引水式水电站引水隧洞及压力管道工程施工方案

引水式水电站引水隧洞及压力管道工程施工方案施工特性1.1.1工程项目内容1.引水隧洞段53.07m（隧洞桩号18+000.000m～18+053.07m）石方洞挖、混凝土浇筑、喷混凝土、锚杆制安、钢筋制安等项目的施工；2.压力管道石方洞挖、石方井挖、混凝土浇筑、喷混凝土、锚杆制安、钢筋制安、支洞封堵等项目的施工；3.引水隧洞及压力管道工程工程所规定的其它土建项目；1.1.2工程特性引水隧洞本标段长53.07m，主要围岩类别为Ⅱ~Ⅲ类，采用喷混凝土和挂网喷混凝土支护，设计开挖洞径6.6m，底板混凝土衬砌厚20cm，喷砼厚度10cm。压力管道为埋管，由上平段、斜井段、下平段组成，最长单根长度483.438m。主管段直径4.20m，开挖直径5.40m，支管直径2.00m。全部采用钢管衬护，钢衬材质6MnR，厚度20～36mm，钢管外回填混凝土厚60cm。其中，上平段长约40.29m，斜段长约314.7m（含上、下弯段），下平段长约81.54m。压力管道约在管轴线1100m高程以下位于侵入岩体中外，其余均位于白云岩中。白云岩中围岩总体为Ⅲ类，局部为Ⅳ类。白云岩与侵入岩接触带约在管轴线1110m高程左右，接触带岩体较破碎，属Ⅳ~Ⅴ类围岩；侵入岩中围岩以Ⅱ类为主，局部Ⅲ类，断裂破碎带及其影响带为Ⅳ类。1.1.3主要工程量表1.1-1主要工程量项目部位石方明挖（m3）石方洞挖（m3）石方井挖（m3）锚杆（根）喷砼（m3）砼（m3）钢筋制安（T）引水隧洞/2100/320122080080.56压力管道/92107953517410757438/合计9011957795355192295893380.56施工规划及程序压力管道开挖形成二个施工通道。第一施工通道：从7#支洞至上平段；第二施工通道：从8#支洞至下平段。在各施工通道贯通后，分上、下游同时进行开挖。平段采用全断面开挖，斜井段采用LM-300反井钻机自上而下钻Φ216mm导井，在井底更换钻具，自下而上扩挖成直径1.4m导井，再自上而下扩挖。在压力管道开挖完成后跟进钢管安装、砼衬砌施工等。结合本标工程总体进度计划，施工程序见下图。施工程序框图洞内布置1.3.1施工供风、供水施工风、水管路由7#施工支洞引入上平段（斜井）供施工用风和用水，下平段采用8#施工支洞引入；风水管分别采用Φ3＂供风管、Φ2＂供水管引入，布置于隧洞左侧，随开挖延伸。1.3.2施工供电洞内供电线路由7#、8#施工支洞供电系统引入，布置于风水管路同侧。供电线路布设高度2.5m左右，照明电源采用36V安全电压，利用行灯变压器降压引入洞内；斜井内供电线路采用铜芯电缆。1.3.3洞内排水上平段洞内渗水用潜水泵抽排至7#施工支洞的集水坑，再接力抽排至洞外。斜井内的渗水则从导井排至8#施工支洞再抽排出洞。拟在7#施工支洞三岔口设置集水坑，尺寸为200×150×150cm，配置潜水泵，通过2条Φ3″排水胶管引排至洞外，排水管置于隧洞右侧边墙底。下平段及岔支管开挖中的渗水，也在8#施工支洞三岔口设集水坑（设置同上）。1.3.4洞内通风散烟上平段：在7#支洞口布置1台2×37KW轴流式风机，压入式通风，设Φ800mm的帆布负压风筒，挂设于洞室顶部，随开挖延伸，另在工作面配置一台11kw轴流式风机辅助，以有效排除滞留于掌子面的粉尘。下平段：在8#施工支洞口布置1台2×37KW轴流式风机，压入式通风，设Φ800mm的帆布负压风筒，挂设于洞室顶部，随开挖延伸，另在工作面配置一台11kw轴流式风机辅助，以有效排除滞留于掌子面的粉尘。洞挖施工1.4.1三岔口的处理本标段7#施工支洞和8#施工支洞与压力管道交汇处的三岔口施工安全尤其重要，施工阶段先向一个方向转弯扩挖，浅眼多循环进尺钻孔爆破，跟进顶拱锚杆支护，然后向另一个方向扩挖，边挖边跟进加强挂网锚喷支护，必要时进行喷钢纤维混凝土或采用花拱架进行加强支护，直到安全进入主洞，岔口30m内，采用单头交叉作业，形成两个工作面后，以上下游两个工作面组织交叉流水作业，同时施工。1.4.2引水隧洞开挖施工方案本标段引水隧洞长53.07m，断面形式为马蹄型，开挖尺寸4.89×6.6m（宽×高），考虑到隧洞较短，工程量不大，待调压室竖井施工完成后进行，开挖由7#施工支洞进入采用YT-28手风钻钻孔，人工填装乳化炸药，非电毫秒雷管微差爆破，周边进行光面爆破，导爆索起爆。爆碴采用CAT966F装载机装15t自卸汽车经7#施工支洞运至碴场堆存。对局部岩体破碎带采用锚喷等临时支护措施，以确保围岩稳定。具体施工参数根据招标文件地质资料及施工进度安排，开挖单循环进尺为2.55m，每循环时间约13小时，经计算，每天1.7个循环进尺约4.3m，月进尺约为107.5m；表1.4-1引水隧洞洞挖作业循环计划表（Ⅲ类）表1.4-2引水隧洞挖施工参数表（Ⅲ类围岩）名称单位引水隧洞备注钻孔参数钻具人工搭设平台，人工手持YT-28手风钻钻孔钻具数量台4钻孔直径mm42参见附图中空孔直径mm70掏槽形式五星掏槽钻孔数量个/循环83钻孔深(单孔)m/循环3.0钻孔总长m/环246进尺率%85进尺m/循环2.55开挖体积m3/循环93钻孔速度min/m1.2纯钻孔时间min/循环240装药爆破散烟支护参数总装药量kg/循环111.75单耗药量kg/m31.26装药爆破时间min/循环60通风散烟时间min/循环60安全支护时间min/循环60出碴参数装碴机械CAT966F装载机装碴机械台数台1运输机械15自卸汽车运输机械台数台4出碴时间min/循环240开挖特性总耗时h/循环780月有效天数天25日作业数小时22日进尺m/日4.3月进尺m/月107.5对于围岩破碎段，则采用浅孔、少药、多循环方式进行，每循环按1.0～1.2m进尺。1.4.3压力管道斜井开挖施工方案采用LM-300型反井钻机开挖导井。先扩挖上弯段，再在上弯段安置反井钻机。由测量精确放线后，进行LM-300型反井钻机安装、定位，然后先沿竖井中心线采用LM－300型反井钻机自上而下形成Φ216mm导孔，导孔完成后，在斜井底部安装扩孔钻具，自下而上先扩挖成Φ1.4m的导井。导井贯通后人工手持YT-28手风钻进行全断面扩挖，挖过程中每爆破一次，及时进行锚喷（或挂网）支护；施工出碴利用CAT966F装载机由下平段装碴，15t自卸式汽车由8#施工支洞运输至碴场卸碴。由于斜段较长为方便钢管安装在斜管上段2/3处一侧进行扩挖，作为钢管焊接施工平台。施工程序具体施工方法1测量放线及辅助设施采用激光经纬仪精确测量，在井口位置用十字线定出中点，以中点引铅垂线在掌子面用红油漆画出开挖边线。同时,完成反井钻机相应的辅助设施，如基础砼、轨道等。2导井及钻爆施工沿竖井中心线采用LM－300型反井钻机自上而下形成Φ216mm导孔，导孔完成后，在压力管道下平段安装扩孔钻头，自下而上扩孔为直径Φ1.4m的导井。导井完成后进行全断面扩挖，从上而下，采用人工手持YT-28手风钻钻孔，人工填装乳化炸药，非电毫秒雷管微差挤压爆破，周边实施光面爆破，导爆索起爆周边光爆孔距0.45m，崩落孔间距0.8m。表1.4-3LM-300型反井钻机的性能参数表导孔直径(mm)扩孔直径(mm)钻孔深度(m)钻孔倾角（°）适用岩石额定推力额定拉力主机运输尺寸(mm)主机工作尺寸(mm)216140030050～90单轴抗压强度<200MPa320kN（25MPa）1256kN（25MPa）2980×1420×17003260×1820×3448该反井钻机具有以下特点：①钻机的推拉力、旋转扭矩，转速等主要参数设计合理，钻井工艺简单，能满足不同地质条件下以及多种孔径的施工要求；②采用全液压驱动，结构紧凑，重量轻，功率省；③主机安装运输以及调整全部机械化，简单省力，迅速安全，不需辅助设备；④主机液压系统简单可靠，操作容易，大部分液压元件及密封件与井下综采设备液压元件通用，维修更换方便；⑤钻杆丝扣采用API国际通用标准，安全可靠，互换性好，寿命长，装卸钻具工艺合理，辅助时间短，钻机配有开孔钻杆和特制的稳定钻杆，能有效地防止井孔偏斜；⑥钻井工序实现机械化作业，操作简单安全，改善了劳动条件，减轻了劳动强度；⑦扩孔钻头有喷水装置，可以降尘及冷却刀具；⑧钻机效率高，成井速度快，质量好。⑨采用LM-300型反井钻机一次性钻设导井，避免了下部斜管导井采用爬罐、上部导井采用反井钻机，不存在斜井中部对接扩孔钻头的难度和安全威胁，对工程顺利施工保障高。3安全处理爆破完毕、通风散烟后，对爆破面上残留的松动岩块进行彻底的检查清除。4出碴扩挖爆碴大多经导井落至压力管道下平段内，余下少量爆碴由人工清理。爆碴在压力管道下平段内采用CAT966F装载机装15t自卸汽车运输。5局部临时支护岩面开挖后，对局部出现的破碎岩体地带采用锚喷支护加固围岩。6循环时间及进尺根据地质资料及施工进度安排，扩挖单循环进尺为2.55m，每循环时间约16个小时，每天1.37个循环进尺3.4m，月进尺85m；表1.4-4Ⅲ类围岩段竖井扩挖循环时间表7斜井段扩挖施工参数表表1.4-5斜井段扩挖施工参数表序号名称单位围岩类别备注Ⅲ类一、结构参数1断面形式圆形2直径m6.63开挖面积m221.37二、主要施工机械1钻孔机械人工手持YT-28手风钻钻孔2装渣机械CAT966F装载机3运输机械15t自卸汽车三、单循环钻孔参数1爆破孔直径mm422钻孔数量个643孔深m3.04总钻孔长度m141四、爆破参数一）崩落孔个303药卷直径mmΦ324线装药密度kg/m2二）周边孔个341炸药类型乳化炸药2起爆类型导爆索3药卷直径mmΦ254线装药密度kg/m0.5三）总装药量Kg/循环77四）平均进尺m/循环2.55五）开挖体积m3/循环54.49六）单耗药量kg/m31.41说明1、起爆网络采用非电毫秒雷管起爆网络。2、表中所有爆破设计参数是根据计算及以往类似工程经验确定，在具体施工中可根据现场实际情况不断进行调整优化。1.4.4平洞石方洞挖施工方案上下平洞都采用钻爆法全断面掘进，YT-28手风钻钻孔，人工装乳化炸药，非电雷管毫秒微差挤压爆破，周边实施光面爆破以保证开挖质量。洞挖施工采用人工持YT-28手风钻在自制简易平台钻孔，采用五星直眼掏槽方式，每循环钻孔深1.5～3.0m，周边孔距40～50cm，崩落孔距70～80cm，人工装药，微差非电管引爆乳化炸药实施毫秒微差爆破，周边光面爆破，全断面掘进。开挖后及时采用喷锚砼等进行安全支护：对于IV类围岩段，设系统锚杆Φ22@150×150cmL=3.0m，挂网喷15cm厚的200#砼支护，局部破碎带增设超前锚杆。对于V类围岩则采取浅孔、少药量毫秒微差挤压光面爆破，单循环进尺控制在1.3m左右。对地质特差段围岩钻孔前在拱部打两排超前锚杆Φ，L=2.0～2.5m，梅花形布置；对于地下水丰富段采取设置集排水孔集中引水，喷砼封闭岩面或辅以化学灌浆等手段。施工程序如下：超前锚杆、排水孔→导洞光爆（孔深1.5m左右，周边孔距40~50cm）→安全处理→第一次喷砼封闭顶拱（厚5cm）→出碴→第二次喷砼厚5cm→架立格栅拱架→第三次喷砼（厚5～10cm）覆盖格栅拱架及连接网→下一循环施工。出碴采用CAT966F装载机装碴，15T自卸汽车经7#、8#施工支洞运输至指定碴场堆放。具体施工参数根据地质资料及施工进度安排，Ⅲ类围岩段扩挖单循环进尺为2.55m，每循环时间约13个小时，每天1.7个循环进尺4.3m，月进尺107.5m；表1.4-6压力管道平段洞挖循环作业计划表表1.4-7压力管道平段爆破参数表序号名称单位围岩类别备注一、结构参数1断面型式马蹄型Ⅲ类2断面尺寸m3.95×5.43开挖面积m224.76二、主要施工机械1钻孔机械YT28手风钻2装渣机械CAT966F装载机3运输机械15T自卸汽车三、爆破参数一）掏槽孔个4五星掏槽1炸药类型乳化炸药2起爆类型非电毫秒雷管3药卷直径mmΦ324装药量kg/孔2.5二）崩落孔个231炸药类型乳化炸药2起爆类型非电毫秒雷管3药卷直径mmΦ324装药量kg/孔2.0三）周边孔个271炸药类型乳化炸药2起爆类型导爆索间隔装药3药卷直径mmΦ254线装药密度kg/m0.75四）底板孔个61炸药类型乳化炸药2起爆类型导爆索3药卷直径mmΦ254线装药密度kg/m1.25五）总装药量kg75.75六）平均进尺m2.55七）开挖体积m363.14八）单耗药量kg/m31.2说明1、起爆网络采用非电毫秒雷管起爆网络。2、表中所有爆破设计参数是根据计算及以往类似工程经验确定，在具体施工中可根据现场实际情况不断进行调整优化。1.4.5岔管及支管开挖施工方案1#、2#岔管开挖直径4.9m、3.5m，长约24.77m。1#支管、2#支管、3#支管开挖断面为3.6×3.6m（宽×高），长度分别为：33.62m、27.98m、39.57m；由于支管断面不能满足钢管运输，需对2#支管扩挖成4.5×4.5m以满足需要；开挖利用钻爆台车，人工手持YT-28手风钻造孔，人工填装乳化炸药，非电毫秒雷管微差爆破，周边进行光面爆破，导爆索起爆。爆碴采用CAT966F装载机装15t自卸汽车运至碴场堆存。对局部岩体破碎带采用锚喷等临时支护措施，以确保围岩稳定。具体施工参数根据地质资料及施工进度安排，岔管及1#、3#支管洞挖单循环进尺为2.55m，每循环时间约13个小时，每天1.7个循环进尺4.3m，月进尺107.5m；2#支管扩挖单循环进尺为2.125，每循环时间约12个小时，每天1.8个循环进尺为3.8，月进尺95m。表1.4-8岔管及1#、3#支管洞挖循环作业计划表表1.4-92#支管扩挖循环作业计划表表1.4-9岔管及支管洞挖施工参数表对于围岩破碎段，则采用浅孔、少药、多循环方式进行，每循环按1.0～1.2m进尺。1.4.6不良地质段处理方案根据招标地质资料，压力管道约在管轴线1100m高程以下位于侵入岩体中外，其余均位于白云岩中。白云岩中围岩总体为Ⅲ类，局部为Ⅳ类。白云岩与侵入岩接触带约在管轴线1110m高程左右，接触带岩体较破碎，属Ⅳ~Ⅴ类围岩；侵入岩中围岩以Ⅱ类为主，局部Ⅲ类，断裂破碎带及其影响带为Ⅳ类。对松散、软弱破碎的处理主要采取一掘一支护的施工方法，稳步前进。一般先沿洞顶设置Φ22、L=3.0～3.5m超前锚杆锁固围岩外壁，再进行开挖。开挖采用浅眼（1.5～2.5m）、密孔、短进尺、多循环的施工方案，并辅以导坑领进二次扩挖成型施工，施工中严格控制装药量，尽量小地扰动周边围岩，开挖后采用挂网喷锚砼支护。必要时结合安设格栅拱架及时支护周边围岩、回填塌落槽身，并设排水孔集中排水，增加支护能力。对地下水发育或涌水的地段采用设置数量不等的深排水孔并及时喷砼封闭岩面，集中引水，必要时可辅以速凝砼或化学灌浆，堵引结合，同时挂网喷锚砼与格栅拱架结合及时进行支护，稳固周边围岩。不良地段施工围岩开挖的一般原则1软弱地质段采用浅眼少药量多循环钻孔爆破，并及时进行喷砼安全支护封闭，以保证开挖的质量和安全；2岩层较差地段或脱层掉块严重段采用浅眼多循环钻孔爆破，并及时跟进支护格栅拱架。3围岩稳定特差地段爆破后立即喷砼封闭岩面，出渣后，再打锚杆、挂网、喷砼，必要时安设格栅拱架。4地下水活动较严重地段地下水较严重地段，宜采用排、堵、截、引的综合治理措施：（1）采用超前孔探明地下水的活动规律，侧定漏水量、压力防止突然暴渗；（2）截断补给水源，降低地下水位；（3）对围岩进行灌浆，降低具渗透性或形成帷幕阻水；（4）利用施工支洞集水坑排除地下水。支护工程施工1.5.1锚杆施工本分部工程锚杆共计5174根，主要用于洞内临时支护和永久性支护。其余详见7.6.1节。1.5.2喷砼施工本分部工程喷砼1075m3，主要用于洞内临时支护和永久性支护。喷砼采用湿喷法施工工艺，并加以DS-1型喷砼结合剂以减少回弹。利用5t自卸汽车从拌和站运料，TK－961型砼湿喷机输送，人工持喷头在自制简易平台车上喷射。砼标号为C20。其余详见7.6.2节。1.5.3钢拱架施工具体施工方法见第七章。砼施工本工程混凝土施工包括部分引水隧洞段砼和压力管道的上平段及上弯管段、斜井段、下平段和下弯管段及岔管和支管回填砼，共计8238m3。1.6.1引水隧洞砼施工引水隧洞混凝土衬砌采用先浇边顶拱后底板的施工方法。钢筋工程见7.7.1节。模板工程引水隧洞砼采用人工组立组合钢模板。模板使用前应涂刷模板油，模板应安装严密到位避免出现漏浆，支撑牢靠，避免浇筑过程中出现模板变形移位或爆模。砼施工施工方案采用先边顶拱后底板、由内向外衬砌的浇筑方式。施工程序边顶拱砼衬砌施工程序如下：基础面的处理和验收—→立模—→钢筋制安—→仓面验收—→砼拌制—→砼运输—→砼入仓、平仓—→砼捣实—→养护底砼衬砌施工程序如下：基础面的处理和验收—→立模—→钢筋制安—→仓面验收—→砼拌制—→砼运输—→砼入仓、平仓—→砼捣实—→砼收面—→养护具体施工方法1砼制备采用HZS25混凝土拌和站生产混凝土。采用电子准确配料，皮带机上料。混凝土的生产应保证仓内混凝土施工的连续性。2仓面清理、准备对于基础面砼浇筑，需在建筑物基面验收合格后方可进行混凝土浇筑工作。岩基上的杂物、泥土及松运岩石均应清除，应冲洗干净并排干积水，如遇有承压水，应采取妥善的引排措施，清洗后的基础岩面在混凝土浇筑前应保持洁净和湿润。对于新老砼结合面的已浇砼面层，由人工进行凿毛，达到石子半露并形成完全粗糙面的效果，人工清运浮渣，用风水枪联合冲洗仓面至干净，待浇筑前保持仓面湿润。3砼分段浇筑分段按进场后技施图纸加以确定。4砼入仓、平仓及振捣边拱顶砼衬砌采用由里向外施工，边、顶拱一次衬砌成型，衬砌长度为12m，采用组合钢模板浇筑，人工绑扎钢筋，砼由3m3砼搅拌车经7#施工支洞运料到工作面，HB60砼机泵送至仓内，人工持Φ2″振动棒或附壁式振捣器振捣密实，人工洒水养护到龄期。底板砼一次浇筑成型，采用退浇法。3m