尾水洞出口开挖支护施工工程师论文刊发

来源：核心期刊咨询网时间：2013-05-04 14:4312

摘要：锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，本文笔者通过工程实例，探讨了尾水洞出口开挖、支护施工措施。

　　摘要：锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，本文笔者通过工程实例，探讨了尾水洞出口开挖、支护施工措施。

　　关键词：支护施工;施工措施;爆破施工

　　Abstract: Jinping hydropower station is located in Sichuan Province Liangshan Yi Autonomous Prefecture County and Muli County, the author through the engineering examples, explores the tailrace tunnel, excavation supporting construction measures for export.

　　Key words: supporting construction; construction measure; blasting construction

　　中图分类号：U449.86      文献标识码：A         文章编号：

　　一、工程概况

　　尾水出口布置在下游围堰和泄洪洞出口之间，由尾水平台、尾水明渠段组成，其走向NW16.788°，与岸坡斜交，交角约43°。尾水平台设置检修闸门室，闸顶设置交通桥。出口顶部开挖边坡高程约1749.0m，底板开挖高程1619.0m，边坡开挖高度约130.0m(其中出口平台以上高度约86.0m，平台以下高度约44.0m)。尾水检修闸室段长12m，闸室两边墩为衡重式墙体，每个闸室设置有15m×16.5m(宽×高)的平面滑动式检修闸门，由设置在出口平台上的启闭机启闭。出口平台高程1663.0m，底板高程1621.0m，塔体高度42.0m。闸室段底部开挖宽度23m。

　　尾水明渠段长29m，与闸室末端采用扭曲面过渡，底宽采用渐扩型式，平面扩散角4°，与原河床相接，底板纵坡-25％。明渠两侧开挖边坡坡比1：0.3～1：0.5，厚0.5m混凝土衬砌最大高度29m。

　　二、施工布置

　　1、将道路、通风、供水、供电、通迅等设施及施工截排水等工作事先布置好，为开挖支护做好准备。

　　2、将钢筋、水泥等原材料按要求加工好运送到施工现场。

　　三、开挖、支护施工措施

　　3.1开挖分区、分层及支护程序

　　（1）①、②尾水出口施工分区，开挖立面上拟分为四区进行。

　　（2）施工分层

　　①、②尾水洞出口施工分层结合马道布置高程及道路布置情况，每层高度控制在10m左右。在分层开挖前，需要先把出渣区和钢筋石笼拦渣坎先修筑形成，再自上而下分层开挖支护。

　　（3）支护施工程序

　　梯段开挖结束→边坡处理→锚杆施工→喷砼施工→锚索、排水孔施工→验收

　　3.2施工措施

　　3.2.1覆盖层明挖

　　（1）开挖程序

　　覆盖层明挖主要集中在▽1693m 以下，覆盖层明挖量共计6135 m3，在上部边坡开挖完成后进行施工。

　　覆盖层开挖工艺流程：测量放样→（手风钻钻孔解石）→液压挖掘机挖装→自卸汽车装运

　　（2）开挖方法

　　覆盖层开挖根据覆盖层堆积物性质分别采取不同的方法，对于粘土夹碎石层主要采用自上而下分层开挖的施工方法。对于大块石堆积层，则采取手风钻钻孔解石后，再由TY220 推土机集碴，CAT320液压挖掘机挖装，20T 自卸汽车装运至弃渣场堆放的方法。

　　由于边坡覆盖层占边坡石方比例不到10%，且主要沿坡面表层分布，故边坡覆盖层不单独进行开挖处理，考虑在边坡石方开挖时同时爆破开挖。

　　3.2.2石方明挖

　　（1）开挖的方法

　　尾水出口明挖为①、②尾水出口的石方明挖，包括边坡石方明挖及明渠槽挖，其石方明挖工程量为：422450m3。

　　为保证施工安全及基岩的完整性，高边坡采取预裂爆破和松动爆破，控制装药量，从上自下分层开挖，并及时作好锚喷支护。边坡开挖采用分层梯段微差挤压爆破开挖，开挖实施自上而下分层开挖，梯段高度控制为10.0m，为保证边坡开挖后岩石的完整性和开挖面的平整度，边坡开挖均采用预裂爆破。

　　每层开挖支护完成后，才能进行下一层的开挖。随着开挖高程的下降，及时对坡面进行测量检查，以防超欠挖，同时避免形成高边坡后再进行处理。

　　清理预裂线附近浮碴，经测量后放出预裂线，用白粉按设计点出孔位，并用地质罗盘侧出预裂线走向。

　　钻机定位后，先用地质罗盘贴在钻机滑架侧面，调整使滑架与预裂孔连线走向垂直，然后再按设计倾角调整钻杆同水平面的夹角，钻孔倾角误差不大于1°，沿预裂线方向炮孔定位偏差不大于±5cm。

　　开钻时应徐徐加压，钻进10cm之后，需校核钻杆倾角并在钻进过程中保持不变。各钻孔应保持平行且在同一平面内。

　　设置缓冲层。缓冲层的设置，其目的在于保护预裂面的完整性。缓冲孔孔距1.5m，距预裂面的距离为1.0～1.5m，与预裂孔平行。缓冲孔底部与主爆孔的水平距离为1.2～2.0m。缓冲孔采用连续不偶合装药形式，装药直径φ35mm，最大单响药包控制在20kg。

　　（2）深孔预裂爆破

　　开挖高度大于4.0m（含4.0m）时，主要采用深孔预裂爆破。

　　为保护岩体和岩层的完整性，减小石渣块度、飞石的危险性、空气冲击波强度，防止边坡失稳，采用梯段高度不大于10m的开挖方法。在钻孔直径的选择上，主要考虑是减轻爆破振动对基础的破坏。最大钻孔直径100mm，并选择200cm作为底部水平保护，以防止预裂缝的超深对应保留岩体的破坏。

　　为防止边坡失稳，必须确定合适的控制指标（质点最大振动速度和最大加速度）和相应的爆破参数。按照有关经验公式和参照类似工程经验，初步设计的爆破参数见下表。实施中将通过试验进行调整。

　　预裂爆破的起爆采用导爆索。与主爆破孔一同爆破时，预裂孔应超前主爆破孔50ms以上。主爆破孔采取孔外微差、孔内延时、孔间微差顺序起爆方式。设计起爆网络时，要求预裂孔起爆前，主爆破孔孔外传爆应完成，减少拒爆因素。孔间微差可采用MS2段塑料毫秒延期导爆管，孔内采用MS10段（MS9），排间采用MS5段（MS4段）塑料毫秒延期导爆管。

　　利用导爆索单独进行预裂时，若预裂孔较多，可按单响药量要求控制，每5～10个孔一组，各组间以MS2段毫秒非电塑料导爆管分开。

　　深孔预裂爆破参数表如下：

　　深孔预裂爆破参数表

　　项目梯段高度H（m）备  注

　　基本参数10.008.007.50

　　主爆孔

　　钻孔直径（mm）D=1.06d=85858585D:钻头直径

　　超钻深度（m）h=(0.1～0.25)H h=(12～15)D1.501.101.00

　　钻孔深度（m）L=(H+h)/Sinα11．909.408.80α取750

　　最小抵抗线W=（20～40）D3.503.003.00

　　炮孔间距（m）a=(1.1～1.4)w4.003.503.50

　　炮孔排距（m）b=0.87a3.503.003.00

　　单位耗药量400～450g/m3400～450450～500450～500

　　堵塞长度（m）L2=L-L12.001.801.60

　　预裂爆破孔

　　钻孔直径（mm）D=1.06d=858585D:钻头直径

　　钻孔间距（m）A=（7～12）D0.800.70～0.80

　　钻孔深度（m）L=H-1.508.506.50、6.00

　　不耦合系数D/ D药=2.662.662.66

　　药卷直径D药=32mm3232

　　线装药密度全孔平均：g/m300～350300～350

　　（4）浅孔爆破

　　适用于开挖高度小于4.0m或虽大于4.0m但坡面层较薄及如基坑石方开挖。浅孔爆破均采用手风钻钻孔、梯段微差爆破。开挖线处采用光面爆破技术。

　　（5）保护层爆破设计

　　为保证尾水洞出口明渠底板建基面的完整性，实施梯段爆破作业时，预留1.5m 厚的保护层，采用保护层一次爆破法施工，手风钻钻孔，设底部柔性垫层，一次爆破。

　　（6）边坡稳定保证措施

　　主要采取以下技术措施：

　　① 及时进行随机锚杆支护：每一梯段边坡开挖出露后，随出渣下降及时进行安全处理，对节理密集带和局部不稳定岩体在开挖渣堆上及时进行随机锚杆支护和增设挂网后喷混凝土；

　　② 系统锚杆及喷砼支护跟进：每到达一层马道后，在马道上搭设脚手架（或预留岩坎或在松渣上）进行系统锚杆和喷砼支护，上层的支护保证下一层的开挖安全顺利进行，未完成上一层的支护，严禁进行下一层的开挖，锚索根据开挖分层施工安排尽快实施；

　　③ 边坡开挖过程中遇到揭露的断层、软弱岩层和构造破碎带应及时按设计图或监理工程师的指令进行处理，并采取排水或堵水等措施。若需开挖时，采用手风钻浅孔小药量爆破；

　　④ 随开挖下降埋设临时观测点，定期观测边坡变形情况，以便及时调整爆破规模及参数，确保边坡稳定和安全；积极配合其它承包商做好边坡原型观测设施的埋设，以便尽快形成边坡观测系统，为边坡稳定分析提供可靠数据。若出现不稳定迹象时，应及时通知监理人，并立即采取有效措施确保边坡的稳定。

　　3.2.3  截水沟施工

　　在边坡开挖前首先施工两侧边坡及顶部的截水沟，以防止边坡受地表水冲刷造成塌方，开挖时位置尺寸坡度放样必须准确，符合设计要求，并与现场实际情况相适应，对于超挖处不能贴坡填渣，要用同标号的砼填平。截水沟开挖以人工手风钻钻孔，小药量爆破，爆破后人工配合修整。截水沟修筑采用C15混凝土，其出口与路基排水设施顺接，以便排水。

　　3.2.4  支护施工

　　尾水出口支护包括砂浆锚杆、锚筋、锚杆束、预应力锚索、排水孔等。其中：砂浆锚杆9310根、锚筋7362根、锚杆束410束、预应力锚索294束、排水孔14631m。为了确保边坡稳定，支护与开挖同步进行，每开挖完一个台阶，及时进行支护施工，并做好临时排水工作。

　　（1）支护施工程序：

　　边坡支护施工程序

　　开挖结束→边坡处理→锚杆施工→（挂钢筋网）喷砼→锚索、排水孔施工→验收

　　（2）锚杆、锚筋、锚杆束施工

　　开挖边坡的支护在分层开挖过程中逐层进行，开挖前应先施工马道的锁口锚杆，征得监理人同意再进行下层开挖。

　　每开挖一层，在施工平台上搭钢管脚手架进行锚杆施工，大于6.0m的长锚杆采用轻型潜孔钻钻孔，短锚杆采用手风钻钻孔。短锚杆均采用“先注浆后插杆”的程序施工；长锚杆钻孔孔径大于60mm的锚杆、锚筋和锚杆束采用“先插杆后注浆”的程序施工，砂浆配合比通过试验确定，注浆机进行注浆。

　　锚杆孔的直径、孔轴方向、孔位置偏差、钻孔深度应满足施工图纸或有关要求。施工图纸中未作出规定时，系统锚杆的孔轴方向应垂直于开挖面；局部加固锚杆的孔轴方向应与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角应大于45。钻孔完成后，应进行清孔处理。

　　锚杆的安装要规范，外露长度要符合有关要求。注浆保证饱满、密实。砂浆终凝前不允许扰动。锚杆到龄期后按规范进行拉拔试验抽检。

　　为保证开挖边坡开口线以上的岩体稳定，需在开口线上方设置两排锚杆束3Φ32，L=9m，间距2m。

　　（3）喷砼施工

　　利用锚杆施工搭设的脚手架，冲洗岩面，经监理工程师验收合格后，采用砼喷射机按湿喷工艺，分段分片，自下而上，分层施喷，喷层厚度小于70cm，采用“喷混凝土-挂网-喷混凝土”的工艺施工。喷砼施工技术措施：选用的材料应满足规范要求，配合比应根据试验确定并经监理工程师认可后方能使用。喷前先对岩面进行检查，将边坡表面松动岩块、浮渣等覆盖物及坡脚的岩渣等堆积物清理干净。用高压水冲洗喷射面，对遇水潮解的岩层采用高压风清扫岩面。验收合格后即可施喷。喷射砼终凝2小时后，喷水养护，养护时间不少于14天，气温低于5°C时，不得喷水养护。

　　（4）锚索施工

　　锚索采用MD60锚索钻机钻孔，1000KN的锚索孔，选用J100B-115钻头，2000KN的锚索孔，选用J150B-155钻头。开孔钻进要低钻速，低压推进，当成孔约50cm，需再次效核孔向，及时调整钻机。在钻进过程中若孔深已达到蓝图所示的深度，而仍处于破碎带或断层等软弱岩层时，应延长孔深，继续钻进，直至监理人认可为止。对于破碎带或渗水量较大的围岩，在安装锚锁前，应对锚孔进行灌浆处理，待灌浆强度超过5Mpa时，再进行扫孔。

　　注浆时采用排气法注浆，选用注浆机进行灌注水泥纯浆。锚墩采用现浇的方式，其下部支承要牢靠，以免整体变形，引起孔口管方向不正，影响锚固效果。张拉均采用超张拉持荷稳压、超载安装施工方法，超载系数暂定1.05，施工中根据试验做调整。

　　张拉结束后将锚具外大于15cm的钢绞线用切割片割除，外锚具或钢绞束端头，用厚度不小于10cm的砼封闭保护。

　　（5）排水孔施工

　　边坡排水孔在喷混凝土前与锚杆钻孔同时进行，在喷混凝土施工将孔保护，喷混凝土后拆除保护成孔。

　　Φ76的孔采用QZJ100B潜孔钻机，所有部位的排水孔严格按照施工详图或监理工程师所规定的位置、方向和深度钻进。钻孔过程中严格控制钻进压力和转速，确保偏差达到设计标准(其平面位置的偏差不得大于10cm；孔的倾斜度不得大于1%；孔深误差不得大于或小于孔深的2%)。钻孔结束后，必须进行冲洗，确保孔内沉淀物不超过20cm，冲洗结束后，均妥善保护好孔口，以防孔内落入异物导致堵孔。孔口、孔内等保护装置严格按照图纸、文件或监理人的指示进行加工安装。

　　四．结束语：

　　通过对屏水电站尾水洞出口开挖支护施工技术及措施的深讨，其施工效果良好，达到了预期的施工要求，节约了时间，和工程成本。

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