卡基娃水電站斜井開挖施工技術綜述

肖鳳平

(中國水利水電第八工程局有限公司,湖南 長沙 410000)

卡基娃水電站斜井開挖施工技術綜述

肖鳳平

(中國水利水電第八工程局有限公司,湖南 長沙 410000)

四川省卡基娃水電站壓力管道為地下埋藏式,其中有兩段斜井,上斜井和下斜井,開挖地質條件復雜,施工中采用反井鉆機形成導井,分兩次鉆爆擴挖的方法,最終順利完成了斜井的開挖支護.

水電站;斜井;開挖;施工技術

1 工程概述

卡基娃水電站系木里河干流(上通壩～阿布地)河段quot;一庫六級quot;開發方案中的第二級電站,位于四川省木里縣唐央鄉,壩址距木里縣城約178km,距西昌市約424km.電站總裝機容量452.4MW,主機間裝機4臺,單機容量110MW,生態機組裝機2臺,單機容量6.2MW.

本工程壓力管道為地下埋藏式,分上斜井和下斜井,上斜井段連接壓力管道上平段和中平段.斜長97.341m,傾角60°,下斜井段連接中平段和下平段.斜長84.062m,傾角60°.斜井軸線方向與地層走向交角20～40°,經過地層為奧陶系人公組千枚化板巖夾變質石英砂巖(O1r3),地層產狀N10～30°W/NE∠35～50°.布置區不發育,屬于單斜構造,規模較小.圍巖以穩定性差的Ⅲ2類為主,局部Ⅳ類.

2 斜井開挖施工方案比選

結合本工程特點,針對斜井開挖施工考慮了三種施工方案進行分析和對比,第一種是正井鉆爆法;第二種是反井鉆機施工形成導井后鉆爆擴挖;第三種是爬罐施工形成導井之后再正井鉆爆擴挖,三種方案的優缺點見表1.

綜述比較與分析,反井鉆機施工形成導井再鉆爆擴挖法,施工效率高,施工技術較為成熟;結合本工程的特點,最終選取了反井鉆機施工形成導井再鉆爆擴挖法的方案.

3 本工程斜井開挖方案

本工程斜井開挖采用LM-200型反井鉆機施工成φ1.4m直徑的導井,再自上而下擴挖成型,為保證不堵孔,分一次擴挖φ3.5m和二次擴挖8.0m兩次進行.

表1 斜井開挖施工三種方案的優缺點

3.1 反井鉆機施工

反井鉆機施工分為φ216mm先導孔施工、φ1.4m反拉擴孔施工.φ216mm先導孔施工時必須采用大功率泥漿泵將循環水通過鉆桿壓入孔內,通過水循環將先導孔內巖渣通過鉆桿與導向孔間的環形空間帶入沉渣池沉淀,巖渣沉淀后人工撈起指定堆放.在施工過程中,如果出現塌孔、不返水或者返水較小等異常情況,則需要拌制泥漿或水泥漿,護壁后鉆進,若不能則需采取其他手段.

(1)先導孔施工.鉆機基礎先由測量工程師放線定位,井口基礎開挖、清理,之后澆筑基礎砼,預留出基礎螺桿孔,定位校準后澆筑二期混凝土.為確保先導孔的鉆孔精度,防止先導孔發生偏斜,初擬施鉆參數如下.

先導孔開孔點在斜井中心線延長線上,開孔角度上抬1°,采用59°.

開孔先接4根穩定鉆桿,之后連接普通鉆桿3根,再接穩定鉆桿1根,共使用5根穩定鉆桿.

鉆孔傾斜度測量:穩定鉆桿鉆完約10m測一次,施工過程中根據實際加密測量.

鉆進速度控制為1.1～1.6m/h.

導孔施工到距離平段頂部高程約有10m時,在下部落渣點以外40m設置警示標志,特別是在扒渣時段,嚴禁人員及設備進入.

(2)1.4m反拉擴孔.

①鉆頭連接.先導孔貫穿之后,在已經貫穿的鉆頭部位用卸扣器將導孔鉆頭和異型鉆桿換下,將上下提吊塊分別同鉆頭、先導孔鉆桿固定,提升使鉆頭離開地面約50cm,然后下放先導孔鉆桿,拆去提吊塊,連接擴孔鉆頭.

②將電機轉速調為低擋.

③循環水供擴孔鉆頭冷卻和消塵.

④為防止鉆頭劇烈晃動導致刀具損壞,先使用低鉆壓、低轉速,鉆頭全部鉆進之后加壓加速施工.

⑤卸鉆桿.在鉆桿接頭無法松動時采取相應措施進行處理,第一是使用輔助卸扣先進行反轉松動,若不能松動接頭時,則采用第二種方法,在接頭四周用氧焊進行烘烤,直至松動為止.如果還是不能松動接頭時,則采用第三種方法,在第一根鉆桿的下邊緣用鋼鋸鋸除2～3mm鋸槽來松動接頭.

3.2 石方擴挖

(1)φ3.5m擴孔一次擴挖.φ3.5m擴孔采取從上到下的方式進行施工,斜井內設置鋼筋斜爬梯用于人員上下,爆破造孔方向與設計軸線平行,每排炮孔深2.5m,孔距為0.5m,排距0. 5m,為防止導孔堵塞,每次下部出渣必須干凈;在一次擴挖過程中,為確保施工安全,結合現場情況,增加隨機錨桿噴錨等臨時支護.

(2)全斷面二次擴挖.二次擴挖同樣采取自上而下擴挖的施工方法,人員利用爬梯至工作面進行開挖,設備利用卷揚機小型臺車上下,支護跟進.

(3)洞挖主要工序作業措施.①井內開挖所需供風、供水、供電、施工人員、材料、機械就位.②測量人員進行測量控制.③鉆工按照測量工程師定出的中線、腰線、輪廓線進行鉆孔定人定位施鉆.鉆孔偏差控制在5°,最大超挖控制在10cm,二次擴挖輪廓線采用光面爆破.

3.3 支護施工

二次全斷面開挖完成后進行支護施工,支護施工利用爬梯將噴錨管引至掌子面進行,其噴錨料及設備全部布置于平段與支洞交叉口下游進行施工.若遇到Ⅴ類圍巖,在開挖之前采取必要的超前支護,之后進行下一循環施工.

4 結語

該項目兩段斜井開挖及初期支護施工共計歷時157天,其中反井鉆機先導孔平均進尺12～15m/天,反拉擴孔導洞平均進尺10～12m/天,正井鉆爆一次擴挖平均進尺4～5m/天,二次擴挖平均進尺2～2.5m/天.

在一、二次擴挖過程中,應根據巖石特性,不斷優化爆破參數,控制爆破粒徑,可有效防止導井堵塞.尤其是一次擴挖堵孔可能性較大,本項目在爆破時孔位間排距布置較密,控制在50cm,單耗在1.2kg/m3,在實際施工時孔向采用發散型與軸線外傾角30°方向鉆孔,施工更方便;二次擴挖周邊孔考慮光面爆破,孔距50cm,主爆孔間排距控制在80cm,單耗在0.8kg/m3,爆破后粒徑都在40cm以下,施工中未發生導洞堵塞的情況,效果較好.

[1]水電水利工程斜井豎井施工規范.DL/T 5407-2009.

[2]爆破安全規程.GB6722-2011.

[3]水電水利工程爆破施工技術規范.DL/T 5135-2013.

[4]巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范.GB50086-2015.

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1671-0711(2017)11(下)-0094-02