右岸泄洪洞消能竖井I期开挖及支护施工技术措施.doc

合同编号：DNJY/C3云南普渡河甲岩水电站 右岸泄洪洞竖井段I期首部枢纽工程 开挖及支护施工技术措施右岸泄洪洞竖井段I期开挖及支护施工技术措施1、概述1.1 工程概况右岸泄洪洞布置于拦河坝右岸，包括进口工作闸室、连接段（上平段）、竖井段、下平段（导流洞）、出口段。泄洪洞进口设一溢流表孔，溢流堰采用WES实用堰，堰顶高程986.000m，孔口尺寸为8.0m12.0m，设一道弧形工作闸门。右岸泄洪洞连接段轴线方位角为NE621014，连接段进口与进口工作闸室相通，连接段出口为消能竖井，竖井下部与导流洞洞身相通，竖井穹顶高程为995.291m，底部高程为866.000m（导流洞底板高程以下），竖井为圆形断面，共有三类断面，其中：I类断面：951.133m高程以上，竖井开挖断面直径为20.3m，其中990.034m高程以上为穹顶，穹顶开挖半径为12.428m；II类断面：951.133931.133m高程间为渐变段，竖井开挖断面直径由951.133m高程处的20.3m渐变至931.133m高程处的14.7m；III类断面：931.133m高程以下断面直径为14.7m。对于右岸泄洪洞竖井支护型式主要为：顶拱（990.034m高程以上）全断面支护均为挂钢筋网6.520cm20cm，喷C20混凝土厚度为20cm，钢拱架（I20）间距1m，锚杆251.5m1.5m、L=6m、外露0.8m；顶拱以下全面采用锚喷支护，锚杆252m2m、L=4.5m、外露1.0m，挂钢筋网6.520cm20cm，喷C20混凝土厚度为15cm，其中渐变段以下（931.133m高程以下）视需要进步挂钢筋网；井壁视需要布置钢圈梁。由于右岸消能竖井体型较大，且下部与导流洞相通，需在导流洞下闸后再进行底板以下部分开挖，导流洞泄洪期间施工难度较大，根据实际情况，拟对竖井分期开挖，本次主要进行I期开挖，右岸泄洪洞竖井段I开挖及支护主要工程量见下表1所示。注：上表中工程量为估算工程量，具体以实际发生计。右岸泄洪洞基岩裸露，地形较陡，坡度一般为5055。地层岩性为澄江组（Zac）中层状长石石英砂岩、粉砂岩夹砂砾岩及砂质泥岩。无级及以上断层，级、级顺层结构面构发育。岩体表层均匀风化，夹层风化现象不明显。未见全、强风化岩体，弱风化岩体水平埋深54.2m，无强卸荷带岩体，卸荷带岩体底界水平埋深为35.5m。地下水为基岩裂隙水，地下水位埋深大，水力坡度相对平缓。1.2 编制依据1）招、投标文件中相关技术部分；2）设计图纸3）相关规程、规范2、施工总布置2.1 施工道路布置对于右岸泄洪洞竖井段I期开挖及支护施工道路，主要利用原进口明挖、连接段洞挖上层施工道路，不再单独布置施工道路。2.2 施工用风右岸泄洪洞竖井段I期开挖支护施工用风主要利用泄洪洞进口平台附近布置的一个压风站（57m3/min），供风主管采用4钢管，支管用2胶皮管接至各工作面。2.3 施工通风由于竖井段与连接段及通气洞相通，以自然通风、散烟为主，不再单独布置通风设备。2.4 施工用水右岸泄洪洞竖井段I期开挖支护施工用水主要利用右岸坝肩平台下游侧250m3水池，主供水管采用4PVC管，支管采用2PVC管，接至各工作面。2.5 施工用电施工用电主要利用右岸坝肩平台500KVA变电站，采用380/220V三相四线阻燃绝缘电缆供电，照明与动力线分别接线，工作面采用1000W/220V碘钨灯照明。2.6 施工通讯各工作面技术人员及各施工部门均配备无线对讲机，以便及时沟通，紧密联系，密切协作。2.7 存、弃碴场布置存、弃渣场主要利用上游存、弃渣场，主要利用右岸上游高线公路、YX-1施工便道经右岸上游联络线公路至右岸上游低线公路，运至上游存、弃渣场。3、施工程序及施工方案3.1 施工程序对于右岸泄洪洞竖井段开挖支护施工，由于开挖支护工程量较大，且受导流洞前期持续泄洪影响，开挖支护难度较大，拟分三期进行开挖支护施工，具体分期见后附图，其中I期开挖支护范围为连接段底板终点高程（966.284m）以上部分，即连接段及通气洞之间的上室部分（含穹顶）。考虑以下不利因素：由于竖井穹顶高为995.291m高程，前期连接段上层终点底板高程约为976.120m，高差达19.171m，高差较大，从下至上采用反导井扩挖开挖难度较大，且不便于及时、适时测量，难以保证顶拱开挖质量；由于上层通气洞断面较小，通气洞与竖井结合部位开挖完成后，通气洞末端无法布置小型出渣设备；连接段长度约92m，长度已较长，不利于竖井内开挖后自然通风散烟。为加快竖井施工进度，保证开挖质量，拟布置导洞将连接段上层与通气洞连通，再将原连接段左半洞向竖井内扩挖约6m长，然后利用导洞开挖导井一个兼作溜渣斜井，利用导洞向周围将穹顶开挖完成，再利用导洞和导井同时作为出渣通道将竖井上部开挖至连接段上层底板高程，在讲连接段前段下层（详见右岸泄洪洞连接段和竖井通气洞开挖及支护施工技术措施）开挖支护完成后，最后进行976.120966.284m高程间竖井开挖，完成竖井I期开挖支护。则右岸泄洪洞竖井段I期开挖支护施工总程序如下框图1所示。施工准备竖井导洞开挖施工竖井976.120966.284m高程间扩挖连接段上层开挖支护完成竖井穹顶扩挖支护连接段下层966.284m979.000m（连接段进口）高程间一次开挖支护导洞至下方溜渣井开挖连接段向竖井内扩挖施工竖井穹顶以下（990.034m）976.120m高程间扩挖支护结束竖井段I期开挖支护施工总程序框图 图13.2 主要施工方案3.2.1 竖井穹顶990.034m高程以上开挖支护施工对于竖井穹顶开挖施工，由于竖井断面较大（直径20.3m），穹顶体型较大（半径12.428m），且从连接段上层底板向上开挖难度较大且质量难以有效保证，如上第“3.1”节所述，拟布置导洞将连接段上层和上部通气洞连通，导洞开挖完成后作为穹顶开挖支护施工通道，同时可作为通风通道。导洞具体布置见后附图，导洞断面尺寸为4m4m（宽高）城门洞形，底板纵坡38.9%（约21.7），采用手风钻自下而上钻爆开挖，爆破后采用小型装载机配合小型反铲出渣，人工配合清理掌子面和顶拱危石，必要时进行素喷57cm厚C20混凝土支护。在导洞开挖完成后，利用导洞向周边将穹顶扩挖完成，由于穹顶半径较大，穹顶顶面轮廓线采用“以直代曲”的形式，为避免顶拱出现欠挖且为尽量保证穹顶以上岩层稳定，单次扩挖进尺2m左右，顶拱周边孔采用光面爆破，爆破孔采用毫秒微差爆破，周边孔前一排爆破孔为缓冲孔，装药量为主爆孔的一半，爆破后经通风散烟，人工配合小型反铲进行扒渣，利用导洞使用小型装载机或小型反铲翻渣至连接段洞内再利用大型反铲或装载机装运20T自卸汽车出渣，扩挖完成后及时进行素喷临时支护及系统支护。由于顶拱设计有I20钢拱架支护，考虑通气洞与穹顶相通，且通气洞轴线方向与导流洞轴线方向斜交，为便于钢拱架安装，扩挖宜平行导流洞轴线方向进行，根据导洞位置，可先扩挖导流洞轴线左侧导洞附近及下游侧部分，在左侧钢拱架支护完成后再进行导流洞轴线右侧部分穹顶扩挖，扩挖后及时支护。对穹顶进行支护时，通气洞底板下钢拱架不需封闭。穹顶钢拱架采用系统锚杆固定，不需再单独布置固定锚杆。3.2.2 竖井990.034976.120m高程间开挖支护施工对于竖井穹顶以下（990.034m高程）连接段上层（976.120m高程）间开挖支护施工，主要利用导洞自上而下进行扩挖，同时考虑穹顶以下断面较大，为提高开挖施工速度，拟再布置导井一个兼作溜渣井，导井布置于通气洞终点处下方（导洞终点附近），为便于导井形成，需将连接段向竖井内继续扩挖约6m，之后从竖井位置沿平行导流洞轴线方向并与铅垂面成20角造倾斜孔钻爆，成井后斜井深度约13m，直径约1.5m，采用潜孔钻一次钻爆成形，具体见后附图。该溜渣斜井在导洞开挖完成后即可施工，以便于在穹顶开挖时也可作为出渣通道。对于竖井990.034976.120m高程间扩挖，利用斜井和导洞分块逐层进行，分块范围根据现场实际情况安排，但单次扩挖梯段（层厚）不超过2.5m，周边孔采用光面爆破，主爆孔采用毫秒微差爆破，周边孔前一排爆破孔为缓冲孔，装药量为主爆孔的一半，爆破后使用经导洞到达工作面的小型反铲或小型装载机翻渣至导洞和溜渣井内，导洞内渣料集中至连接段后采用大型反铲或装载机装运20T自卸汽车出渣，溜渣井底部渣料直接用大型反铲或装载机装运20T自卸汽车出渣。由于导洞右边墙局竖井边线距离约为1.15m，考虑导洞开挖时爆破扰动作用影响，为保障井壁开挖质量，扩挖时直接采用一排缓冲孔和一排光爆孔的方法进行保护性爆破开挖。为保障井壁稳定，扩挖完成后及时进行支护，且支护随开挖下降逐层进行，避免出现因支护滞后、而开挖高度逐渐下降而造成支护难度增加或需另外单独搭设施工平台的情况。对于连接段顶部以上井壁扩挖，进尺控制在1.5m左右、单响最大 起爆药量控制在50kg以内，以减轻爆破作用对连接段顶部以上井壁岩体的扰动，必要时加强井壁支护或连接段渐变段支护。3.2.3 竖井976.120966.284m高程间开挖支护施工对于竖井976.120966.284m高程间开挖较为简单，该部分开挖在竖井976.120m高程以上开挖完成后进行开挖，可与竖井连接段下半洞第一次开挖同步进行，在连接段渐变段逐层开挖至竖井位置时，利用朝向连接段形成的临空面呈“”形逐块进行相应高程范围的竖井扩挖，也可如附图所示，在连接段下层一次开挖完成后沿连接段轴线方向先拉槽再朝向“U”形槽扩挖，单次扩挖层高2.5m左右，周边孔光面爆破，爆破孔毫秒微差爆破。对于连接段下半洞开挖范围及施工方案见报送监理并获得批复的右岸泄洪洞连接段和竖井通气洞开挖及支护施工技术措施,本处不再详述。爆破后采用反铲装20T自卸汽车出渣。开挖完成后及时支护，但该部位在竖井扩挖后连接段渐变段部位形成高边墙，必要时需加强支护。4 主要施工工艺及施工方法4.1 竖井开挖施工1）导洞、导井、竖井开挖施工工艺流程导洞、导井扩挖施工工艺流程如下框图2、3所示。导洞扩挖施工工艺流程框图 图2下一循环测量放线手风钻钻孔（自下而上）装药爆破小型设备翻渣、大型设备出渣安全清撬、危石处理施工准备通风散烟、洒水降尘导井开挖施工工艺流程框图 图3下一循环测量放线潜孔钻钻孔（自上而下）装药爆破通风散烟、洒水降尘出渣施工准备自由落渣导洞、导井开挖完成后进行竖井穹顶和井筒扩挖，竖井扩挖施工工艺流程见下框图4。竖井扩挖施工工艺流程框图 图4下一循环测量放样扩挖钻孔装药爆破安全清撬、危石处理扒渣、翻渣导洞、导井开挖结束通风散烟、喷水除尘系统锚喷支护喷混凝土或随机锚杆视情况导洞外、导井底出渣2）主要施工工艺及施工方法测量放线控制测量采用全站仪作导线控制网。施工测量采用全站仪进行。测量作业由专业人员认真进行，每个月进行一次测量控制点检查、复测，确保测量控制工序质量。每排炮开挖完成后及时测绘断面图，精确放样开挖线，严格控制超挖。钻孔作业由熟练的手风钻工严格按照设计钻爆图进行钻孔作业。各钻手分区、分部位定人定位施钻，实行严格的钻手作业质量经济责任制。每排炮由值班技术员按“平、直、齐”的要求进行检查。周边孔偏差不大于5cm，爆破孔偏差不大于10cm。装药爆破炮工按钻爆设计参数认真进行，炸药选用乳化炸药。主爆孔、崩落孔药卷直径32mm，导洞、导井不连续连续装药，装药间隔分别为10cm、20cm，竖井扩挖采用连续装药，周边孔选用25mm直径药卷，间隔20cm装药，均用砂袋堵塞严实。装药完成后，由技术员和专业炮工分区分片检查，联结爆破网络，撤退工作面设备、材料至安全位置，电雷管或磁电雷管起爆、导爆管传爆，毫秒微差爆破，周边光面爆破。初拟钻爆设计图见附图。通风散烟爆破后自然通风，开挖爆破面进行人工洒水降尘。安全处理爆破后用反铲处理掌子面、穹顶、井壁安全。岩面破碎段需先喷一层素混凝土。出碴后再次进行安全检查及处理，并用反铲扒除工作面积碴，为下一循环钻爆作业做好准备。出渣、清底出渣采用装载机、反铲配自卸汽车进行。竖井段I期主要使用小型反铲、小型装载机翻渣至导洞、溜渣井后再集渣至连接段洞内，最后采用大型反铲或装载机装运20T自卸出渣。对于断层带和与连接段结合部位附近，开挖钻爆按照“短进尺、弱爆破、少扰动、强支护、勤量测”的原则施工。必要时钻爆开挖采用1.0m1.5m 一个循环，开挖钻爆后，立即喷一层素混凝土封闭。待处理安全、出渣后，及时施作系统支护，必要时根据现场监理或设计工程师指示加强支护，确保围岩稳定。4.2 支护施工竖井I期开挖支护施工采用钢拱架、砂浆锚杆、挂网喷混凝土等支护形式。4.2.1 锚杆施工锚杆的孔位严格按施工图纸要求进行布置，锚杆孔的造孔方向满足施工图纸的要求，4.5m长锚杆施工采用手风钻钻孔，穹顶6m长锚杆施工采用轻型潜孔钻钻孔，锚杆在钢筋加工厂制作，自卸汽车运至现场，人工安装锚杆，注浆采用锚杆注浆机进行。锚杆支护采用“先注浆后插锚杆”，其工艺如下：测量放线锚杆制作基面清理造孔清洗注浆安插锚杆检查验收砂浆锚杆施工工艺流程 图5锚杆钻孔，孔位、角度、深度严格按照设计图纸进行施工，严格控制质量。浆液按照设计和试验配比进行拌制，控制注浆压力，保证注浆饱满、充实。注浆时注浆管必须先插到孔底，然后退出50mm100mm，开始注浆，注浆管随砂浆的注入缓慢匀速拔，锚杆安装后孔内必须填满砂浆。锚杆注浆后，在砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。4.2.2 钢筋网施工挂网前必须清除工作面上的浮石、松动石碴和堆积物，钢筋网（6.520cm20cm）运至工作面，人工铺挂，利用锚杆头点焊固定，使钢筋网紧贴岩面，网间用铅丝扎牢。4.2.3 喷混凝土施工竖井挂钢筋网（6.50.2m0.2m）喷C20混凝土，除穹顶厚度为20cm外，其它部位厚度均为15cm，喷混凝土按规范分层施喷，挂网喷混凝土按“喷网喷”的程序进行。喷混凝土施工工艺流程如下：喷混凝土施工工艺流程图 图5分层喷射厚度检查复喷处理检查验收岩面清洗仓面验收拌合运输喷混凝土材料采用PO42.5硅酸盐水泥；细骨料采用坚硬的粗、中砂，细度模数大于2.5；粗骨料采用耐久的卵石或碎石。喷射作业前，对机械设备、风、水管路和线路进行检查，并进行试运转。喷射混凝土使用原材料应满足设计和规范要求，喷射作业参数通过生产试验确定。混和料在拌和楼拌制，拌料和使用时应符合下列规定：a、全部用水量一次与水泥、砂搅拌均匀，随拌随用。b、速凝剂应在喷头和输料管的适当位置加入。c、喷射时，混和料不得出现离析和“脉冲”现象。混和料在运输、存放过程中，应严防雨淋滴水或石块等杂物混入。混合料装入喷射机前应过筛。喷射时应连续均匀向喷机供料，保证喷机工作风压稳定，完成喷射作业或因故中断喷射作业时，将喷机和输送管内的积料清除干净。喷射时人工在施喷，喷头与受喷面喷射距离控制在0.6m1.2m。喷混凝土表面应平整，平均起伏差应满足设计要求。喷混凝土作业分段分片进行。喷混凝土时喷头不得正对钢筋。发现脱落的喷层或大量回弹物被钢筋网“架住”，必须及时清除，不得包裹在喷层内。在保证喷混凝土密度的前提下，尽量减少回弹量。喷射混凝土强度采取现场喷射取样试验检查，厚度通过钻孔测深检查，外观质量通过肉眼检查评价。4.2.4 钢拱架施工对于穹顶支护I20工字钢，在加工场分节加工，编号后运至工作面，利用锚杆头焊接固定，人工分节安装，节间焊接。每榀工字钢间通过252m纵向钢筋焊接联系形成整体，穹顶钢拱架沿平行导流洞轴线方向布置。工字钢应安装在设计衬砌断面以外，工字钢与岩面之间的空隙必须用喷混凝土充填密实，工字钢应被喷射混凝土所覆盖。4.2.5 钢圈梁施工根据设计图纸，井壁周边有可能设置钢圈梁，但由于尚未有右岸泄洪洞竖井段钢圈梁结构详图，建议必要时结构形式和施工方法均参照左岸泄洪冲沙（兼放空）洞工作闸室钢圈梁结构形式实施。5、主要施工机械设备、施工人员5.1 主要施工机械设备计划表主要施工机械设备计划参见下表2。主要设备配置计划表 表2序号设备名称型号或规格单位数量备 注1反铲PC220台12小型反铲ZX55UR台13装载机ZLC50C台1小型装载机徐工LWD166台14潜孔钻HCD-1200ED台15潜孔钻KQJ-100台16手风钻TY28台147电动压风机17m3/min台18电动压风机20m3/min台29全站仪TS06台110砼喷射机TK500套211锚杆注浆机UH4.8套112自卸汽车15t辆813自卸汽车5t辆114油车辆115洒水车辆116断筋机台117弯筋机台15.2 主要施工人员配置计划表主要施工人员计划参见下表3。主要施工人员计划表 表3序号职位（工种）人数（人）备 注1大坝施工部部长12大坝施工部副部长23技术员44质检员25安全员26风钻工307运转工108驾驶员229测量工410炮工1011喷锚工2012电工213维修工414其他20合计1336、施工质量及安全控制措施6.1 施工质量控制措施1）开挖前，技术办公室须对开挖作业队做好技术交底。2）设计轮廓面应采用光面爆破法开挖。3）开挖过程中若发现不良地质条件或塌方时，须及时通知技术办公室和监理部。4）基础面的开挖偏差，应符合规范要求。5）爆破作业过程中，应注意做好对钻孔、装药、起爆的质量控制，要求如下：孔位布置、钻孔角度、孔径及孔深应按爆破设计规定或技术要求进行；已完成的钻孔，应及时清除孔内石渣和岩粉，在经检查合格后才可装药；炮孔的装药、堵塞、爆破网路的连接和起爆必须严格按爆破设计或技术要求，由专职爆破员进行。6）爆破作业过程中，须做好作业记录和成果整理，并将资料报送技术办公室，技术办公室将根据爆破效果及时调整和优化钻爆参数。7）对已开挖完成的掌子应进行清理，井壁开挖完成后，须及时按设计要求进行支护。8）开挖渣料应堆放在指定的渣场，并严禁侵占河道，污染环境。9）其它未尽事宜请参照相关规程、规范。6.2 锚喷支护1）支护前，技术办公室须向作业队做好技术交底。2）施工作业队应搞好现场管理和场地安排，实现锚喷支护与其它施工项目的平行交叉作业，主要操作人员须相对稳定，以保证支护施工作业的正常进行，不断提高施工质量。3）锚喷支护施工人员须经培训并考试合格后方能执行正式施工任务。4）支护使用的原材料性能指标必须满足设计要求。钢筋、水泥要有出厂合格证和检验报告。使用的外加剂，不得含有对钢筋产生腐蚀作用的化学成分。钢筋使用前须经调直、除锈、去污处理。5）系统锚杆应根据设计要求和岩石情况决定孔位，准确放样。6）锚杆孔内的岩粉和积水必须清洗干净。砂浆锚杆应采用“先注浆后插锚杆”的程序进行。锚杆注浆必须饱满。7）锚杆应在浆液初凝前插入孔内，而且在可能时予以震动或轻击，最后操作人员应采取措施，保证锚杆不被扰动。8）操作喷射机应遵守下列规定：严格执行喷射机操作规程；连续向喷射机供料；完成或因故中断喷射作业时，及时将喷射机和输料管内的积料清除干净。9）喷层的厚度必须满足设计要求。10）在喷护过程中应采取措施防止混凝土过多地回弹。回弹的混凝土不能再使用。所有的回弹混凝土应自工作面彻底清除。11）试验室应根据规范要求及监理工程师的指示，取样进行喷层的抗压试验。7 安全技术措施7.1 危险源辨识右岸泄洪洞竖井段I期开挖及支护施工过程中存在或可能存在的伤害类别及危险源见表4。施工伤害类别及危险源辨识表 表4序号伤害类别主要危险源备 注1物体打击不良地质拱顶掉块、坍塌2交叉作业上方掉物、高空坠物3进口工作面及施工通道边坡及冲沟滚石4出渣车车上掉物5电击伤害用电设备、供电线路漏电、破损6中毒炮烟、粉尘通风不畅或防护不周全7施工机械排放的油烟8其它有害气体9机械伤害施工设备不正确的操作或使用方法10爆炸雷管、炸药不正确的操作或使用方法11乙炔、氧气12车辆伤害交通道路路况、安全标识及警示不符合要求13运输车辆不按规定行车14高空坠落施工排架、钢爬梯操作不当或防护不周全15卷扬机操作不当或设备故障7.2 安全保证措施右岸泄洪洞竖井段I期开挖及支护施工安全技术措施详见地下洞室开挖及支护施工安全技术措施。8 环境保护及职业健康措施8.1 环境及职业健康风险辨识与右岸泄洪洞竖井段I期开挖及支护施工相关的环境及职业健康因素辨识见表5。环境及职业健康风险辨识表 表5序号危害类型环境因素及风险部位/工序1环境风险废水排放施工废水未经净化