解析天花板水电站引水隧洞施工技术

'水力发电第37卷第6期2011年6月天花板水电站引水隧洞施工技术袁永定(云南滇能(集团)控股公司牛栏江水电开发有限公司，云南昭通657000)摘要天花板水电站引水隧洞线路长、地质条件差、施工工期紧，是总进度控制的关键线路之一。实际施工过程中，采用“新奥法”进行开挖支护施工、利用边顶拱穿行式钢模台车及全断面液压针梁式钢模台车进行混凝土浇筑等施工技术，确保了引水隧洞施工安全及工程进度要求。关键词：引水隧洞；施工技术；天花板水电站DiversionTunnelConstructionofTianhuabanHydropowerStationYuanYongdingYunnanEnergy(Group)HoldingNiulanjiangHydropowerDevelopmentCo．，Ltd．，Zhaotong657000，Yunnan，China)Abstract：Asthelongerdistance，poorergeologica／conditionsandshorterconstructionperiod，theconstructionofdiversiontunnelforTianhuabanHydropowerStationisthekeytototalconstructionprogressofproject．Afterusingthe“NewAustrianTunnelingMethod”forexcavationandsupporting，andtheslidingsteelcarriageandfull-facehydraulicneedle-beamsteelcarriageforconcretepouring,theconstructionsafetyandprogressaremet．KeyWords：diversiontunnel；constructiontechnology；TianhuabanHydropowerStation中圈分类号；Tv554(274)文献标识码：B文章编号：0559—9342(2011)06--0074-03天花板水电站引水隧洞全长2514．009m，圆形1．1常规洞段施工断面，内径为8．2m。原设计阶段全线布置有0号、天花板水电站弓l水隧洞根据不同地质条件采用1号、2号和3号共4个施工支洞施工过程中，综了不同的开挖支护施工方法。合考虑各方面因素，通过设计优化取消了2号施工对于围岩较好洞段，采取上层240。范围全断面支洞。引水隧洞围岩以Ⅳ、V类为主，占64．4％，掘进方式．初期支护滞后约30～50m进行．与后循其余为Ⅲ类。以l号施工支洞为界，上游为白云岩，环开挖施工平行作业，以加快施工进度；围岩较差下游基本为石英砂岩．两类岩层洞段各占～半。其洞段则采取导洞施工法，导洞先行1～2个循环，光中，1号施工支洞上游侧隧洞地层岩性为震旦系上面爆破滞后1～2个循环进行。Ⅲ类围岩单循环进尺统东龙潭组浅灰色中厚层至厚层状白云岩，整体稳一般为3～4．5m；1V、V类围岩段严格遵循“短进定性较好：其下游侧隧洞岩性为震旦系下统澄江组尺、弱爆破、勤支护”的原则．单循环进尺控制在紫红色岩屑石英砂岩夹粉砂岩、粉砂质泥质页岩，2m以内。靠近厂址区不整合带厚度较大，角砾岩带物质成分通过采取多种开挖方法，同时根据“新奥法”较为复杂。为土夹碎石、砂岩碎块、白云岩块等，施工理论，选择有利支护时问及时进行初期支护，部分砂岩洞段围岩渗水较严重。保证了施工质量、安全及工程进度．取得了较好的工程效果。其开挖效果Ⅲ类围岩很好，光爆孔半孔1开挖及初期支护施工率达90％以上，Ⅳ、V类围岩开挖效果稍差，但整引水隧洞开挖直径根据支护方式不同介于9．5m体上仍有效地提高了施工效率和工程质量。与10．3m之间。采取台阶法开挖，上半洞对应圆心角为240。，下半洞开挖在上半洞贯通后进行。为方收稿日期：2011—04一O7便车辆错车及掉头以加快出渣速度．沿洞轴线每隔作者简介：袁永定(1973一)，男，云南昆明人，高级工程师，从200m设置一个错车道。事水电工程建设管理工作．困WaterPowerVo1．37No．6 第37卷第6期袁永定：天花板水电站引水隧洞施工技术1．2不良地质洞段施工浆孑L深度，以确保在顶拱部位不再出现松渣区．并1．2．1不良地质洞段类型在钢筋混凝土承力拱外围形成一个3-6m厚的固结(1)含水量虽少但同岩裂隙发育洞段。该类洞圈，以确保施工期及运行阶段引水隧洞的安全段岩体受三组裂隙切割，其中水平方向裂隙与洞轴(5)为了监控该洞段的变形，确保工程安全，线几近平行，对洞室稳定极为不利。在开挖过程中。在Y1+957rn桩号处设置了收敛观测断面，在塌方按照设计要求采取了超前支护。在掌子面周边布置处理过程中每个工作班均要求进行观测．塌方处理~b32@200～600cm、长3～6ITI的管棚，对待开挖岩体完成后根据实际情况适当降低了观测频率。提前进行灌浆处理，然后采取手风钻造孔，弱爆破、2混凝土施工短进尺开挖。开挖后．及时对周边围岩及掌子面实施一层3～5cm的素喷混凝土封闭，以形成初期简单本工程共投入两套钢模台车，因1号施工支洞柔性支护环．同时抑制围岩的进一步风化，素喷后上游侧仅一条交通通道，为解决钢筋运输通道问题，及时打设一定数量的系统锚杆．以尽早发挥其悬吊故在该处投入边顶拱穿行式钢模台车。而在1号施及支承拱作用，进一步加强围岩的稳定，同时快速工支洞与3号施工支洞问投入全断面液压针梁式钢进行拱架、钢筋网片及喷射混凝土施工，尽快完成模台车。所有初期支护措施。2．1钢模台车的安装、调试及维护保养(2)含承压水的断层、破碎带。该类同岩洞段这两种钢模台车的构造、运行原理基本类似，主要开挖支护方式与前类基本相似，但是每次进尺均由模板、支撑行走、液压系统和电气系统等组成。需更短．支护需更及时。支护格栅刚度需更大。本钢模台车受引水隧洞的空间限制，在洞内无法直接工程就曾因支护不及时及格栅刚度不够而发生过坍使用吊车进行安装，只能采取在洞顶施打锚杆，焊塌。小的塌方可以在确保施工安全的前提下，对上接吊环，利用挂设的手拉葫芦作为吊装工具进行安部坍塌区支副拱后再回填支护，大的塌方特别是在装，针梁式钢模台车安装]_作面的长度不小于60坍塌后仍持续掉块或坍塌的，不能对坍塌下来的松m，洞顶离钢模台车不小于1．5nl，根据台车单件最渣进行清理，而要保持原貌使松渣起到临时支撑作大重量计算，每根锚杆承受的拉力不小于12t．故用，以遏制坍塌范围持续扩大。本工程中在开挖至采取28长4．5m的砂浆锚杆，锚杆矩形布置，间Y1+954桩号时，就曾发生过坍塌，塌方段长约8排距2m，每根锚杆通过连接钢筋连成整体，使用8m，初期坍塌高度超出顶拱开挖线约6m，坍塌渣料t汽车吊在洞内配合安装，台车安装时间大：约为l2充满洞室．通过渣料掉落发出的击地声判断顶拱一天，边顶拱穿行式钢模台车因构造相对简单，总的直在持续不断的掉块，始终没有稳定。质量及单件质量也较小，故安装起来相对较简单，1．2．2施工措施速度也更快。(1)对松渣体表面进行较厚的素喷混凝土封闭。台车洞内安装完成后，需进行合模、脱模及行(2)在顶拱开挖线外上仰10。～15。施打~b50@200走等方面的调试，以确保台车运行灵活，各参数满cm长6m的超前管棚，然后通过该管道对坍方体进足工程需要。行固结灌浆．将松散堆积体固结成整体，每排管棚由于隧洞内一般烟尘、湿度大，工况较差，台间距1m。车的维护与保养对延长台车的使用寿命、提高工作(3)灌浆完成后用风镐进行人工开挖以减少扰效率至关重要。因此，需要定期对台车进行维护与动，先挖两侧拱脚再挖中间部分，以便在中间部分保养，主要项目有：各种螺栓支撑要清除积尘后涂开挖完成后尽快进行工字钢拱架施工，为增加拱架抹黄油并紧固；定期更换液压油及卷扬机的变速箱刚度，采用120，间距50CITI；同时，为加强拱脚承齿轮油；对变形的模板进行修复等。载能力．在每侧拱脚各增加4根西32长4．5m的锁2．2用全断面液压针梁式钢模台车作混凝土衬砌脚锚杆进行锚固。拱架之间用西25钢筋连接，问距1号与3号施工支洞间洞段Y1+69·0～Y2+50em，钢筋与拱架焊接以使拱架在纵向形成一个整514．009采用全断面针梁式钢模台车浇筑完成。钢体，增加其承载力。在拱架与岩体之间布设钢筋网模台车每仓浇筑段长12m，在钢模台车前面设简易片后立即喷射混凝土形成钢筋混凝土承力拱。的由钢管搭设而成的钢筋安装台车，人工安装钢筋。(4)在塌方体开挖支护完成后，需要再次对该钢筋安装按照浇筑方向逐段提前进行，底拱和边顶洞段及其上下游各10m范围内的隧洞进行固结灌拱钢筋同时安装。混凝土入仓采用泵送方式，每仓浆。特别是，顶拱部位根据塌方体高度适当增大灌面设置6个人仓口，采用人工仓内和钢模台车模板 水力发电2011年6月上附着式平板振动器进行振捣。顶拱混凝土强度满足设计所要求的拆模强度后，开始拆模并移动钢模台车。钢模台车单循环周期为4～5d。采用全断面针梁式钢模俞车浇筑混凝土的施工工艺，混凝土浇筑质量良好，断面尺寸控制准确，对保证引水隧洞的工程进度和工程质量都起到了决定性作用。但该施工方法也存在以下两类通病：①受钢模台车结构强度的限制，顶拱范同混凝土浇筑厚度在施工中控制在1．5m以内，因此顶拱范围排排气孔孔位(特别是塌方洞段)难以浇筑饱满，需要后期回填灌浆将空腔灌注密实；②浇筑过程中由于底拱范围内图1钢模台车排气孔孔位及排气管布置气泡聚集于混凝土表面，容易形成混凝土外观缺陷。铺设工字钢行走轨道供台车移动。台车移动到待浇因此，现场施工中采取如下施工措施予以改善，实筑段后，调节横送油缸使模板与隧洞中心对齐．然际效果很好后起升顶模油缸，顶模到位后把侧模用油缸调整到(1)为了保证台车顶拱部位混凝土同填密实．位，并把手动千斤顶及撑杆安装、上紧。钢模台车在距结构缝3m处的顶拱部位各设置1根西50lrlm校正时，先将顶拱部分的柔性搭接与上一仓混凝土排气钢管，钢管口距岩面约10cm，通过观察钢管严密锁定，再进行下游模板的校正，下游侧堵头模出口混凝土的掉落情况可以判断顶拱混凝土是否回板采用散模板拼装。台车两侧高有两层，每层各开填密实。当顶拱坍塌区较高时，可预先埋设4,1oo3个窗口，用于混凝土浇筑时进人、观察及振捣。回填钢管。将回填钢管弯曲成90。仲至顶拱塌方缺为了保证顶拱部位混凝土固填密实，同针梁钢口距岩石面20em处，混凝土拆模28d后．泵送}昆模台车一样在顶拱部位埋设了排气钢管。对坍塌区凝土进行回填，回填完毕后，将钢管割断用钢板进较高部位，采取了同样措施，埋设4,100钢管进行行封孔。混凝土回填(2)为改善钢模台车底拱范嗣的空气排出条件，2．4两种钢模台车的对比现场施工中多次试验选择了在钢模台车底拱范围设(1)穿行式钢模台车自重小．行动灵活，易于置3列排气孑L(见图1)．孔口尺寸250rain~250操作，可以分底拱与边顶拱两个工作面平行作业，mm，孔间距2．5m，列间距1．5m，排气孑L混凝土加快施工进度；但需要在底拱与边顶拱混凝土交接浇筑施工中兼作振捣、观察孔，当混凝土浇筑上升处设置橡胶止水，增加了一道工序；在底拱与边顶到孔口时用螺栓钢板封堵，浇筑时配合仓内人工振拱交接处容易形成错台，混凝土外观质量难以保证；捣平仓，同时控制两侧混凝土人仓均衡度。采取此施工干扰大，现场施工协调管理要求高。措施后，底拱混凝土表面外观缺陷范同大大减小。(2)针梁式钢模台车自重大，结构复杂，不如少量蜂窝麻面采用高标号环氧砂浆修面后打磨处理穿行式钢模台车灵活，且受施工通道影响较大。但2．3边■顶_l拱穿0行式0钢模0台车0进嚣行洞誊。身混凝土衬砌针梁式钢模台车立模、拆模速度快，运行效率高；1号施工支洞上游洞段采用边顶拱穿行式钢模混凝土整体性好，外观质量有保证台车进行浇筑，底拱混凝土和边顶拱混凝土单独浇对比这两种钢模台车，各有优劣。因此，在施筑。首先利用组合钢模先行浇筑底拱混凝土．在底工过程中应根据现场实际情况，选择适宜的台车进拱与边顶拱交接处设置一道水平施]_缝，再设置橡行混凝土浇筑。胶止水条。组合钢模质量轻，容易受到混凝土的挤3工程进度压而产生变形；因此，需要对模板设置足够数量的拉结钢筋，弧形桁架也应该具有较大的刚度。采用统计显示，在引水隧洞开挖过程中．单工作面分层平铺方式进行混凝土浇筑，对称进料、平仓．高峰月开挖进度达到120m，受塌方段影响，整体两侧混凝土保持同步上升，每一层浇筑厚度保持在平均月进度为62m。引水隧洞于2007年10月1日30～40cm，速度控制在每小时两层以内。开始开挖，2009年1月22日，引水隧洞全线贯通，为便于底拱与边顶拱平行作业及各仓面的流水为后续施工赢得了宝贵时间。2010年5月30日．作业，要求底拱先于边顶拱浇筑至少4仓。当底拱引水隧洞混凝土衬砌全部完成，为天花板水电站按混凝土达到设计强度的75％以后，在底拱混凝土上期投产发电奠定了坚实的基础。(下转第78页)困WaterPowerVo1．37No．6 水力发电2011年6月cm以上外敷3层编织袋，编织袋可采用废弃袋装水3大坝基础断层处理方案泥袋，编织袋采用细铅丝与钢模绑扎。根据设计图纸，断层处理方式主要为对揭露的5．2爆破振动控制断层进行局部拉槽后采用钢筋混凝土回填置换浅表为保护护坦已浇混凝土，需严格控制爆破振层软弱岩体，其中f1断层坝基区处理断面为9．5mx4动。根据护坦结构及fl断层位置状况和护坦各块mx5．5m(顶宽x底宽x高)梯形断面，fl断层护坦区混凝土浇筑时间(即龄期)，结合设计要求的安全处理断面为6．5mx4m~2．5m梯形断面。断层及其质点振动速度．按萨道夫斯基公式换算控制爆破振他较小断层和破碎带在坝基及护坦区出露规模较小。动一次同段爆破允许的安全装药量，单次爆破最大由于大坝护坦已完成1、3、8、9号块下部常态混凝药量为24kg。土浇筑。为避免爆破对已浇混凝土的破坏，经方案6控制爆破施工质量控制讨论．确定采用浅孔控制爆破进行置换开挖施工。控制爆破的质量控制措施主要有以下几点：①4浅孔控制爆破施工严格按照爆破设计布孑L后才能开钻造孔；②钻孔前4．1钻孔放线定位参照点，以控制钻孔深度；③钻孔时孔深、浅孔爆破主要采用手风钻造孔，孔径42mm，孔位应满足爆破设计要求；④对钻好的孔进行保护，钻孔深度L=I．OH(为层高)，浅孔爆破一般不考避免孔内或孔口堵塞；⑤装药前用高压风吹洗钻孔，虑超深。坝基区需分3层开挖，第一层和第二层孔装药尽可能装到底；⑥装药后认真封堵，采用15％深2m。第三层孑L深1．2In；护坦区孑L深2m。炮孑L含水率的黄泥堵塞，并用炮棍捣实。间距(0．5～1．0)，取1．2m。相邻两排炮孔按照梅7结语花形布置，炮孔排距b=(0．8～1．0)a，取1in。施工中根据实际情况调整炮孔的间、排距，避免造成大通过对坝基断层带采取浅层控制爆破开挖，有量飞石。效控制了爆破对坝基的扰动，开挖规格较好，满足4．2装药堵塞设计和规范要求。电站投产运行后，经过一段时间炸药选用西32mm乳化炸药。浅孔爆破以底板的检验，大坝运行安全稳定。抵抗线控制，根据经验公式WJ=(0．4～1．0)，结合(责任编辑常青)前期经验及断层带岩性特征，抵抗线按1．5m控制，炸药单耗量口约为0．35kg／m。，实际施工时根据地质条件及爆破效果适当调整炸药单耗。单孔装药量p=(上接第76页)(0．6～0．7)g×1xaxH=(0．756～0．882)kg，可装3．5～4结语4．5节．按4节0．8kg装药。为避免药卷变形，采用竹片捆绑药卷，将药卷布置在孔内中央。为降低(1)开挖与支护是地下洞室施工的两大工序，对孔口的破坏，孔口设置50cm堵塞段，与药包接按“新奥法”施工原理．必须对这两者作出统筹安触部位用编织袋等堵塞，既可固定药包，又可防止排。施工中应采取合理的开挖程序和方法，为支护上部堵塞材料进入孔壁降低不耦合系数，孔口部位施工提供有利条件；同时，应选择合理的支护时间，用岩粉、泥土堵塞。保证开挖后围岩的稳定。“新奥法”设计与施工、4．3起爆、清运光面爆破、洞室控制爆破技术在天花板水电站引水采用非电导爆管起爆、微差挤压爆破、波浪形隧洞施工中得以成功应用，保证了工期与质量。起爆网络。完成爆破后，采用反铲清渣、翻渣至临(2)对于塌方段的处理一定要小心谨慎，不可时施工道路。装自卸车运往指定渣场。盲目行事，首先要从地质角度分析造成坍塌的主要原因，在此基础上有针对性地采取加固处理措施，5爆破危害控制对堆积的松渣体切不可盲目出渣．以避免更大范围5．1爆破飞石控制坍塌甚至冒顶的可能。为避免爆破飞石，对已浇护坦混凝土块采用遮(3)边顶拱穿行式钢模台车与针梁式钢模台车挡的防护措施，在已浇各块混凝土外缘朝向爆破点作为水工隧洞混凝土施工的两种常见设备．其表现各面布设1．5m高的钢管架挡板，挡板采用现场施各有优劣，要根据具体情况选用。工摆放的组合钢模临时搭设，钢模外侧距地面50(责任编辑陈萍)困WaterPowerVo1．37No．6'