#29616;?#21943;射机内进行喷混凝土施工,每层喷射混凝土厚度控制在6cm以内。

7.3.3挂设钢筋网

钢筋网(Ф[email protected]×250)挂设在锚杆达至一定锚固强度后进行。施工中,首先在钢筋厂加工成片状钢筋网片,采用装载机运至施工面,人工搬运至台架车上,将钢筋网片沿隧身开挖轮廓面进行焊接和绑扎,连成整体。

7.3.4拱架制安

钢拱架(I16A,间距50cm)按设计要求在钢筋加工厂采用型钢弯曲机分段进行加工制作并焊接连接钢板,由装载机端运至施工面,装载机配合人工将拱架分段临时固定在安装部位,然后由人工站在台架车上进行调整就位,?#37319;?#22266;定锚杆和锁脚锚杆,最后采用螺栓连接成榀。

8结束语

寻乌县太湖水库工程导流洞于2016229日如期顺利贯通,历时62日历天。?#23548;?#35777;明,隧洞开挖施工组织管理是关键,施工?#24613;?#26159;要点,经济合理、操作可行的施工方案是重点。本工程导流洞洞身开挖及一次支护方法可为其他类似工程在施工方面借鉴。

 

作者简介:卫瑞岗,1980年生,男,2009年毕业于太原理工大学水利水电工程专业,本科,工程师。

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