抽水蓄能电站地下厂房系统土建工程地下洞室的开挖与支护施工方案及技术措施.doc
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1、抽水蓄能电站地下厂房系统土建工程地下洞室的开挖与支护施工方案及技术措施1.1施工支洞布置与施工1.1.1 施工支洞布置说明本标段工程是保证电站按期发电的关键项目,如何合理的进行施工支洞的布置,是确保工程施工进度及安全施工的重要措施。根据枢纽建筑物的布置及施工特点,施工支洞尽可能利用永久通道,设计在地下系统已合理布置了尾水上部施工支洞、尾水下部施工支洞、厂房下部施工支洞、上出线洞施工支洞,经分析设计布置的施工支洞可基本满足本工程地下系统施工的需要。为了施工方便,缩短风、水、电供应和施工通风的线路,减少与引水系统工程标施工的干扰,改善尾水系统的通风条件,在厂房及主变室上层施工完成后,在通风兼安全洞
2、桩号通0+843.000部位设一直径为1.2m的施工竖井与尾水下部施工支洞相连通,将布置在通风兼安全洞的风、水、电经施工竖井引至尾水下部施工支洞,作为施工尾水下部施工支洞及尾水下平洞、厂房下部施工支洞及厂房下部的风、水、电供应和施工通风的通道,施工通风利用厂房永久通风通道借助高差,改善尾水系统的通风条件。施工支洞布置位置见图XLC/C-CC-04-06-01。施工支洞特性见表6-1。施工支洞主要工程特性表表6-1支洞名称断面尺寸(mm)起/止高程(m)洞长(m)开挖(m3)备注尾水上支洞7.51.5760.620/775.379350.96515408接通风兼安全洞尾水下支洞7.51.5722
3、.334/713.400257.05611937接引水下部施工支洞厂房下部施工支洞7.51.5723.684/725.00092.2872380接引水下部施工支洞上出线洞施工支洞4.04.0842.764/843.40541.0840接下库坝顶公路通风洞-尾下支洞施工竖井1.2750.805/728.73422.07125连通通风洞与尾下支洞1.1.2 开挖支护施工方法施工支洞开挖施工施工支洞的开挖支护程序测量放线布孔造孔孔深检查装药联网分段爆破通风排烟安全处理出渣支护掌子面清理下一循环施工。施工支洞的开挖方法开挖:上出线洞施工支洞、施工竖井采用人工手风钻钻孔。尾水上、下施工支洞、厂房下部施工
4、支洞采用手风钻造孔全断面掘进,中间采用楔形掏槽,周边采用光面爆破,爆破网络采用非电毫秒雷管微差延时网络火花起爆方式,开挖每循环进尺为2.03.0m。开挖方法见插图6-1及图: XLC/C-CC-04-06-02。出渣:上出线洞施工支洞采用L40装载机配5t自卸车出渣,施工竖井人工出渣,其余支洞采用侧卸装载机装20T自卸汽车运至指定渣场。支护:根据洞内的围岩情况,进行锚喷支护。锚杆采用台车造孔手风钻配合,锚固采用水泥锚固药包或砂浆锚固。喷混凝土采用半湿喷法进行喷护施工。1.2 地下厂房系统施工 1.2.1工程特性西龙池抽水蓄能电站地下厂房系统包括:主副厂房、主变室、母线洞、交通洞、交通廊道、厂顶
5、锚洞、进风洞、通风兼安全洞、厂顶排烟洞、排烟竖井、排水廊道、出线洞、出线竖井等组成。其主要工程量及特性见表6-2。地下厂房系统工程特性及主要工程量表表6-2洞室名称洞长(m)开挖断面(mm)起/止高程(m)主要工程量洞挖(m3)喷砼/喷钢纤维 (m3)各种锚杆/锚索(根)主副厂房149.3021.7549712.0/761.01283002350/8708454/958主变室130.911.417.5737.5/755.036310561/4022839/109母线洞47.758.89.35731.5/740.85155316642578主变通风洞112.9727.51.5751.0/748.
6、353605166986进风洞270.9595.05.0740.678/751.063173352181厂顶排烟洞422.02.52.2791.0/789.522922981806排烟竖井49.0D2.5791.0/840.026040厂顶锚洞150.55.05.0789.5/794.738952171165交通洞727.727.57.5770.5/737.53407413848508交通廊道615.05.0740.224/741.062045266下出线洞554.04.0748.5/752.5111870210上出线洞、出线斜洞224.0/24.6294.04.0844.5/843.4058
7、43.405/861.35533335646出线竖井113.0D9.2741.0/854.089653422952上层排水廊道741.863.03.0748.5/751.67748.5/751.4772103841932中层排水廊道577.03.03.0735.477/738.0731.12/738.46255752981492下层排水廊道292.62.53.0714.502/711.92737151756自流排水洞1232.8912.53.0698.615/711.9101156391829合计2727178279386001.2.2 施工布置施工风、水、电布置施工风、水、电、施工通风及施工
8、排水布置见第三章 总平面布置的说明。施工中风、水、电从总体布置的相应系统管线的接口就近接引使用。 交通布置地下厂房系统开挖施工通道:进入地下厂房系统的施工通道主要有通风兼安全洞、交通洞、进风洞、主变通风洞、厂房下部施工支洞、尾水下支洞等隧洞。洞外施工道路:地下厂房系统洞外施工交通主要以2#公路作为地面施工道路。 弃渣布置本工程地下厂房系统开挖的弃渣主要经2#公路和运渣交通洞运至下闪虎沟渣场。1.2.3 主副厂房的施工厂房围岩为张夏组和崮山组下段薄层钙质石英粉砂岩、薄层灰岩、鲕状灰岩和柱状灰岩,呈互层状结构,纹理发育。顶拱围岩为ab类,边墙围岩为a类。 主副厂房开挖施工进度主副厂房各层施工进度安
9、排见第四章有关章节主副厂房开挖分层主副厂房开挖、支护共分七层进行,分层高度、开挖工程量及施工特性见图: XLC/C-CC-04-06-0305、表6-3。 主副厂房分层开挖施工特性表表6-3分层起/止高程 (m)高度(m)开挖量(m3) 施工通道开挖方法简述支护方法761.0/752.458.5522863通风兼安全洞中导洞先行开挖,两侧扩挖错距跟进的方式,喷锚支护视岩石情况随后跟进。台车造锚杆孔,优先采用先注浆后插杆的施工方式,注浆机注浆,平台车配合人工安插锚杆,钢筋网片安装利用平台车或自制台架,采用喷混凝土台车以湿喷方式进行混凝土和钢纤维混凝土喷护,潜孔钻机钻设锚索孔。锚索的安装施压采用自
10、制台架或打设施工平台,锚索的编制在后方综合加工厂进行。752.45/744.458.026986通风兼安全洞、交通洞、进风洞先中部进行预裂梯段拉槽爆破,两边预留岩壁梁保护层,岩壁梁开挖采用垂直钻孔和水平钻孔相结合周边光爆的方式。744.45/737.51.9522569交通洞在层岩壁梁浇筑前先进行边墙的预裂爆破,待岩壁梁混凝土达到强度后,采用潜孔钻进行梯段爆破737.5/731.51.015360交通洞开挖方式同层,本层穿插进行母线洞的锁口支护及开挖,母线洞的开挖采用小导洞、短进尺的开挖方式。731.5/725.01.517192厂房下部施工支洞先中部梯段拉槽爆破,两边进行光面爆破的施工方式7
11、25.0/719.01.013836厂房下部施工支洞、尾水下部施工支洞719.0/712.07.09494尾水下部施工支洞本层基础保护层开挖采用钻孔直接至建基面,孔底设置柔性垫层一次爆破的开挖方式。第层:考虑顶拱的稳定成型,便于顶拱支护施工和观测仪器的埋设、顶拱网架支撑牛腿混凝土的施工及施工设备的工作性能,第层高度定为8.55m。第层:该层为岩壁吊车梁的施工部位。为便于岩壁吊车梁的施工,第层开挖至岩壁吊车梁下部2m高程处,开挖高度为8.0m。第层:该层开挖的施工通道为进厂交通洞,开挖条件较好;母线洞的洞顶在此层出露,为了便于母线洞的开挖,做好母线洞的洞顶锁口支护;此层开挖高度定为1.95m。第
12、层:该层施工通道仍为进厂交通洞,且此层母线洞出露,为便于此层开挖与母线洞开挖平行作业,此层开挖高度定为1.0m。第层:该层开挖的施工通道为厂房下部施工支洞,其开挖高度取1.5m。第层:该层左侧以厂房下部施工支洞为施工通道,右侧以第层和尾水下部施工支洞为施工通道,故此层开挖高度取1.0m。第层:该层开挖与尾水隧洞联通,故本层以尾水隧洞和尾水下部施工支洞为施工通道,本层开挖高度为7.0m。厂房开挖支护施工第层(顶拱)开挖第层即主副厂房顶拱开挖,由于顶拱跨度23m,故其开挖分三块进行,分块见图7-3;开挖采用中部导洞先行约30m并进行初期支护(初喷加锚杆),两侧扩挖错距跟进的开挖方式,两侧耳扩挖错距
13、约30m左右(实际施工时可根据岩石的揭露情况进行调整)。中导洞施工时利用现有的地质探洞做好超前地质预测,在遭遇不良地质段对洞室顶拱安全不利时,利用先期完成的厂顶锚洞进行超前预支护。开挖支护每循环施工工序:施工准备测量放线布孔钻机就位钻孔钻孔检查验收装药爆破通风排烟安全处理出渣清底施工支护下一循环。开挖:采用手风钻钻孔。开挖方式见图: XLC/C-CC-04-06-06及附图7-3、 7-4。 爆破:周边皆采用光面爆破,利用操作平台人工装药,非电毫秒微差延时网络火花起爆方式;爆破设计详见图: XLC/C-CC-04-06-06。出渣:采用装载机装20t自卸汽车经通风兼安全洞出渣,反铲配合进行危岩
14、处理和清底。支护:第层顶拱开挖时为减少围岩松弛变形保证围岩稳定,永久支护的系统锚杆、喷钢纤维混凝土、喷混凝土跟进开挖掌子面的距离原则上控制在10m左右,实际施工时根据施工图和监理工程师指示进行。锚杆孔用台车钻孔,注浆机注浆,液压平台车或自制台架配合人工安插锚杆和安装钢筋网。喷钢纤维混凝土和喷混凝土采用喷锚台车机械手施喷。厂房顶拱对穿锚索的施工在厂顶锚洞开挖支护完成后开始锚索孔钻孔,锚索孔钻设采用潜孔钻机(对有取芯要求的锚索孔采用地质钻机进行钻设)。锚索的安装施工采用自制台架或搭设施工平台人工借助导链进行安装,锚索的编制在后方综合加工厂进行。对穿锚索安装及张拉与顶层中导洞平行进行,内锚式锚索的施
15、工与两侧耳扩挖平行进行,锚索施工滞后相应开挖掌子面30m跟进,以确保厂房顶拱围岩稳定和顶拱成型。由于厂房左端墙围岩相对较差,在左端墙具备支护条件时要及时做好端墙洞口锁口,同时进行端墙系统锚杆和锚索施工,以确保端墙围岩稳定。本层施工需完成顶拱锚喷和永久观测设施埋设,顶拱轮廓开挖、喷锚支护、排水和原型观测质量要求很高,施工时精心组织,确保施工质量和施工安全。第层开挖第层为岩壁吊车梁部位开挖,施工质量要求极为严格,是地下厂房开挖施工的重点。采用中部拉槽、上下游边墙预留3.5m保护层的方式进行施工,中部拉槽宽度为18m,开挖分区见附图6-5,拉槽上下游边线采用预裂爆破,液压潜孔钻机与手风钻相结合钻孔,
16、梯段爆破设计参见图: XLC/C-CC-04-06-07。第层开挖可利用通风兼安全洞和进风洞两个通道进行施工,根据施工进度要求,当厂房第层开挖支护完工第层开挖前,进风洞可掘进至厂房内,故主副厂房第层开挖从左右两端向中部同时开挖(见附图6-6)。出渣利用装载机、反铲配20t自卸车经通风兼安全洞和进厂交通洞运输至下闪虎沟渣场。具体开挖方式附图6-6。第层开挖第层的开挖高度为1.95m,开挖采用梯段爆破,周边采用预裂爆破的施工方法。本层开挖在岩壁吊车梁混凝土施工后进行,为了避免岩壁吊车梁混凝土受第层爆破震动的影响,保护岩壁吊车梁,故本层周边预裂爆破孔的施工在第层岩壁吊车梁混凝土施工前进行预裂施工。第
17、层开挖爆破,在岩壁吊车梁混凝土浇筑28天后进行,并控制层爆破的单响药量,爆破采用“V”型微差挤压网络梯段爆破,非电毫秒微差延时火花起爆方式,并对混凝土进行爆破震动测试,以策安全;本层开挖的石渣采用装载机、反铲配20T自卸汽车通过交通洞运往下闪虎沟渣场。具体开挖方式见图:附图6-7。该层开挖的施工通道为进厂交通洞,开挖条件较好;母线洞的洞顶将出露;油罐室、交通洞洞顶拱距岩壁梁的底部较近,因此母线洞的洞顶锁口支护以及油罐室、交通洞的洞顶部位控制爆破,避免岩壁吊车梁免受爆破震动的影响是本层的施工重点。本工程厂房安装间布置在厂房的中部,为避免厂房第层下卧开挖时使安装间底板受爆破抬动破坏,确保安装间预留
18、岩台开挖的良好成型,钻孔至建基面时预留1.5m保护层,安装间底板严格按保护层开挖的要求采用人工手风钻浅孔小炮的方式进行。厂房油罐室、通风机室及油处理室在本层与安装间相连,洞口出露后,适时进行开挖施工,保证施工的协调,使其施工不影响厂房开挖的进度。第层开挖第层开挖高度为1.0m,开挖仍以进厂交通洞作为施工通道,采用液压钻孔沿安装场平台以12%的坡度下卧至本层高程进行梯段爆破,厂房边墙、端墙及安装间左右端采用预裂爆破。此层开挖,厂房高边墙已经形成,四条母线洞位于此层,做好母线洞的锁口支护和加强厂房边墙支护及围岩观测是本层的施工重点。母线洞洞口开挖按“先锁口、小导洞、短进尺、弱爆破、少扰动”的原则进
19、行开挖支护。母线洞的开挖施工,详见母线洞开挖方式说明;本层开挖的出渣采用装载机、反铲配20T自卸汽车通过交通洞运至下闪虎沟渣场。具体开挖方式见图:附图6-8。第层开挖厂房第层开挖支护完成进行第层开挖时,厂房下部施工支洞掘进至厂房内,作为层的开挖施工通道。厂房层左右端通过电缆及油气水总管廊道相互贯通,作为厂房层右端的施工通道。层开挖后,厂房高边墙向内位移量较大,因此层开挖应加强喷锚支护。第层开挖高度1.5m,施工方式同第层,出渣利用装载机、反铲配20t自卸车经厂房下部施工支洞、引水下支洞和交通洞运至下闪虎沟渣场。具体开挖方式见图:附图6-9。电缆及油气水总管廊道的开挖施工,详见电缆及油气水总管廊
20、道开挖方式说明。第层开挖第层开挖高度为1.0m,左侧以厂房下部施工支洞为施工通道,右侧以厂房层、尾水隧洞、尾水下部施工支洞为施工通道。边墙采用预裂爆破,施工方式同第层。具体开挖方式见图:附图6-10。第层开挖本层进行剩余7.0m的开挖,开挖以尾水隧洞及尾水下部施工支洞作为施工通道。利用尾水下部施工支洞完成尾水隧洞开挖支护后,从尾水隧洞进入本层。本层为厂房基础层,开挖予留保护层,以免基础超挖和基础破坏。保护层开挖采用手风钻钻孔至建基面,孔底设置柔性垫层一次爆破成型的开挖方式。肘管坑槽开挖通过尾水隧洞用多臂台车、手风钻配合造孔,周边光面爆破。集水井手风钻造孔,中部采用楔形掏槽周边光面爆破的开挖方式
21、。出渣采用装载机、反铲装20T自卸车(人工配合)经尾水隧洞、尾水下部施工支洞至下闪虎沟渣场。具体开挖方式见图:附图6-11。集水井开挖集水井位于厂房第层右侧端墙处,高程EL701.9EL717.0,利用厂房第层开挖的已工作面,采用手风钻钻孔,中间掏槽周边光爆的方式分层进行开挖,每层开挖深度为1.52.0m,开挖出渣采用人工配合反铲的方式进行。岩壁吊车梁部位开挖岩壁吊车梁施工的关键是保证岩台开挖成型规格,保证岩壁梁部位壁面平整,开挖面不得欠挖,超挖不大于15cm,岩台完整,无爆破震动裂隙。为此,在岩壁梁开挖前根据围岩情况,必要时对岩壁梁部位首先进行预固结灌浆。开挖时要严格控制炮孔深度、方向、孔距
22、和装药量,进行专门的爆破设计,并根据地质条件的变化和爆破效果及时修正孔距和装药量,每一循环开挖后及时量测壁面成型情况,要求岩壁壁座角最大成型偏差不大于2。岩壁吊车梁在厂房第层开挖时,预留了宽度为3.5m保护层,在梯段开挖与保护层之间的分界线上采用预裂爆破,以减少梯段爆破对岩壁吊车梁基础的扰动。梯段爆破推进30m后,开始进行上、下游两侧岩壁吊车梁基础预留保护层的开挖,保护层开挖分四次利用人工手风钻开挖成型,开挖分区见插图6-12,上、下游侧直墙面与岩台斜面采用光面爆破,岩台斜面部位光爆孔适当加密,孔距取30cm左右。为减少第层开挖爆破时对岩壁吊车梁的振动影响,并加快第层的开挖速度,在第层两侧保护
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