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                尋烏縣太湖水庫工程導流洞洞身開挖及一次支護方案

                尋烏縣太湖水庫工程導流洞洞身開挖及一次支護方案

                 

                招投標管理中心   衛瑞崗

                 

                1工程概況

                烏縣太湖水庫工程位于尋烏水干流上游,壩址地處江西省贛州市尋烏縣水源鄉太湖村,距尋烏縣城約 47km。是一座以供水為主,兼顧灌溉和防洪等綜合效益的中型水利樞紐工程,總庫容 2384×104m3。工程等別為Ⅲ等中型工程,主要建筑物為 3 級,次要建筑物為 4 級,主要由鋼筋混凝土面板堆石壩、溢洪道、導流洞、輸水隧洞、上壩公路等組成。

                導流隧洞布置在大壩左岸山體,洞徑 6.6m,總長 322.14m,采用厚 0.3m C25鋼筋混凝土襯砌。進、出口底高程分別為390.0m、385.67m,洞內縱坡i=0.014。洞身段圍巖性質主要為花崗斑巖。

                2水文氣象

                工程所在流域屬亞熱帶濕潤季風氣候區,暖和濕潤,雨水充沛,四季分明,無霜期長。多年平均降水量為1839.0mm,降雨年際變化很大,最大年降雨量為2630.5mm(2012年),最小年降雨量為1126.6mm(1978年),降雨年內分配極不均勻,其中4~6月降雨量占全年的45.2%左右,1~3月份降雨量約占全年的22.3%,7~9月份降水量是全年的20.9%,10~12月份降水量僅占全年的11.6%。流域多年平均蒸發量890.6mm,最大年蒸發量為1368.8mm(1988年),最小年蒸發量為726.4mm(2012年)。多年平均氣溫為17.6℃,極端最高氣溫40.0℃(2010年)、最低氣溫-11.1℃(1991年)。夏季風向偏南,冬季風向偏北,春秋季風向多變,多年平均風速1.3m/s,多年平均最大風速12.4 m/s,最大風速19 m/s(1984年)。多年平均日照數為1604.9小時,多年平均年無霜期259天。

                3工程地質

                導流隧洞布置于左岸山體中,山體地形較完整,沿線無深切沖溝。導流洞沿線多被第四系全新統殘坡積層所覆蓋,厚度一般2.5~3.1m,進出口均基巖裸露,導流洞沿線不良物理地質現象不甚發育。

                導流洞沿線穿越巖層主要為燕山早期第二階段第二次第二層(γ52-2b-2)侵入的花崗斑巖及第四系松散堆積物。隧洞沿線斷層構造不發育,但節理裂隙發育,主要發育四組。導流洞區地下水類型為基巖裂隙水,水量不豐。

                洞身段00~60m、300~320m上覆圍巖厚度小于3倍洞徑,圍巖主要為弱風化上部巖體,局部為弱風化下部巖體,成洞條件較差,工程地質分類屬Ⅳ類圍巖,圍巖穩定性較差,需支護襯砌。40~300m上部圍巖主要為弱風化下部巖體,成洞條件相對較好,工程度地質分類基本屬Ⅱ、Ⅲ類圍巖,圍巖局部穩定性差,需采取臨時支護處理。

                4施工組織管理

                4.1施工組織機構

                根據工程特點及爆破工程屬于專業工程,成立了導流洞爆破工程指揮部。

                指揮部下設爆破隊、運輸隊、噴錨隊和事故應急隊四個隊。其中爆破隊下設技術組、施工組、安全檢查組、質量檢查組、爆炸物品管理組、警戒組和后勤組。噴錨隊下設鋼筋組、噴混凝土組。每隊安排兩組人員,保證24小時輪流換班作業。

                4.2管理職責

                爆破工程指揮部:負責領導協調工作(指揮1人,副指揮2人)。

                爆破隊:負責施工中的安全、質量、進度、人員安排等工作及與運輸隊,指揮部的協調工作(隊長1人,副隊長2人)。

                運輸隊:負責石方清運、鋼筋(鋼拱架)運輸和混凝土運輸。

                噴錨隊:洞身開挖后一次支護。

                事故應急隊:負責突發事故(塌方、炸傷、涌水等)處理。

                技術組:負責施工中的爆破技術工作,指導施工人員按設計施工及爆破后的安全處理(由爆破技術人員及有豐富經驗的爆破員擔任)。

                施工組:負責鑿巖爆破的施工(由鑿巖工和爆破員組成)。

                安全、質量檢查組:檢查施工質量和安全措施的落實情況,協助技術組進行爆后的安全處理。對施工質量和施工安全負責(由爆破技術人員及有豐富經驗的爆破員擔任)。

                爆炸物品管理組:按有關法規和規章制度驗收、保管、發放、回收、檢測爆破器材(由取得爆炸器材保管員資格證,工作責任強的人員擔任)。

                警戒組:負責安全警戒工作,爆破時,要按設計要求,把無關人員和相應的設備撤離到安全位置。

                后勤組:負責材料、工具等的采購、運輸等。

                鋼筋組:負責錨桿、鋼筋網(片)、鋼拱架制作與安裝。

                噴混凝土組:負責混凝土拌制與噴射。

                5、施工準備

                5.1人員準備

                各施工組人員根據施工進度計劃安排分階段、分批到達工地。

                5.2機械設備進場

                工程所需裝載機、挖機、空壓機、噴漿機、攪拌機、注漿機、拱架彎曲機、電焊機、水泵等根據施工需要提前進場。

                通風機在洞身開挖至30m前進場。

                5.3輔助設施制作

                爆破施工臺架(大斷面隧洞所采用)、鐵皮水箱(10m3)提前進行加工制作。

                5.4原材料進場

                火工材料提前與當地民爆公司協商保證按期供應。

                水泥、石子、砂、鋼筋(型鋼)等原材料提前與供應商聯系好并報檢試驗機構,由檢驗合格的生產廠家簽定合同后供應。

                6、洞身石方開挖

                導流洞洞身開挖在洞口明挖結束后進行。

                6.1總體開挖方案

                導流洞全長約322m,根據進度計劃安排,從進口和出口方向分兩個工作面同時進行施工。導流洞開挖整體分兩次進行,第一次進行洞身上部3/4開挖,全部貫通后,再進行下部1/4拉底。

                導流洞進、出口段圍巖為Ⅳ類圍巖,巖石平行于隧洞發育。根據圍巖的地質條件并結合開挖斷面(大面積開挖不利于巖石的穩定性),擬分三部分開挖,施工時先開挖左上半部分并一次支護,再開挖右上半部分并一次支護,然后完成下部的1/2部分的開挖。洞身段圍巖為Ⅱ、Ⅲ類圍巖,巖石堅固系數較大,地質情況良好,一次采用光面爆破技術進行上部3/4開挖,隨后進行錨桿支護。

                開挖采用手風鉆鉆孔,周邊光面爆破,Ⅳ類圍巖開挖進尺0.8~1.0m,Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖進尺2.5~3.0m。全部采用ZL50裝載機裝渣,倒退至洞外,直接運輸至洞口渣場(后期作為大壩過渡料)。

                6.2爆破設計與試驗

                洞身爆破設計的內容包含掏槽方式、炮眼位置、裝藥量、裝藥結構、堵塞方式、起爆方法及順序等。依據中型斷面隧洞施工經驗,參照《水利水電工程施工手冊》{第2卷(土石方工程),第五章(地下工程),第三節(平洞施工P211~P215)}進行一次開挖循環炸藥量Q、單位巖體炸藥消耗量q、工作面總鉆孔數量N,單孔裝藥量qd、周邊孔平均炸藥量qp、輔助孔平均炸藥量qn、掏槽孔炸藥量qcut計算,確定了爆破參數。掏槽形式選用楔形掏槽。

                6.3施工程序及方法

                6.3.1石方洞挖施工程序見圖6-1

                  

                圖6-1  石方洞挖施工程序圖

                6.3.2石方洞挖施工方法

                (1)測量放線

                導流洞測量放線使用水準儀和全站儀。采用前方交會法進行放線,然后根據設計提供的洞軸線控制點坐標,定出洞軸線中心樁。

                首先,在洞口布置控制點,然后采用施工導線法將洞中心線引至洞內,根據施工的需要,在洞內底板部位的適當位置作相對固定的軸線中心控制樁點。洞身開挖至一定長度后,繼續向前作軸線中心控制點,直到控制點能控制整條隧洞的開挖為止。洞底開挖高程同樣用導線法從洞口向洞內測引,并在洞內相對固定的地方作高程控制點,以便在開挖過程中能及時控制開挖掌子面的高程。每循環施工前先進行測量放線再開始鉆孔。

                (2)孔位布置

                鉆孔孔位布置根據爆破參數來定位,并根據掌子面巖石的穩定性、圍巖強度、巖體完整程度、結構面狀態、地下水出露情況和結構產狀來進行調整。主要孔位布置圖見6-2、圖6-3。

                 

                 

                 

                 

                 

                        圖6-2 仰拱開挖孔位布置圖            圖6-3  底拱開挖孔位布置圖

                (3)鉆孔

                鉆孔前,采用裝載機將鉆孔臺架端至掌子面,然后人工采用帶氣腿的YT-28型手風鉆分上、中、下三部分同時進行鉆進。鉆孔作業見圖6-4。

                 

                   圖6-4  鉆孔作業圖

                (4)清孔

                每個孔鉆至設計深度后,采用鉆機直接將孔吹凈。

                (5)裝藥、封堵

                炸藥采用乳化炸藥,周邊孔采用導爆索引爆,掏槽孔、輔助孔均采用導爆管起爆,總網絡采用電雷管引爆。爆破員將炸藥從炸藥車搬運至開挖面,根據孔位排距、個數配備分段導爆管和單孔藥量,然后將導爆管插入炸藥卷內,由爆破員從洞周邊向圓心由外向內按段、按序裝藥。周邊孔采用間隔不偶合裝藥結構,裝藥后,用事先拌制好的炮泥、對每個炮孔進行封堵密實。

                (6)聯網起爆

                分6段從內到外起爆。起爆順序:掏槽孔爆→輔助孔爆→周邊孔爆。起爆前,警戒人員帶對講機在各規定警戒點進行警戒,按預告信號準備信號起爆信號解除信號進行警戒、放行。爆破員按爆破規程要求進行起爆。

                (7)通風及安全檢查

                起爆后,打開風機進行通風。由于隧洞較短,采用壓入式通風。風機采用一臺低噪節能SDF(A)-NO.5.6/2×11隧道施工專用軸流通風機進行壓入式通風(風量為244~351m3/min,功率為2×11kw),通風時間為5~20min。風筒采用直徑為0.6mPVC軟風管通風,吊掛于頂拱。

                通風結束后,由爆破員進入洞內進行安全檢查,發現盲炮,及時處理。

                (8)出渣及排危石

                首先采用PC160挖機進行排危石,然后采用ZL50裝載機出渣,渣料直接堆放在隧洞進、出口臨時堆料場。

                7、洞身一次支護

                爆破后根據圍巖類分別進行支護,Ⅱ類圍巖隨機錨桿進行支護,Ⅲ類圍巖噴C20鋼筋混凝土+系統錨桿進行支護,Ⅳ圍巖鋼拱架+錨桿+噴C20鋼筋混凝土聯合支護。支護時間為:Ⅱ類圍巖支護滯后開挖10~15m,Ⅲ類圍巖支護滯后開挖5~10m,Ⅳ圍巖支護緊跟掌子面。

                7.1支護施工程序

                7.1.1錨桿施工程序

                錨桿施工程序為:清除危石→造孔→插錨固劑→插錨桿→待凝。

                7.2.2鋼筋掛網噴混凝土施工程序

                鋼筋掛網噴混凝土施工程序為:巖面沖洗→先初噴混凝土→錨桿→掛鋼筋網→第二次(第三次)噴混凝土至設計厚度。

                7.2.3鋼拱架+錨桿+噴C20鋼筋混凝土聯合支護施工程序

                鋼拱架+錨桿+噴C20鋼筋混凝土聯合支護施工程序為:在鋼筋廠放樣并分段加工→巖面沖洗→錨桿→標識噴混凝土厚度→拱架拼裝→拱架固定→鋼筋安裝→第二次(第三次)噴混凝土至設計厚度。

                7.3施工方法

                7.3.1錨桿施工

                首先,錨桿按設計圖紙(L=2.5mФ25)在鋼筋加工廠制作,由裝載機端運至施工面。然后站在臺架車上采用YT-28氣腿式風鉆按設計要求進行鉆孔,再將水泥卷式錨固劑推入鉆孔內,最后安插錨桿。

                7.3.2噴混凝土施工

                噴混凝土(網噴12cm,聯合支護噴18cm)采用濕噴機進行噴射,混凝土料由場外混凝土拌和站拌制,裝載機鏟料至施工部位,人工鋪助卸料至噴射機內進行噴混凝土施工,每層噴射混凝土厚度控制在6cm以內。

                7.3.3掛設鋼筋網

                鋼筋網(Ф[email protected]×250)掛設在錨桿達至一定錨固強度后進行。施工中,首先在鋼筋廠加工成片狀鋼筋網片,采用裝載機運至施工面,人工搬運至臺架車上,將鋼筋網片沿隧身開挖輪廓面進行焊接和綁扎,連成整體。

                7.3.4拱架制安

                鋼拱架(I16A,間距50cm)按設計要求在鋼筋加工廠采用型鋼彎曲機分段進行加工制作并焊接連接鋼板,由裝載機端運至施工面,裝載機配合人工將拱架分段臨時固定在安裝部位,然后由人工站在臺架車上進行調整就位,安設固定錨桿和鎖腳錨桿,最后采用螺栓連接成榀。

                8結束語

                尋烏縣太湖水庫工程導流洞于2016229日如期順利貫通,歷時62日歷天。實踐證明,隧洞開挖施工組織管理是關鍵,施工準備是要點,經濟合理、操作可行的施工方案是重點。本工程導流洞洞身開挖及一次支護方法可為其他類似工程在施工方面借鑒。

                 

                作者簡介:衛瑞崗,1980年生,男,2009年畢業于太原理工大學水利水電工程專業,本科,工程師。

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