周宁水电站岩壁吊车梁开挖施工

福建省水力发电工程学会。。2’地下工程技术研讨会交流材料周宁水电站岩壁吊车梁施工严定成字政明（水电十四局 云南昆明650041）［摘要］穆阳溪周宁水电站地下厂房属于中等地应力分布地区，本文根据周宁水电站工程的实际施工情况，对中地应力分布地区岩壁吊车梁施工作总结和推广，供地下工程建设人员参考。［关键词］ 周宁水电站岩壁吊车梁施工1、 概述穆阳溪周宁水电站是穆阳溪梯级开发的第二级电站，主要由拦河坝，坝高74m，为碾压砼重力坝；引水隧洞，洞长12.34km，为圆形断面（衬砌段）和马蹄形（非衬砌段），为有压洞；高压竖井，高453m，为圆形断面；地下厂房洞室群组成，总装机2X125MW。地下厂房位于周宁县七步镇三湾，长66.8m，宽19m，高42m，由主厂房和副厂房段组成。顶部高程为EL217.0m，底部高程为EL175.0m，与厂房交叉的有排风洞、交通洞、排水廊道、引水洞、母线洞、尾水洞共9个交叉口。根据开挖规划，厂房分为丑层施工，岩壁吊车梁位于第11层，长53.6m，设计吊车荷载为2000KN。厂房埋深为300多m，主要岩石为燕山晚期侵入的钾长（品洞）花岗岩，饱和极限抗压强度弱风化岩石为80〜140MPa、微风化〜新鲜岩石为100〜170MPa；围岩为III类局部有少量III类；厂房无大的断层和破碎带通过，除在副厂房顶部出现与轴线呈35°〜40。的蚀变软弱带外，主要有两组节理裂隙发育，一组为与厂房轴线呈60〜80度角的数条节理，另一组为与厂房轴结呈30~50度角的数条节理，还有少量的与厂房轴线基本平行的节理面，如果一组出现时对岩壁吊车梁岩台影响不大，但两组交叉出现时对岩台影响大。厂房上游边墙0+25〜0+35就出现交叉，下游0+13〜0+15、0+30~0+32出现交叉。两组切割产生不稳定岩体。2、 厂房结构及施工分层2.1厂房结构及分层根据厂房的结构特点和施工通道分布情况，施工规划中把厂房分成六层施工，主厂房开挖断面结构。分层情况如下：I层：顶拱层，考虑施工通道、吊顶牛腿锚杆施工、凿岩台车性能等因素，层高定为9m,高程EL217.00m〜209.00m。II层：岩壁梁层，为方便岩壁梁施工，层高定为 7m，高程EL209.00m〜202.00m。从交通洞进入厂房。III层：EL202.00m〜195.20m，从交通洞运输水平进入，层高定为6.80m。W层：EL195.20m〜190.05m，从交通运输洞降坡进入，同时兼顾2条母线洞的开挖，层高定为5.15m。V层：EL190.05m〜181.50m，从2#引水支管进入，兼顾付厂房底部高程，层高定为8.55m。丑层：EL181.50m〜174.80m，从尾水支管进入厂房底部，层高定为6.70m。2.2岩壁吊车梁结构岩壁吊车梁位于厂房二层，岩台下拐点高程为EL204.110m，上拐点高程为EL205.661m，岩台高1.511m，岩台以上厂房宽度为19m，以下为17.9m，岩台宽度0.55m，钢筋混凝土及锚杆结构见附图23、岩壁吊车梁开挖施工3.1厂房I层开挖掌握开挖特点，确定II层开挖施工原则为保证岩壁吊车梁的开挖施工，在厂房I层开挖施工时，一方面摸索该地区岩石的开挖特点，针对性地进行开挖试验工作，为岩台开挖取得合理的爆破参数，另一方面根据厂房I层开挖了解地应力释放的变化情况，针对II层和岩壁吊车梁的确定合理的施工方法。3.1.1厂房I层开挖施工情况如下：局部应力集中地段围岩松动变化较大。厂房0+65上游边墙与顶拱交际处出现岩石应力释放，出现片状掉块；厂房左端墙与排风洞口上下游都出现应力集中，发生片状掉块；符合应力变化过程。厂房I层中导洞施工后在扩挖时在扩挖区岩石沿厂房顶拱环向产生破碎裂隙，开挖至设计线后，破碎裂隙减少，并无不良地质变化，说明厂房顶拱设计半径符合地质情况，参数是合理的，施工过程符合应力变化过程，顶拱开挖是成功的。厂房I层第一次开挖高程为EL210m，第二次开挖为EL209〜208.5m,对于厂房顶拱拱脚的保护起到了应有的作用，琢步释放地应力是合理的，但在第一、二次开挖时，拱脚部位的控制上不完全成功。主要由于以下两个方面的因素，第一是由于厂房拱脚应力集中，对于开挖高度有限的情况下难度较大。第二如何进行侧向分层剥离，如何有效地进行控制性释放至关重要，分层开挖施工没有完全控制好，造成局部开挖后拱脚掉块较多，平整度不是非常完美。厂房I层开挖进度不快，对于应力释放过快的现象没有发生，开挖过程控制是合理的。3.1.2根据厂房I层开挖中所出现的情况，结合II层的分层和开挖规划，确定开挖施工原则如下：II层开挖要对围岩应力实施工控制性释放。方法分层施工，中导槽超前，岩台保护层侧向分层施工，逐步释放地应力。合理控制施工进度，防止侧面面积释放速度过快或发生岩爆。岩台开挖控制点、线、面的装药集中度，保证爆破过程中不发生局部装药集中与应力共同作用诱发破坏性的不良反应。3.2厂房II层开挖施工方法根据厂房I层开挖开挖后所确定的原则，以及厂房II层开挖的难点和重点，确定II层开挖的施工方法。3.2.1II层开挖的难点和重点：地下洞岩中开挖以圆形或圆弧形为成形最好，要在中等应力条件下形成岩台、槽挖、坑挖难度最大，对于圆弧形断面成形在同一地质条件下对周边孔线装药密度不明显，但岩台、槽挖、坑挖难度成形影响却很大，选取合理的造孔开挖方法，线装药密度。完整花岗岩岩体中爆破裂隙的延伸长度长，控制好爆破裂隙在应力的主应力方向延伸，确保岩台的完整性。在开挖过程中厂房围边的应力场会因开挖区域的变化而时时发生变化，如何有效地对应力变化和释放规律进行了解，掌握和适应性控制，是至关重要的。根据地质资料反映及I层开挖中的地质情况，11层开挖中节理交错出现地段会对岩台开挖造成困难，要确保该地段不发生破坏有很大的难度。造孔要求高，要保证成形良好，造孔是关键，测量点位、孔位、孔向，孔深及偏角等都是重要的影响因素。3.2.2II层开挖施工方法3.2.2.1开挖程序分层分区施工：分二层开挖四区，分区如附图3示。111层为EL208.5m〜EL203m,II2层ELEL203m〜ELEL201m。施工程序为：EL208.5m-EL205.5m预裂孔施工一II1层A区开挖-H1B区开挖-H1层C区开挖一II2层周边预裂孔施工一112层开挖。3.2.2.2主要方法及开挖爆破参数EL208.5m-EL205.5m预裂孔施工及II2层周边预裂孔施工采用垂直爆破孔，孔深为3m,分段非电毫秒雷管起爆，同段间用导爆破索相连接，孔距0.5m，孔深3.0m，以控制孔底同一高程为原则，线装药密度为250〜280g/m，不偶合系数为1.72。II1层A区开挖及112层开挖采用水平爆破孔，自上而下分层非电毫秒雷管起爆，孔距1.2〜1.5m，排距1.0〜1.2m，孔深3.5m，单位耗药量上部为0.6Kg/m3，下部为0.8Kg/m3。两边底孔与水平线交角呈45°时沿长线时交于EL205.5m预裂孔底以上。II1B区开挖超前于111层C区开挖，按扩挖开挖方法进行，侧向分层剥离，开挖分三层，层间排距0.8m，第二层以前孔距0.7m，底部最小抵抗线为0.8〜1.0m。最后一层排距0.7m，孔距0.6m，并采用光面爆破（不连续装药），线装药密度为125〜150g/m。孔深小于2.5m。层间按水平错台状厂房长度方向分布。II1层C区开挖该部分为岩台开挖，以岩台下拐点以上按宁超不欠的原则，按超5cm进行控制，岩台拐点下部边墙按宁欠不超的原则，按欠5cm进行控制。可与II1B区最后一层一起开挖，也可单独开挖，孔位布置见附图3。岩台开挖采用水平孔，在岩台开挖起点段采用上倾孔。上倾孔孔深按设计深度加5cm，孔角为设计角度；水平孔孔深1.8〜1.3m，根据造孔控制偏角来选取，孔距岩台上下为0.3〜0.35m，上下拐点0.7m以外为0.4m，线装药密度为80〜100g/m，最小抵抗线为0.6〜0.7m，并注意底部最小最小抵抗线大小，根据试验确定不设空孔，造孔全部间隔不偶合装药，孔径43mm，药径约18mm，不偶合系数为2.39，孔口堵塞0.2m。3.2.2.3开挖质量控制根据以上施工原则及重点、难点的要求，结合现场施工的实际情况，从以下几个方面进行开挖的施工质量控制。控制II1层A区开挖底部边孔的抵抗线大小，防止最小抵抗线控制不好，造成111层B区（保护层）的爆破裂隙破坏。控制II1层B区开挖的纵向分段，保证应力释放得到控制的同时为II1层B区开挖提供合理的抵抗线。控制II1层C区开挖的孔位，孔角与孔深偏差率，合理选定孔深，重点从孔位和孔向方向线（尾线）等参照线入手，保证造孔准确，孔与孔的起伏差5cm，孔口与孔底的起伏差10cm，绝对超挖值不大于15cm，不得有欠挖。如因施工中出现欠挖，采用人工处理。加强装药结构和堵塞控制，做到炸药在岩体中的均匀合理分布，控制每个小药卷的抵抗线合理。现场组成质量控制小组、全天候控制施工过程，以过程控制保证质量，并进行三检制度，确保控制严格，层层把关。4、岩壁吊车梁锚杆施工岩壁吊车梁锚杆分为三层，第一层为632L9800mm@750mm，上仰角为25°；第二层为632L9800mm@750mm，上仰角为20°；第三层为625L7800mm@750mm，下俯角为33.69°；设计数量632为183根，625为92根，开挖后设计增加锚杆17根，由于与多点位移计相关关系，实际增加23根。4.1锚杆材料及准备锚杆材料采用大厂的合格材料，定尺为12m，并经试验室抽样复检合格后，经人工逐根外观检验合格后方才进入加工厂，对锚杆头部作圆角处理，并在设计指定部位涂抹沥青，以改变锚杆在孔口2m段的受力结构，让锚杆在桥机运行过程中受力均匀，避免出现受力峰值。4.2锚杆造孔、注浆及安装锚杆造孔是采用282两臂台车，先清理开挖面，由测量实地放出每根锚杆的孔位，放样时要考虑超欠挖因素，再用样架对孔位作检查；再把台车就位，大体调整好台车大臂的水平角和垂直角，再用罗盘和样架定位，校准孔角，造孔深10〜15cm后再次校正。孔深比设计超深10cm，以锚入岩石深度为准；孔径为64mm。注浆采用UH4.8L灰浆联合机配硬质塑料管注浆，采用先注浆再装锚杆的方法。注浆前先清洗锚杆孔，完成孔深检查并作好记录后进行验收，合格后再拌制砂浆，配合比以W:C:S=0.43:1:1，是经试验确定。注浆前先作润管处理，注浆时先把注浆管插入孔底并退出5cm后开始注浆，注浆中注浆管会有推力把管从孔内推出，合理控制注浆管的后退速度是保证质量的关键，注浆完成后要封好孔口，等砂浆凝结一段时间后再安装锚杆。锚杆安装时采用人工安装，要一次安装完成，可以用机械和大锤辅助，但要一次安装完成，如安装中出现问题时，要拉出锚杆，冲洗锚杆孔内砂浆，再次施工。锚杆到位后，要用楔子和水泥袋子封好孔口，加固牢靠，并在7天内不得进行爆破，3天内不得碰撞。4.3锚杆质量控制及验收根据设计要求和相关施工技术规范，主要从以下几个方面进行质量控制，并对关键工序进行验收：锚杆材料质量控制和验收，合格厂家、强度试验、外观检查，沥青涂抹质量。造孔孔位、水平孔角和垂直孔角、孔深和孔径控制和验收。注浆砂浆配比、质量、注浆机性能、注浆饱满度试验和实际注浆情况控制和验收。锚杆安装时的砂浆流失情况，锚杆孔口加固情况控制和验收。锚杆安装后的平整度验收及拉拔试验检查。5、岩壁吊车梁砼施工岩壁吊车梁砼由梁结构砼和岩台补强砼组成。岩台补强砼要根据开挖后的实际情况进行设计，本工程主要有如下处理方法：超挖大的采用辅助岩锚梁处理，超挖小的采用锚杆加筋贴墙砼，修补后以接近设计岩台受力原理为目的。5.1模板结构模板采用钢木结合，支撑加拉筋的结构形式。支撑结构采用①45钢管，横向为3根，间距为50cm，纵向间距为65〜70cm，高程方向间距为100cm，并加斜支撑加强稳定，以承重为要求，设侧向支撑和拉筋保证稳定。模板结构采用11层复合板，并在面层涂抹桐油，后背面采用背栏，加钢管（枋木）和拉筋作稳定。5.2钢筋制安钢筋在加工厂加工，纵向筋采用这尺钢筋，环向箍筋不切断，在加工厂加工，并焊接好后现场安装。安装要先作好架立筋，并作好定位后再安装环向箍筋，剪力筋再穿纵向筋，最后安装水平筋。5.3砼施工砼由拌和站拌和，6m3搅拌运输车运至工作面，再用砼拖式泵入仓，采用退管法施工，导管要靠岩石侧，防止砼输送中导管振动影响模板结构，浇筑方式采用后退法斜面分层浇筑，人工平仓振捣，表面人工抹面。排水沟侧面的斜台，事先作好模板，在钢筋上焊好架立筋，砼浇平后，架上模板，人工入砼，人工抹出斜面，并作好排水孔口保护。浇筑后24小时开始自流水养护。5.4埋件施工吊车梁的埋件有桥机轨道埋件，排水管，接地件，滑线架支座埋件等，必须保证定位准确、加固牢靠、作好防护。5.5质量控制及验收根据设计和规范要求，重点从以下几个方面进行质量控制和检查验收：测量导线及控制点检查，测量定位检查。支撑结构及模板加工、安装平整度、稳定性等质量控制和检查。砼配合比设计检查，拌和质量控制、取样和检查。钢筋加工、安装和焊接质量控制和检查。锚杆的无损控制和检查。埋件加工、安装控制和检查。砼浇筑设备、施工程序的各工序、环节控制。浇筑质量旁站控制检查。浇筑仓面质量旁站控制检查。砼浇筑后有保护措施检查。养护措施检查。6、岩壁吊车梁砼的保护由于岩壁吊车梁在开挖期间进行施工，因此砼施工期及施工后要进行必要的保护措施，主要采取以下保护措施：①施工期的保护在锚杆施