引水式水電站引水隧洞及壓力管道工程施工方案

引水式水電站引水隧洞及壓力管道工程施工方案施工特性1.1.1工程項目內(nèi)容1.引水隧洞段53.07m（隧洞樁號18+000.000m～18+053.07m）石方洞挖、混凝土澆筑、噴混凝土、錨桿制安、鋼筋制安等項目的施工；2.壓力管道石方洞挖、石方井挖、混凝土澆筑、噴混凝土、錨桿制安、鋼筋制安、支洞封堵等項目的施工；3.引水隧洞及壓力管道工程工程所規(guī)定的其它土建項目；1.1.2工程特性引水隧洞本標段長53.07m，主要圍巖類別為Ⅱ~Ⅲ類，采用噴混凝土和掛網(wǎng)噴混凝土支護，設計開挖洞徑6.6m，底板混凝土襯砌厚20cm，噴砼厚度10cm。壓力管道為埋管，由上平段、斜井段、下平段組成，最長單根長度483.438m。主管段直徑4.20m，開挖直徑5.40m，支管直徑2.00m。全部采用鋼管襯護，鋼襯材質6MnR，厚度20～36mm，鋼管外回填混凝土厚60cm。其中，上平段長約40.29m，斜段長約314.7m（含上、下彎段），下平段長約81.54m。壓力管道約在管軸線1100m高程以下位于侵入巖體中外，其余均位于白云巖中。白云巖中圍巖總體為Ⅲ類，局部為Ⅳ類。白云巖與侵入巖接觸帶約在管軸線1110m高程左右，接觸帶巖體較破碎，屬Ⅳ~Ⅴ類圍巖；侵入巖中圍巖以Ⅱ類為主，局部Ⅲ類，斷裂破碎帶及其影響帶為Ⅳ類。1.1.3主要工程量表1.1-1主要工程量項目部位石方明挖（m3）石方洞挖（m3）石方井挖（m3）錨桿（根）噴砼（m3）砼（m3）鋼筋制安（T）引水隧洞/2100/320122080080.56壓力管道/92107953517410757438/合計9011957795355192295893380.56施工規(guī)劃及程序壓力管道開挖形成二個施工通道。第一施工通道：從7#支洞至上平段；第二施工通道：從8#支洞至下平段。在各施工通道貫通后，分上、下游同時進行開挖。平段采用全斷面開挖，斜井段采用LM-300反井鉆機自上而下鉆Φ216mm導井，在井底更換鉆具，自下而上擴挖成直徑1.4m導井，再自上而下擴挖。在壓力管道開挖完成后跟進鋼管安裝、砼襯砌施工等。結合本標工程總體進度計劃，施工程序見下圖。施工程序框圖洞內(nèi)布置1.3.1施工供風、供水施工風、水管路由7#施工支洞引入上平段（斜井）供施工用風和用水，下平段采用8#施工支洞引入；風水管分別采用Φ3＂供風管、Φ2＂供水管引入，布置于隧洞左側，隨開挖延伸。1.3.2施工供電洞內(nèi)供電線路由7#、8#施工支洞供電系統(tǒng)引入，布置于風水管路同側。供電線路布設高度2.5m左右，照明電源采用36V安全電壓，利用行燈變壓器降壓引入洞內(nèi)；斜井內(nèi)供電線路采用銅芯電纜。1.3.3洞內(nèi)排水上平段洞內(nèi)滲水用潛水泵抽排至7#施工支洞的集水坑，再接力抽排至洞外。斜井內(nèi)的滲水則從導井排至8#施工支洞再抽排出洞。擬在7#施工支洞三岔口設置集水坑，尺寸為200×150×150cm，配置潛水泵，通過2條Φ3″排水膠管引排至洞外，排水管置于隧洞右側邊墻底。下平段及岔支管開挖中的滲水，也在8#施工支洞三岔口設集水坑（設置同上）。1.3.4洞內(nèi)通風散煙上平段：在7#支洞口布置1臺2×37KW軸流式風機，壓入式通風，設Φ800mm的帆布負壓風筒，掛設于洞室頂部，隨開挖延伸，另在工作面配置一臺11kw軸流式風機輔助，以有效排除滯留于掌子面的粉塵。下平段：在8#施工支洞口布置1臺2×37KW軸流式風機，壓入式通風，設Φ800mm的帆布負壓風筒，掛設于洞室頂部，隨開挖延伸，另在工作面配置一臺11kw軸流式風機輔助，以有效排除滯留于掌子面的粉塵。洞挖施工1.4.1三岔口的處理本標段7#施工支洞和8#施工支洞與壓力管道交匯處的三岔口施工安全尤其重要，施工階段先向一個方向轉彎擴挖，淺眼多循環(huán)進尺鉆孔爆破，跟進頂拱錨桿支護，然后向另一個方向擴挖，邊挖邊跟進加強掛網(wǎng)錨噴支護，必要時進行噴鋼纖維混凝土或采用花拱架進行加強支護，直到安全進入主洞，岔口30m內(nèi)，采用單頭交叉作業(yè)，形成兩個工作面后，以上下游兩個工作面組織交叉流水作業(yè)，同時施工。1.4.2引水隧洞開挖施工方案本標段引水隧洞長53.07m，斷面形式為馬蹄型，開挖尺寸4.89×6.6m（寬×高），考慮到隧洞較短，工程量不大，待調壓室豎井施工完成后進行，開挖由7#施工支洞進入采用YT-28手風鉆鉆孔，人工填裝乳化炸藥，非電毫秒雷管微差爆破，周邊進行光面爆破，導爆索起爆。爆碴采用CAT966F裝載機裝15t自卸汽車經(jīng)7#施工支洞運至碴場堆存。對局部巖體破碎帶采用錨噴等臨時支護措施，以確保圍巖穩(wěn)定。具體施工參數(shù)根據(jù)招標文件地質資料及施工進度安排，開挖單循環(huán)進尺為2.55m，每循環(huán)時間約13小時，經(jīng)計算，每天1.7個循環(huán)進尺約4.3m，月進尺約為107.5m；表1.4-1引水隧洞洞挖作業(yè)循環(huán)計劃表（Ⅲ類）表1.4-2引水隧洞挖施工參數(shù)表（Ⅲ類圍巖）名稱單位引水隧洞備注鉆孔參數(shù)鉆具人工搭設平臺，人工手持YT-28手風鉆鉆孔鉆具數(shù)量臺4鉆孔直徑mm42參見附圖中空孔直徑mm70掏槽形式五星掏槽鉆孔數(shù)量個/循環(huán)83鉆孔深(單孔)m/循環(huán)3.0鉆孔總長m/環(huán)246進尺率%85進尺m/循環(huán)2.55開挖體積m3/循環(huán)93鉆孔速度min/m1.2純鉆孔時間min/循環(huán)240裝藥爆破散煙支護參數(shù)總裝藥量kg/循環(huán)111.75單耗藥量kg/m31.26裝藥爆破時間min/循環(huán)60通風散煙時間min/循環(huán)60安全支護時間min/循環(huán)60出碴參數(shù)裝碴機械CAT966F裝載機裝碴機械臺數(shù)臺1運輸機械15自卸汽車運輸機械臺數(shù)臺4出碴時間min/循環(huán)240開挖特性總耗時h/循環(huán)780月有效天數(shù)天25日作業(yè)數(shù)小時22日進尺m/日4.3月進尺m/月107.5對于圍巖破碎段，則采用淺孔、少藥、多循環(huán)方式進行，每循環(huán)按1.0～1.2m進尺。1.4.3壓力管道斜井開挖施工方案采用LM-300型反井鉆機開挖導井。先擴挖上彎段，再在上彎段安置反井鉆機。由測量精確放線后，進行LM-300型反井鉆機安裝、定位，然后先沿豎井中心線采用LM－300型反井鉆機自上而下形成Φ216mm導孔，導孔完成后，在斜井底部安裝擴孔鉆具，自下而上先擴挖成Φ1.4m的導井。導井貫通后人工手持YT-28手風鉆進行全斷面擴挖，挖過程中每爆破一次，及時進行錨噴（或掛網(wǎng)）支護；施工出碴利用CAT966F裝載機由下平段裝碴，15t自卸式汽車由8#施工支洞運輸至碴場卸碴。由于斜段較長為方便鋼管安裝在斜管上段2/3處一側進行擴挖，作為鋼管焊接施工平臺。施工程序具體施工方法1測量放線及輔助設施采用激光經(jīng)緯儀精確測量，在井口位置用十字線定出中點，以中點引鉛垂線在掌子面用紅油漆畫出開挖邊線。同時,完成反井鉆機相應的輔助設施，如基礎砼、軌道等。2導井及鉆爆施工沿豎井中心線采用LM－300型反井鉆機自上而下形成Φ216mm導孔，導孔完成后，在壓力管道下平段安裝擴孔鉆頭，自下而上擴孔為直徑Φ1.4m的導井。導井完成后進行全斷面擴挖，從上而下，采用人工手持YT-28手風鉆鉆孔，人工填裝乳化炸藥，非電毫秒雷管微差擠壓爆破，周邊實施光面爆破，導爆索起爆周邊光爆孔距0.45m，崩落孔間距0.8m。表1.4-3LM-300型反井鉆機的性能參數(shù)表導孔直徑(mm)擴孔直徑(mm)鉆孔深度(m)鉆孔傾角（°）適用巖石額定推力額定拉力主機運輸尺寸(mm)主機工作尺寸(mm)216140030050～90單軸抗壓強度<200MPa320kN（25MPa）1256kN（25MPa）2980×1420×17003260×1820×3448該反井鉆機具有以下特點：①鉆機的推拉力、旋轉扭矩，轉速等主要參數(shù)設計合理，鉆井工藝簡單，能滿足不同地質條件下以及多種孔徑的施工要求；②采用全液壓驅動，結構緊湊，重量輕，功率??；③主機安裝運輸以及調整全部機械化，簡單省力，迅速安全，不需輔助設備；④主機液壓系統(tǒng)簡單可靠，操作容易，大部分液壓元件及密封件與井下綜采設備液壓元件通用，維修更換方便；⑤鉆桿絲扣采用API國際通用標準，安全可靠，互換性好，壽命長，裝卸鉆具工藝合理，輔助時間短，鉆機配有開孔鉆桿和特制的穩(wěn)定鉆桿，能有效地防止井孔偏斜；⑥鉆井工序實現(xiàn)機械化作業(yè)，操作簡單安全，改善了勞動條件，減輕了勞動強度；⑦擴孔鉆頭有噴水裝置，可以降塵及冷卻刀具；⑧鉆機效率高，成井速度快，質量好。⑨采用LM-300型反井鉆機一次性鉆設導井，避免了下部斜管導井采用爬罐、上部導井采用反井鉆機，不存在斜井中部對接擴孔鉆頭的難度和安全威脅，對工程順利施工保障高。3安全處理爆破完畢、通風散煙后，對爆破面上殘留的松動巖塊進行徹底的檢查清除。4出碴擴挖爆碴大多經(jīng)導井落至壓力管道下平段內(nèi)，余下少量爆碴由人工清理。爆碴在壓力管道下平段內(nèi)采用CAT966F裝載機裝15t自卸汽車運輸。5局部臨時支護巖面開挖后，對局部出現(xiàn)的破碎巖體地帶采用錨噴支護加固圍巖。6循環(huán)時間及進尺根據(jù)地質資料及施工進度安排，擴挖單循環(huán)進尺為2.55m，每循環(huán)時間約16個小時，每天1.37個循環(huán)進尺3.4m，月進尺85m；表1.4-4Ⅲ類圍巖段豎井擴挖循環(huán)時間表7斜井段擴挖施工參數(shù)表表1.4-5斜井段擴挖施工參數(shù)表序號名稱單位圍巖類別備注Ⅲ類一、結構參數(shù)1斷面形式圓形2直徑m6.63開挖面積m221.37二、主要施工機械1鉆孔機械人工手持YT-28手風鉆鉆孔2裝渣機械CAT966F裝載機3運輸機械15t自卸汽車三、單循環(huán)鉆孔參數(shù)1爆破孔直徑mm422鉆孔數(shù)量個643孔深m3.04總鉆孔長度m141四、爆破參數(shù)一）崩落孔個303藥卷直徑mmΦ324線裝藥密度kg/m2二）周邊孔個341炸藥類型乳化炸藥2起爆類型導爆索3藥卷直徑mmΦ254線裝藥密度kg/m0.5三）總裝藥量Kg/循環(huán)77四）平均進尺m/循環(huán)2.55五）開挖體積m3/循環(huán)54.49六）單耗藥量kg/m31.41說明1、起爆網(wǎng)絡采用非電毫秒雷管起爆網(wǎng)絡。2、表中所有爆破設計參數(shù)是根據(jù)計算及以往類似工程經(jīng)驗確定，在具體施工中可根據(jù)現(xiàn)場實際情況不斷進行調整優(yōu)化。1.4.4平洞石方洞挖施工方案上下平洞都采用鉆爆法全斷面掘進，YT-28手風鉆鉆孔，人工裝乳化炸藥，非電雷管毫秒微差擠壓爆破，周邊實施光面爆破以保證開挖質量。洞挖施工采用人工持YT-28手風鉆在自制簡易平臺鉆孔，采用五星直眼掏槽方式，每循環(huán)鉆孔深1.5～3.0m，周邊孔距40～50cm，崩落孔距70～80cm，人工裝藥，微差非電管引爆乳化炸藥實施毫秒微差爆破，周邊光面爆破，全斷面掘進。開挖后及時采用噴錨砼等進行安全支護：對于IV類圍巖段，設系統(tǒng)錨桿Φ22@150×150cmL=3.0m，掛網(wǎng)噴15cm厚的200#砼支護，局部破碎帶增設超前錨桿。對于V類圍巖則采取淺孔、少藥量毫秒微差擠壓光面爆破，單循環(huán)進尺控制在1.3m左右。對地質特差段圍巖鉆孔前在拱部打兩排超前錨桿Φ，L=2.0～2.5m，梅花形布置；對于地下水豐富段采取設置集排水孔集中引水，噴砼封閉巖面或輔以化學灌漿等手段。施工程序如下：超前錨桿、排水孔→導洞光爆（孔深1.5m左右，周邊孔距40~50cm）→安全處理→第一次噴砼封閉頂拱（厚5cm）→出碴→第二次噴砼厚5cm→架立格柵拱架→第三次噴砼（厚5～10cm）覆蓋格柵拱架及連接網(wǎng)→下一循環(huán)施工。出碴采用CAT966F裝載機裝碴，15T自卸汽車經(jīng)7#、8#施工支洞運輸至指定碴場堆放。具體施工參數(shù)根據(jù)地質資料及施工進度安排，Ⅲ類圍巖段擴挖單循環(huán)進尺為2.55m，每循環(huán)時間約13個小時，每天1.7個循環(huán)進尺4.3m，月進尺107.5m；表1.4-6壓力管道平段洞挖循環(huán)作業(yè)計劃表表1.4-7壓力管道平段爆破參數(shù)表序號名稱單位圍巖類別備注一、結構參數(shù)1斷面型式馬蹄型Ⅲ類2斷面尺寸m3.95×5.43開挖面積m224.76二、主要施工機械1鉆孔機械YT28手風鉆2裝渣機械CAT966F裝載機3運輸機械15T自卸汽車三、爆破參數(shù)一）掏槽孔個4五星掏槽1炸藥類型乳化炸藥2起爆類型非電毫秒雷管3藥卷直徑mmΦ324裝藥量kg/孔2.5二）崩落孔個231炸藥類型乳化炸藥2起爆類型非電毫秒雷管3藥卷直徑mmΦ324裝藥量kg/孔2.0三）周邊孔個271炸藥類型乳化炸藥2起爆類型導爆索間隔裝藥3藥卷直徑mmΦ254線裝藥密度kg/m0.75四）底板孔個61炸藥類型乳化炸藥2起爆類型導爆索3藥卷直徑mmΦ254線裝藥密度kg/m1.25五）總裝藥量kg75.75六）平均進尺m2.55七）開挖體積m363.14八）單耗藥量kg/m31.2說明1、起爆網(wǎng)絡采用非電毫秒雷管起爆網(wǎng)絡。2、表中所有爆破設計參數(shù)是根據(jù)計算及以往類似工程經(jīng)驗確定，在具體施工中可根據(jù)現(xiàn)場實際情況不斷進行調整優(yōu)化。1.4.5岔管及支管開挖施工方案1#、2#岔管開挖直徑4.9m、3.5m，長約24.77m。1#支管、2#支管、3#支管開挖斷面為3.6×3.6m（寬×高），長度分別為：33.62m、27.98m、39.57m；由于支管斷面不能滿足鋼管運輸，需對2#支管擴挖成4.5×4.5m以滿足需要；開挖利用鉆爆臺車，人工手持YT-28手風鉆造孔，人工填裝乳化炸藥，非電毫秒雷管微差爆破，周邊進行光面爆破，導爆索起爆。爆碴采用CAT966F裝載機裝15t自卸汽車運至碴場堆存。對局部巖體破碎帶采用錨噴等臨時支護措施，以確保圍巖穩(wěn)定。具體施工參數(shù)根據(jù)地質資料及施工進度安排，岔管及1#、3#支管洞挖單循環(huán)進尺為2.55m，每循環(huán)時間約13個小時，每天1.7個循環(huán)進尺4.3m，月進尺107.5m；2#支管擴挖單循環(huán)進尺為2.125，每循環(huán)時間約12個小時，每天1.8個循環(huán)進尺為3.8，月進尺95m。表1.4-8岔管及1#、3#支管洞挖循環(huán)作業(yè)計劃表表1.4-92#支管擴挖循環(huán)作業(yè)計劃表表1.4-9岔管及支管洞挖施工參數(shù)表對于圍巖破碎段，則采用淺孔、少藥、多循環(huán)方式進行，每循環(huán)按1.0～1.2m進尺。1.4.6不良地質段處理方案根據(jù)招標地質資料，壓力管道約在管軸線1100m高程以下位于侵入巖體中外，其余均位于白云巖中。白云巖中圍巖總體為Ⅲ類，局部為Ⅳ類。白云巖與侵入巖接觸帶約在管軸線1110m高程左右，接觸帶巖體較破碎，屬Ⅳ~Ⅴ類圍巖；侵入巖中圍巖以Ⅱ類為主，局部Ⅲ類，斷裂破碎帶及其影響帶為Ⅳ類。對松散、軟弱破碎的處理主要采取一掘一支護的施工方法，穩(wěn)步前進。一般先沿洞頂設置Φ22、L=3.0～3.5m超前錨桿鎖固圍巖外壁，再進行開挖。開挖采用淺眼（1.5～2.5m）、密孔、短進尺、多循環(huán)的施工方案，并輔以導坑領進二次擴挖成型施工，施工中嚴格控制裝藥量，盡量小地擾動周邊圍巖，開挖后采用掛網(wǎng)噴錨砼支護。必要時結合安設格柵拱架及時支護周邊圍巖、回填塌落槽身，并設排水孔集中排水，增加支護能力。對地下水發(fā)育或涌水的地段采用設置數(shù)量不等的深排水孔并及時噴砼封閉巖面，集中引水，必要時可輔以速凝砼或化學灌漿，堵引結合，同時掛網(wǎng)噴錨砼與格柵拱架結合及時進行支護，穩(wěn)固周邊圍巖。不良地段施工圍巖開挖的一般原則1軟弱地質段采用淺眼少藥量多循環(huán)鉆孔爆破，并及時進行噴砼安全支護封閉，以保證開挖的質量和安全；2巖層較差地段或脫層掉塊嚴重段采用淺眼多循環(huán)鉆孔爆破，并及時跟進支護格柵拱架。3圍巖穩(wěn)定特差地段爆破后立即噴砼封閉巖面，出渣后，再打錨桿、掛網(wǎng)、噴砼，必要時安設格柵拱架。4地下水活動較嚴重地段地下水較嚴重地段，宜采用排、堵、截、引的綜合治理措施：（1）采用超前孔探明地下水的活動規(guī)律，側定漏水量、壓力防止突然暴滲；（2）截斷補給水源，降低地下水位；（3）對圍巖進行灌漿，降低具滲透性或形成帷幕阻水；（4）利用施工支洞集水坑排除地下水。支護工程施工1.5.1錨桿施工本分部工程錨桿共計5174根，主要用于洞內(nèi)臨時支護和永久性支護。其余詳見7.6.1節(jié)。1.5.2噴砼施工本分部工程噴砼1075m3，主要用于洞內(nèi)臨時支護和永久性支護。噴砼采用濕噴法施工工藝，并加以DS-1型噴砼結合劑以減少回彈。利用5t自卸汽車從拌和站運料，TK－961型砼濕噴機輸送，人工持噴頭在自制簡易平臺車上噴射。砼標號為C20。其余詳見7.6.2節(jié)。1.5.3鋼拱架施工具體施工方法見第七章。砼施工本工程混凝土施工包括部分引水隧洞段砼和壓力管道的上平段及上彎管段、斜井段、下平段和下彎管段及岔管和支管回填砼，共計8238m3。1.6.1引水隧洞砼施工引水隧洞混凝土襯砌采用先澆邊頂拱后底板的施工方法。鋼筋工程見7.7.1節(jié)。模板工程引水隧洞砼采用人工組立組合鋼模板。模板使用前應涂刷模板油，模板應安裝嚴密到位避免出現(xiàn)漏漿，支撐牢靠，避免澆筑過程中出現(xiàn)模板變形移位或爆模。砼施工施工方案采用先邊頂拱后底板、由內(nèi)向外襯砌的澆筑方式。施工程序邊頂拱砼襯砌施工程序如下：基礎面的處理和驗收—→立?！摻钪瓢病鷤}面驗收—→砼拌制—→砼運輸—→砼入倉、平倉—→砼搗實—→養(yǎng)護底砼襯砌施工程序如下：基礎面的處理和驗收—→立?！摻钪瓢病鷤}面驗收—→砼拌制—→砼運輸—→砼入倉、平倉—→砼搗實—→砼收面—→養(yǎng)護具體施工方法1砼制備采用HZS25混凝土拌和站生產(chǎn)混凝土。采用電子準確配料，皮帶機上料?；炷恋纳a(chǎn)應保證倉內(nèi)混凝土施工的連續(xù)性。2倉面清理、準備對于基礎面砼澆筑，需在建筑物基面驗收合格后方可進行混凝土澆筑工作。巖基上的雜物、泥土及松運巖石均應清除，應沖洗干凈并排干積水，如遇有承壓水，應采取妥善的引排措施，清洗后的基礎巖面在混凝土澆筑前應保持潔凈和濕潤。對于新老砼結合面的已澆砼面層，由人工進行鑿毛，達到石子半露并形成完全粗糙面的效果，人工清運浮渣，用風水槍聯(lián)合沖洗倉面至干凈，待澆筑前保持倉面濕潤。3砼分段澆筑分段按進場后技施圖紙加以確定。4砼入倉、平倉及振搗邊拱頂砼襯砌采用由里向外施工，邊、頂拱一次襯砌成型，襯砌長度為12m，采用組合鋼模板澆筑，人工綁扎鋼筋，砼由3m3砼攪拌車經(jīng)7#施工支洞運料到工作面，HB60砼機泵送至倉內(nèi)，人工持Φ2″振動棒或附壁式振搗器振搗密實，人工灑水養(yǎng)護到齡期。底板砼一次澆筑成型，采用退澆法。3m