CN101349064B - 软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法 - Google Patents

软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法 Download PDF

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CN101349064B CN2008100458870A CN200810045887A CN101349064B CN 101349064 B CN101349064 B CN 101349064B CN 2008100458870 A CN2008100458870 A CN 2008100458870A CN 200810045887 A CN200810045887 A CN 200810045887A CN 101349064 B CN101349064 B CN 101349064B
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Abstract

一种软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,其竖井开挖直径≥20m,井深≥50m,首先采取安全预应力加固措施,即井侧边坡加设预应力锚索、井周围岩深孔固结灌浆以及沿井周浇筑钢筋混凝土锁口等;竖井开挖施工顺序为:反井钻机自上而下钻设Φ216mm的导孔→反井钻机自下而上扩挖成Φ1400mm的小导井→人工自下而上的扩挖成Φ2500mm的溜渣导井→人工自上而下扩挖。溜渣导井开挖采用人工钻爆,自然溜渣,机械井底装运;大井扩挖采用手风钻钻爆,液压反铲井内扒渣通过溜渣导井溜入底部通道,机械井底装运。它具有施工安排合理、多工种交替平行进行、节省工期的特点。

Description

软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及水电站土木工程施工方法,具体来说是水电站调压室竖井的施工方法。
背景技术
[0002] 水电站调压室工程为水室式圆形断面,其竖井的开挖直径大&20m)、井深段长(井深>50m),特别是在井壁围岩岩性软弱(围岩分类为V类)、强度较低、甚至还存在中等以上透水层、成井条件较差的地质条件下,按照一般的施工方案难以组织施工,且会拖长工期,影响水电站总体工程进度目标的实现。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,以保证施工安全、具体施工安排合理、统筹兼顾,以有效缩短施工工期。
[0004] 本发明的目的是这样实现的:一种软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,主要进行竖井开挖、竖井支护以及衬砌施工,竖井开挖直径>20m,井深>50m,竖井开挖施工前还采取:安全超前预加固措施,它包括:I)、在井侧边坡处加设预应力锚索;2)、对井围进行围岩深孔固结灌浆:在井周均布设置I〜3圈灌浆孔,孔深略小于竖井井深,灌浆孔中下放有多根锚筋束;3)、沿井周浇筑钢筋混凝土锁口,并沿井壁环向设置多排径向注浆锚杆,锚杆主体伸入基岩,外留部分浇入锁口混凝土中,且锁口底部设置型钢拱架、其上喷填有钢纤维混凝土层;
[0005] 调压室井身段采取先超前加固后开挖、先导井后扩挖、边开挖边支护的施工方案;同时,通过对围岩监测数据的反馈,及时调整施工支护参数;
[0006] 所述竖井开挖步骤如下:反井钻机自上而下钻设O 216mm的导孔反井钻机自下而上扩挖成①1400mm的小导井人工自下而上的扩挖成①2500mm的溜洛导井人工自上而下扩挖。溜渣导井开挖采用人工钻爆,自然溜渣,机械井底装运;大井扩挖采用手风钻钻爆,液压反铲井内扒渣通过溜渣导井溜入底部通道,机械井底装运;其中,溜渣导井开挖施工包括,I)、溜渣导井固结灌浆:溜渣导井布置在竖井中心位置,导井井周均布灌浆孔,孔深略小于竖井井深;2)、溜渣导井锁口支护:在导井进口处进行挂网喷锚支护;还具有下室隧洞及其前后渐变段导洞开挖支护施工:下室隧洞采用光面爆破施工,进洞采用管棚+混凝土锁口 +型钢拱架的联合支护方式;所述竖井支护采用由型钢拱架+钢筋网+锚杆+喷钢纤维混凝土组成的组合支护结构,且在竖井地质结构较差部位采用间隔式混凝土圈架承载环来约束围岩的变形。
[0007] 本发明的有益效果是:
[0008] I、发明人在福堂调压井采用“倒挂混凝土”创造的企业新记录月最大下挖深度15.0m,而瓦屋山水电站创造月最大下挖深度为24.0m。该方案对开挖、支护等技术的优化,对加快上施工进度效果明显。
[0009] 2、通过开挖支护和井筒液压滑模等施工技术、施工方法及施工工艺的应用,优化了施工组织设计,赶回工期36天。大井于2006年5月4日正式开始下挖,于2006年9月28日下挖至下室隧洞底板高程1002.9m,停止下挖进行下室隧洞的开挖,月平均进尺17.0m,月最大进尺24m,月完成25840m3开挖,如不考虑闭和圈梁施工时间,月平均进尺在20.0m ;井壁滑升于2007年3月2日起滑,于2007年4月10日滑升完毕,历时40天,滑升高度为81.20m,日均2.03m,单班最高滑升3.00m,完成钢筋制安为1266t,混凝土烧筑9065m3。
[0010] 3、能确保大型竖井施工的安全
[0011] 联合采用预应力锚索、井围浇筑混凝土锁口、井周围岩深孔锚筋束固结灌浆等预加固措施,解决了井固软弱岩石地质条件下成井条件差的问题,保证了施工安全。同时,竖井支护采用独有的型钢拱架+钢筋网+锚杆+喷钢纤维混凝土的组合支护结构,通过接触来改善围岩对拱架传力的均匀性,提高拱架结构的承载力,进而达到联合、整体受力而抑制围岩的变形。
[0012] 4、组合支护结构和闭和圈梁支护结构的成功运用,表明跨度大、井身高和地质条件差的条件下,竖井下挖只要技术、组织措施到位,可不局限于采取“倒挂混凝土”方案,对以后此类工程的方案选择具有借鉴意义。
[0013] 5、井壁直溜管系统、井壁钢筋正、反丝滚轧直螺纹套筒技术连接及辅助绑条搭接焊等的应用,简化了入仓手段和钢筋连接,不仅加快了施工速度,也节约了成本。
[0014] 6、溜渣导井开挖时在吊笼上安装的可旋转重合的钢板,既能保证安全,又对其他类似项目的安全施工提供了一个很好的方法。
[0015] 7、取得的经济效益:
[0016] (I)承包人降低投入:
[0017] ①、承包人减少资源投入(36天):HZS60型拌和站(一座),MDQ540门机(一台),6m3砼运输车4辆,人员120人;共减少投入80万元;
[0018] ②、钢筋搭接焊改套筒联接:17万元(共有竖向接头42704个)。
[0019] (2)发包人降低投资:
[0020] ①、临时支护锚杆与系统锚杆的结合运用节省费用:28.9万;
[0021] ②、减少固结灌浆48万元(共4536m);
[0022] ③、替代倒挂砼浇筑方式,节省投资82万元;
[0023] ④、抢回工期36天,提前实现发电目标。
[0024] 本施工方案的不同之处:
[0025] 原方案:国内竖井开挖技术已经相当成熟,对于跨度大、井身高和地质条件差的竖井开挖基本均采用“倒挂混凝土”护壁的方式下挖,即大井采用倒挂混凝土自上而下、分层紧跟开挖面作为一期支护,开挖完后,液压滑模浇筑作为二期衬砌的施工方案。优点:支护刚度好,岩石暴露时间短,开挖、临时支护与永久砼衬砌之间间隔时间极短。在上述地质条件下,完全可以较好地控制因地质因素产生的安全隐患,是国内类似工程和类似地质情况下通常实施的技术方案;缺点:设置倒挂混凝土系统在此面需要较大的平面布置空间,施工工艺复杂,每次砼施工时间较长,开挖支护的进度十分缓慢,难度较大,投入较大,如果工程的总体工期许可,本方案从安全角度属首选方案。
[0026] 本方案:大井采用“超前加固+锚杆+钢支撑+喷钢纤维混凝土 +圈梁的联合支护”自上而下、分层紧跟开挖面作为一期支护,液压滑模二衬的施工方案。优点:施工工艺简单,难度小,开挖支护速度快,投入小;缺点:支护刚度柔,岩石暴露时间长,开挖、临时支护与永久砼衬砌之间间隔时间长,安全风险大。
附图说明
[0027] 图I是瓦屋山水电站调压室剖面示意图;
[0028] 图2是调压井扩挖出渣示意图;
[0029] 图3是调压室超前固结灌浆孔孔位布置图;
[0030] 图4是闭合圈梁结构图;
[0031] 图5是竖井结构横向剖面图。
具体实施方式
[0032] 一种软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,主要进行竖井开挖、竖井支护以及衬砌施工,竖井开挖直径>20m,井深沾0m,述竖井开挖施工前还采取:
[0033] 安全超前预加固措施,它包括:
[0034] I)、在井侧边坡处加设预应力锚索;
[0035] 2)、对井围进行围岩深孔固结灌浆:在井周均布设置I〜3圈灌浆孔,孔深略小于竖井井深,灌浆孔中下放有多根锚筋束;
[0036] 3)、沿井周浇筑钢筋混凝土锁口,并沿井壁环向设置多排径向注浆锚杆,锚杆主体伸入基岩,外留部分浇入锁口混凝土中,且锁口底部设置型钢拱架、其上喷填有钢纤维混凝土层;
[0037] 调压室井身段采取先超前加固后开挖、先导井后扩挖、边开挖边支护的施工方案;同时,通过对围岩监测数据的反馈,及时调整施工支护参数;
[0038] 竖井开挖步骤如下:
[0039] 反井钻机自上而下钻设O 216mm的导孔反井钻机自下而上扩挖成①1400mm的小导井人工自下而上的扩挖成0 2500mm的溜渣导井人工自上而下扩挖。溜渣导井开挖采用人工钻爆,自然溜渣,机械井底装运;大井扩挖采用手风钻钻爆,液压反铲井内扒渣通过溜渣导井溜入底部通道,机械井底装运;其中,溜渣导井开挖施工包括,
[0040] I),溜渣导井固结灌浆
[0041] 溜渣导井布置在竖井中心位置,导井井周均布灌浆孔,孔深略小于竖井井深;
[0042] 2)、溜渣导井锁口支护
[0043] 在导井进口处进行挂网喷锚支护;还具有下室隧洞及其前后渐变段导洞开挖支护施工:
[0044] 下室隧洞采用光面爆破施工,进洞采用管棚+混凝土锁口 +型钢拱架的联合支护方式;所述竖井支护采用由型钢拱架+钢筋网+锚杆+喷钢纤维混凝土组成的组合支护结构,且在竖井地质结构较差部位采用间隔式混凝土圈架承载环来约束围岩的变形。
[0045] 工程实施例:
[0046] 四川瓦屋山水电站调压室工程为水室式圆形断面,开挖直径20.0m,衬砌后直径16.0,井深107.20m,其中井身段83.2m(见图I)。工程位于颜湾滑坡及李湾2号滑坡后侧斜坡,井顶土层稳定性差,调压室左侧为顺向坡,岩层倾角28〜33度,且层中分布有泥化夹层及层间错动带,加之受构造裂隙切割,对井壁稳定极为不利。调压室高程1027m以上段为风化卸荷岩体,厚63m,其围岩岩性软弱,强度较低,成井条件较差,围岩分类为V类;高程1027m以下为新鲜岩体,围岩分类为V类。同时在高程1067.51m、1047.67m及987.62m分布三条层间错动带,厚分别为2.54m、3.77m与1.59m ;在高程1046.94m及1016.38m,分布两层泥化夹层,厚分别为0.01m与0.09m。岩体强、弱风化带厚7.27m与56.58m,强、弱卸荷带铅直厚度分别为24m与27m。EL.1030.70上部岩体属于较严重及中等透水层,以下属于微透水层。以上地质资料显示,瓦屋山水电站调压室大部分属风化卸荷岩体,其围岩岩性软弱,强度较低,成洞条件较差。
[0047] 根据四川大学水电学院对调压室井周深孔预固结灌浆所做的灌前声波测试揭示:调压室岩石类别为软质岩,调压室井深小于IOm段,平均波速1947m/s,波速比
0.45,完整性系数0.21,为强风化(上限)段,完整程度为较破碎,围岩类别为V类;调压室井深10-60m段,平均波速2508m/s,波速比0.58,完整性系数0.35,为强风化(下限)段,完整程度为完整性差(上限),围岩类别为IV2;调压室深大于60m段,平均波速3021m/s,波速比0.70,完整性系数0.50,为弱风化段,完整程度为完整性差(下限),围岩类别为IV115
[0048] 针对上述问题,本发明人提出了在施工中不断总结、不断创新,提出了本发明独有的施工方法。
[0049] 施工程序:首先进行调压室边坡的开挖支护施工,在边坡开挖支护的过程中开始穿插进行大井周圈一期预固结灌浆和导井开挖施工;待边坡预应力锚索施工完毕后开始进行大井扩挖施工。当大井从上至下扩挖到高程1002.90m后进行下室左、右侧耳洞开挖及支护(在耳洞开挖结束后立即进行耳洞混凝土衬砌施工,其后进行而洞回填灌浆施工),其后进行大井底部连接段开挖,待连接段混凝土浇筑至高程1001.80m后进行井筒混凝土施工和前、后渐变段扩挖及混凝土施工,最后进行上室2m厚边墙及爬梯、钢梯安装施工。
[0050] 具体施工方案如下:
[0051] 图I示出,竖井I井壁为钢筋混凝土衬砌层、厚2m,竖井内空直径18m,井深83.2m,井上口有填筑石方3,井底与下室隧洞2连通,下室隧洞渐变段上顶坡度为2%,下底坡度1%,井底与下室隧洞交接处设置有止水铜片4。调压室竖井正常运行水位1070.96m,最低运行水位1010.98m,最高涌浪水位1095.517m,最低涌浪水位1004.63m。
[0052] 调压室井身开挖采取先超前加固后开挖、先导井后扩挖、先模拟试验爆破再井壁实际开挖爆破、边开挖边支护的方法,通过监测单位提供的数据,及时分析,及时采取应急方案。大井开挖顺序为:反井钻机自上而下钻设O 216mm的导孔一反井钻机自下而上扩挖成①1400mm的小导井一人工自下而上的扩挖成①2500mm的溜洛导井一人工自上而下扩挖。溜渣导井开挖采用人工钻爆,自然溜渣,机械井底装运;大井扩挖采用手风钻钻爆,液压反铲井内扒渣通过溜渣导井溜入底部通道,机械井底装运。图2中,竖井井控直径20m。竖井上口有钢筋混凝土锁口 5,溜渣导井9上有PC200挖掘机6,下室隧洞中有ZL50c侧卸装载机7和15t自卸汽车8。
[0053] 调压室井身衬砌采用液压滑模连续一次衬砌完毕,在施工过程中重点研究了垂直入仓方式,、钢筋的连接方式、浇筑速度和滑升速度之间的关系、液压滑模的运行控制等。
[0054] I、安全超前预加固措施:
[0055] ①由于调压室左侧为顺向坡,岩层倾角28〜33度,且层中分布有泥化夹层及层间错动带,加之受构造裂隙切割,对井壁稳定极为不利。因此,为了保证大井下挖期间左侧边坡的稳定和遏止左侧顺层滑坡,特在左侧边坡加设了 16根200T级的预应力锚索,其具体布置及参数如下:在左侧边坡EL: 1085高程布置4根200T级预应力锚索,锚索孔俯角为65° ; EL.1087高程布置5根200T级预应力锚索,锚索孔俯角为65° ; EL.1092高程布置3根200T级预应力锚索,锚索孔俯角20° ; EL.1095高程布置4根200T级预应力锚索,锚索孔俯角为20°。
[0056] ②为了改善调压室井周围岩岩体的力学性能,恢复其整体性,提高围岩的弹性模量和抗压强度,提高围岩自身的安全稳定性,保证井挖期间的施工安全,开挖前对井周进行围岩深孔超前加固固结灌浆。具体为(参见图3):调压室井周布置3圈超前深孔预固结灌浆:内圈10(R= Ilm)及中圈11(R= 13m)各布置46个灌浆孔,灌浆高程EL.1082m〜EL.1006m,外圈12(R = 15m)靠左侧210°范围内布置25个灌浆孔,灌浆高程为EL.1082m〜EL.1039m。同时内圈灌浆孔内全部下放3根028的锚筋束,中圈及外圈左侧135°范围内灌浆孔下放3根028的锚筋束,
[0057] 固结灌浆采用的自上而下,孔口封闭,分段灌浆的方法,段长依次为3m、5m、5m、7m、7m、7m、7m、5m;灌衆压力根据其压力计算公式计算出了初拟的压力值,在施工过程中由于达到出拟设计压力值时,频繁出现抬动超值现象,进行了相关的调整,调整前后压力对比值见下图:
[0058] 调压室超前固结灌浆调整前后对比
[0059]
孔深(m)~|0〜3 |3〜8~|8〜13 Il3〜20丨20〜27丨27〜34丨34〜41丨41〜76
初拟压力值 0.3〜~ 0.5〜~0.7〜 1.0〜 1.2 ~~1.7〜
0.2 ~ 0.3 3.0
P(MPa) 0.4 0.6 1.0 1.2 1.5 2.0
调整压力值
0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5
P(MPa)
[0060] ③调压室井口锁口设计
[0061] 竖井贴山体垂直下挖,不可避免的要影响到山体的稳定和周围表面围岩的松散变形。因此,在竖井大面积开挖前沿井周浇筑钢筋混凝土锁口形成承载环,来抵抗山体和井口表面层的不松散变形。具体如下:
[0062] I、锁口混凝土设计为 0.5m 厚,4.0m 高,浇筑高程 EL.1079.3m 〜EL.1083.3m,
混凝土标号同上室底板标号为C25普通混凝土。
[0063] II、在已经浇筑的第一层1.3m厚的上室底板混凝土井周水平布置两排注浆锚杆,排距0.4m,间距2.0m,梅花型布置,锚筋为028的II级钢筋,L = 1.2m,伸入混凝土 0.8m,外露 0.4m。
[0064] III、锁口设两圈环向圆弧钢筋,外圈为022@20,内圈为028@20,竖向钢筋为①22@20。
[0065] IV、在沿井壁环向设置3排028注浆径向锚杆,间距2.0m,梅花型布置,伸入基岩5.0m,外留0.4m烧入锁口混凝土中。
[0066] V、锁口底部设置3榀I2tla号型钢拱架,间距0.3m,然后喷C25钢纤维混凝土 20cmo
[0067] 2、竖井开挖施工方法:
[0068] 大井开挖顺序为:反井钻机自上而下钻设0 216mm的导孔一反井钻机自下而上扩挖成①1400mm的小导井一人工自下而上的扩挖成①2500mm的溜洛导井一人工自上而下扩挖。溜渣导井开挖采用人工钻爆,自然溜渣,机械井底装运;大井扩挖采用手风钻钻爆,液压反铲井内扒渣通过溜渣导井溜入底部通道,机械井底装运。
[0069] ①溜渣导井开挖:
[0070] I),溜渣导井固结灌浆
[0071] 溜渣导井布置在调压室井中心位置,溜渣导井上部锁口设计开挖尺寸为3.1m,支护后尺寸为3.0m;溜渣导井设计尺寸为2.5m的圆周。固结灌浆布置在直径为3.5m的周圈,共计布置7个超前深孔(垂直孔)灌浆孔,间距1.5m,孔深76m。
[0072] 2)、溜渣导井锁口支护
[0073] 考虑到溜渣导井周围已经完成固结灌浆,利用其对岩石整体性能的加强,对进口仅进行了简单的挂网喷锚支护,具体为:钻设022的锚杆,L = 2.0m@1.5m,挂0 6.5@20X20的钢筋网片,喷C25钢纤维混凝土 10cm。
[0074] 3)、溜渣导井开挖
[0075] 在井顶平台采用LM-2000型反井钻机沿竖井中心线开挖①1400mm小导井,待其小导井形成并溜渣导井上锁口支护完成后,采用自下而上的反井法扩挖至2.5m。施工时,先在井台部位设置安全防护栏网,溜渣导井井台处设置龙门架,配合5t卷扬机,通过吊笼运输材料、工具等,作业人员均随吊笼上下,并在吊笼中实施钻爆作业。扩挖均采用人工通过吊笼(吊笼上安装的可旋转重合的钢板作为安全平台)自下而上在向导井四周打辐射孔,自下而上爆破,每次爆破高度为10m。
[0076] ②竖井扩挖:
[0077] 大井扩挖采用自上而下扩挖、导井溜渣的施工方法施工,按照平面分区、竖向分层的原则,在平面上分三区开挖,施工时可实现钻孔、爆破、出渣、支护的交替平行作业,竖向按照两个支护循环为一层,确定其开挖高度为1.6m左右。
[0078] 钻爆采用12台TY-28手风钻钻孔,孔径O42mm,主爆破孔孔距0.9m,排距0.7m,周变孔孔距0.45m,孔深1.8〜2.0m。乳化炸药、非电毫秒雷管分段起爆,炸药单耗控制在0.35kg/m3左右。
[0079] 爆破渣料通过井内的一台PC200液压反铲扒入溜渣井内,然后通过井下的ZLC50装载机装车运走。井内液压反铲在爆破时采用弹性橡胶垫将反铲覆盖防护。上下交通采用竖向爬梯,爬梯采用钢筋焊接而成,竖向紧贴井壁布置,共计布置4个爬梯;材料运输直接通过布置在井顶的起重设备运输。
[0080] ③下室隧洞、前后渐变段开挖支护:
[0081] 下室隧洞开挖采用常规的光面爆破施工,进洞采用管棚+混凝土锁口 +型钢拱架的联合支护方式。
[0082] 前后渐变段导洞(施工通道07.0m)开挖采用常规的爆破方式,扩挖采用先1/3幅,然后型钢拱架+锚喷支护,然后进行2/3幅开挖支护,支护采用型钢拱架+锚喷支护,拱架安装完后,两者对接恢复拱型。
[0083] 前后渐变段扩挖前均超前采用垮过该段的超长管棚支护。
[0084] 3、开挖过程围岩稳定性以及安全支护技术措施:
[0085] 调压室周边虽然通过了超前固结灌浆及锚筋束加固,提高了围岩的整体强度及围岩级别,使得承载能力有所提高,稳定性有所改善。但是,由于调压室跨度大、井身高、地质条件差,因此开挖期间除按照常规的喷锚支护,还需要采取某种闭合环承载结构接触围岩来提高其井壁的刚性。鉴于围岩地质情况本身的安全支护要求及加强井周刚度的需要,开挖期间支护方式采用挂网+锚杆+型钢拱架+喷C25钢纤维混凝土 +井周圈梁钢筋混凝土,即采取钢支撑钢筋网组合结构紧贴井壁围岩并用喷C25钢纤维混凝土作为主要的组合结构支护方式,同时在地质揭示较差的部位采取间隔式混凝土圈梁承载环(闭合圈梁支护结构)来约束围岩的变形。
[0086] I)、组合支护结构(见图5,型钢拱架20+钢筋网19+锚杆22+喷钢纤维21)施工中,型钢拱架钢筋网结构紧贴井壁围岩设置,锚杆设置在拱架底部并与拱架焊接,用C25钢纤维喷混凝土充填拱架,形成临时支护结构主体。主要通过面接触来改善围岩对拱架传力的均匀性,提高拱架结构的承载,进而达到联合、整体受力而抑制围岩的变形,从实施的效果及监测数据来看,该组合结构对抑制大井变形的作用是十分有效的,达到了预期的目的。组合结构具体参数为:
[0087] ①锚杆:采用注浆锚杆,布置在型钢拱架下部,长L = 4.5m,深入岩石4m,夕卜露50cm并设弯钩与型钢拱架焊接,间距为2m,采用028的钢筋制作,起到固定型钢拱架和锁定该部位围岩的双重作用。
[0088] ②钢筋网结构:06.5@20cmX20cm,在个别岩石比较破碎处采用0 8.0@20cmX 20cm。
[0089] ③拱架结构:型钢拱架采用I2tla的工字钢,通过LDLW-175性型钢冷弯机加工成弧段,人工现场焊接组装,并与系统锚杆外露端头焊接,间距50cm〜80cm,型钢拱架之间采用028竖向钢筋连接,间距80cm。
[0090] ④在型钢拱架及钢筋网上喷C25钢纤维混凝土 20cm厚,使之形成整体受力。钢纤维混凝土采用湿喷,钢纤维掺量30kg/m3,在超挖超过40cm的部位采用模喷。
[0091] 2)、闭合圈梁支护结构
[0092] 超前加固+组合支护结构在错动带与裂隙相互不利组合、岩石破碎及软弱层处,仍显得支护刚度不够,暴露时间久了,可能出现塌方现象,引起局部变形而影响整个大井的失稳。因此,在岩石破碎地带,采用闭合圈梁支护结构(见图4)代替组合支护结构作为承载环来提高其井周的刚性支护。圈梁设计具体如下(图中有竖井轴线13、设计体型线14):
[0093] ①圈梁断面高为1.5m,厚0.6cm,混凝土标号为C25二级配,嵌入井壁内且不占永久体形。
[0094] ②钢筋:配置内外两层钢筋,竖直方向钢筋15采用028@16cm,环向钢筋16采用0 22@20cm,拉筋17012间排距为0.5mX0.5m。
[0095] ③锚杆:圈梁内布置两排砂浆锚杆18,分别离圈梁上、下40cm布置,水平方向按照2m间距错开布置,锚杆钢筋为0 28,长L = 5.4m,锚入岩石5m,外露40cm烧入圈梁混凝土中。
[0096] 4、闭合圈梁支护结构:
[0097] 在大井开挖施工过程,发现在高程1030m、1020m、IOlOm左右岩石破碎,错动带与裂隙相互切割,通过对监测数据的分析、研究,考虑到型钢拱架钢筋网组合支护结构可能刚度仍显不够,耽心岩石暴露久了产生突变引起掉块、塌方,进而引发大的事故,决定在这些位置加设圈梁(闭合钢筋混凝土承载受力环),圈梁布置不占结构体形,嵌入井壁中,厚度为60cm,高度为1.50m,配筋同设计永久结构,同时圈梁内布置两排0 28的砂浆锚杆,L = 5.4m@2.0m,外露50cm(参见图4)。
[0098] 闭合圈梁处围岩采用人工开挖,混凝土立模用3015钢模板拼装,利用直溜筒入仓烧筑。
[0099] 5、液压滑模衬砌的施工:
[0100] I)滑模工作原理
[0101] 根据调压井结构形式和布置特点,设计制作的滑模单重约50t,主要由操作平台系统、模板系统、液压支撑系统和辅助系统等组成(见图7)。其工作原理为:液压滑模以调压室底板(阻抗孔板)为基础,在整个圆周上以42根048mm钢管支撑杆。将液压穿心千斤顶套装在每根支撑杆上。通过螺栓把液压千斤顶的底座与悬臂提升架的顶部连接在一起。模板与提升架采用螺旋千斤支撑。操作液压机构驱动液压千斤顶,带动提升架、模板等沿支撑杆向上滑动,然后进行模板调平及钢筋绑扎和混凝土衬砌浇筑,如此循环。
[0102] 2)混凝土浇筑
[0103]井壁环向钢筋部分采用滚轧直螺纹套筒技术连接、部分采用绑条搭接焊连接,竖向钢筋全部采用滚轧直螺纹套筒技术连接。
[0104] 混凝土垂直运输通过布置在井顶EL. 1085平台的HBT-80混凝土输送泵至井口的直溜管集料斗溜至直溜管直接入仓。具体为:混凝土由井口搭设的直溜管集料斗一直溜管一模体仓面。随着模体滑升,不断拆除直溜管系统。
[0105] 混凝土配合比按照0.2〜0.4kN/cm2(脱模强度)进行设计,拌和楼出机口坍落度为14〜18cm(水灰比为0.48),经过罐车运输环节、泵送环节和直溜管环节,到仓里面混凝土坍落度损失至10〜12cm,初凝时间为3〜4个小时。
[0106] 液压滑升模板每隔0.5〜1.0小时,提升2〜3个行程,以破坏混凝土对模板的粘结力。滑模千斤顶行程为5cm/次,滑模每次滑升不超过30cm,日滑升高度控制在2.0m左右,停滑间隔最长不得超过2小时。
[0107] 滑模的水平度检测:用水准管在上平台测出水平线,量出水平线至各千斤顶的高度,通过所测数据来检测水平度;
[0108] 滑模的垂直度检测:在1084.00高程设两个控制点,每次测量时从模体上吊下锤球分别测出与两个控制点的误差,从而判断模体的偏移和扭曲,每滑行500〜IOOOmm检测一次,在测量模体偏移时必须先将滑模用透明水管找水平,这样测出的数据才准确。
[0109] 下室隧洞与井壁相交部位的处理:在液压滑模滑升该部位以前,提前在该部位用普通钢模板+满堂红架子搭设洞眼形状,使其滑模滑升至该部位时候能顺利通过。但浇筑时应注意,混凝土料不应直接流落到模板,避免冲击过大而使模板发生变形。
[0110] 6、下室隧洞前后渐变段浇筑:
[0111] 下室隧洞和前后渐变段浇铸均采用普通钢模板+满堂红架子的方式立模,卧式混凝土输送泵于井底隧洞位置泵送入仓。
[0112] 本发明方案概述为:
[0113] 在下述跨度大、井身高和地质条件差的条件下,采取超前加固(井周超前深孔固结灌浆+锚筋束)+组合支护结构(型钢拱架+钢筋网+锚杆+喷钢纤维)+砼闭合圈梁支护结构(支护刚性不够用其代替组合支护结构)的开挖支护方案。
[0114] 本发明适用范围:
[0115] (I)、调压室竖井开挖直径2 20m,井深>50m ;
[0116] (2)>岩层为粉砂质泥岩和泥质粉砂岩及泥灰岩薄层,岩层产状N15° E/SE Z 28〜33°,层间错动带及构造裂隙复杂,透水严重;
[0117] (3)>围岩岩性软弱,强度较低,成洞条件差,且基本为V类围岩。

Claims (5)

1. 一种软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,主要进行竖井开挖、竖井支护以及衬砌施工,竖井开挖直径>20m,井深250m,其特征是:所述竖井开挖施工前还米取:安全超前预加固措施,它包括:1)、在井侧边坡处加设预应力锚索;2)、对井围进行围岩深孔固结灌浆:在井周均布设置I〜3圈灌浆孔,孔深略小于竖井井深,灌浆孔中下放有多根锚筋束;3)、沿井周浇筑钢筋混凝土锁口,并沿井壁环向设置多排径向注浆锚杆,锚杆主体伸入基岩,外留部分浇入锁口混凝土中,且锁口底部设置型钢拱架、其上喷填有钢纤维混凝土层;调压室井身段采取先超前加固后开挖、先导井后扩挖、边开挖边支护的施工方案; 同时,通过对围岩监测数据的反馈,及时调整施工支护参数;所述竖井开挖步骤如下:反井钻机自上而下钻设Φ216ιηιη的导孔一反井钻机自下而上扩挖成Φ1400ιηιη的小导井一人工自下而上的扩挖成Φ2500mm的溜渣导井一人工自上而下扩挖;溜渣导井开挖采用人工钻爆,自然溜渣,机械井底装运;大井扩挖采用手风钻钻爆,液压反铲井内扒渣通过溜渣导井溜入底部通道,机械井底装运;其中,溜渣导井开挖施工包括,1)、溜渣导井固结灌浆溜渣导井布置在竖井中心位置,导井井周均布灌浆孔,孔深略小于竖井井深;2)、溜渣导井锁口支护在导井进口处进行挂网喷锚支护;还具有下室隧洞及其前后渐变段导洞开挖支护施工:下室隧洞采用光面爆破施工,进洞采用管棚+混凝土锁口 +型钢拱架的联合支护方式;所述竖井支护采用由型钢拱架+钢筋网+锚杆+喷钢纤维混凝土组成的组合支护结构,且在竖井地质结构较差部位采用间隔式混凝土圈架承载环来约束围岩的变形;所述竖井的组合支护结构中,型钢拱架钢筋网结构紧贴井壁围岩设置,锚杆设置在拱架底部并与拱架焊接,用C25钢纤维喷混凝土充填拱架,形成组合支护结构主体;所述井侧边坡预应力锚索为200T级的16根,分别在高差间距为2〜5米的位置设置,同一高程设置3〜5根锚索,同一高程锚索的锚索孔俯角相等;井周I〜3圈灌浆孔内均下放3根锚筋索;固结灌浆采用自上而下、孔口封闭、分段灌浆的方法,段长为3〜 7m,灌浆压力随孔深增大,最大为1.5MPa。
2.根据权利要求I所述软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,其特征是:所述井周钢筋混凝土锁口设计为0.5m厚、4m高,锁口内埋设有两圈环向圆弧钢筋,且沿井壁径向均布设置有3排Φ28径向注衆锚杆,锚杆体伸入基岩5m,外留0.4m 浇入锁口混凝土中。
3.根据权利要求2所述软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,其特征是:所述溜渣导井的挂网喷锚支护具体为:钻设Φ22的锚杆,L = 2.0m@1.5m,挂 Φ6.5@20αηΧ20cm的钢筋网片,喷C25钢纤维混凝土 IOcm ;溜洛导井开挖具体为:在井顶平台采用LM-2000型反井钻机沿竖井中心线开挖Φ 1400mm小导井,待其小导井形成并溜渣导井上锁口支护完成后,采用自下而上的反井法扩挖至2.5m;大井扩挖采用自上而下扩挖、导井溜渣方式施工,按照平面分区、竖向分层的原则,在平面上分三区开挖,施工时可实现钻孔、爆破、出渣、支护的交替平行作业,竖向按照两个支护循环为一层,确定其开挖高度为1.6m左右。
4.根据权利要求3所述软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,其特征是:所述下室隧洞的前后渐变段导洞开挖采用爆破方式,扩挖采用先1/3幅,然后型钢拱架+锚喷支护,然后进行2/3幅开挖支护,支护采用型钢拱架+锚喷支护,拱架安装完后,两者对接恢复拱形;前后渐变段扩挖前均超前采用跨过该段的超长管棚支护。
5.根据权利要求4所述软弱岩石地质条件下水电站调压室竖井的施工方法,其特征是:所述竖井衬砌采用液压滑模连续一次衬砌施工方式。
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