田湾河大发水电站地下厂房快速施工

2008年9月20日田湾河大发水电站地下厂房快速施工-1-田湾河大发水电站地下厂房快速施工蒲进张杰慧（中国水利水电第五工程局第七分局四川都江堰611830）摘要：本文重点介绍大发水电站地下厂房在受地质条件变化后，设计对整个地下厂房增加了多项加固支护措施来保证厂房的安全，为加快施工进度，在开挖支护和混凝土衬砌施工阶段采取了多种技术措施，优化施工方案，为业主首台机组发电赢得了时间，为类似工程施工作参考。关键词：地质变化设计变更快速施工优化方案1工程概述大发水电站位于四川省雅安市石棉县境内的田湾河上，是田湾河梯级水电站的昀末一级，电站装机2台，单机容量120MW，总装机容量240MW。厂房采用全地下式，断面型式是直墙圆拱型，厂房总长76.54m，其中安装间长22.32m，主机间长45.2m，副厂房长9.02m，呈“一”字形由上游向下游布置，昀大跨度25.40m，顶拱EL1214.50m，底部高程1164.70m，昀大高度49.8m。地下厂房自上而分别由通风洞、排水洞、主变室、进厂交通洞、2条母线洞、2条压力管道、2条尾水洞组成一个庞大的地下洞室群，其平面、剖面布置图见图1。2008年9月20日田湾河大发水电站地下厂房快速施工-2-安装间主变室排风洞排水洞下平段施工支洞厂房排风洞主机间副厂房主变室进厂交通洞1＃母线洞2＃母线洞1＃尾水洞2＃尾水洞压力管道1＃支管2＃支管压力管道主变室母线洞进厂交通洞排风洞尾水洞图1地下厂房平面、剖面布置图2工程设计变更2.1原设计结构2.1.1地质情况厂房岩性为中厚～厚层结晶灰岩夹板岩、千枚岩，结晶灰岩层厚一般50～80cm、部分段层厚20～30cm，板岩、千枚岩层厚0.5～5cm。地下厂房布置于微风化～新鲜的层状岩体中，水平埋深185m，无较大的断层通过，厂房轴线与主要结构面交角较大，总体成洞条件较好，以Ⅲ类围岩为主。2.1.2厂房原设计结构在地下厂房高程1198.54～1200.95m设岩锚吊车梁，浇C25混凝土，在高程1190.0m以上除岩锚吊车梁混凝土外，其余全部高程1190.0m高程以上边墙、顶拱采用系统锚杆+喷15cm钢纤维混凝土厚支护，以下边墙采用系统锚杆＋喷10cm钢纤维混凝土支护。原设计结构见图2。2008年9月20日田湾河大发水电站地下厂房快速施工-3-图2厂房原设计结构图2.2设计结构变更2.2.1地质条件变化在厂房第Ⅱ层石方开挖完成后，在上游边墙及邻近顶拱揭示出一大的断层通过，斜穿主副厂房顶部，该断层和其它结构面组成的构造组合，极不利于厂房的围岩长期稳定，岩面风化锈染，断层带岩体破碎，下游侧岩体整体性较好，围岩以Ⅲ类为主，上游侧以Ⅳ类为主。2.2.2厂房设计变更后情况由于地质条件的变化，设计对厂房采取更进一步的支护措施。对地下厂房的结构进行了较大的修改：首先，将原设计的岩锚吊车梁改为了岩台梁；第二，将顶拱的拱角进行了扩挖和锚杆支护；第三，将顶拱原锚杆＋喷钢纤维混凝土支护改为了浇C20钢筋混凝土支护；第四，厂房上、下游边墙在EL1205m、EL1200.5m、EL1195.5m、EL1190.5m、EL1185.5m共布置5排锚索；第五，将上游边墙断层带破碎岩石开挖完后用混凝土回填；第六，整个边墙全部采用钢筋混凝土进行支护。设计变更后结构见图3。锚索岩台梁砼1206.061214.51208.50锚索100120R1644C25混凝土衬砌厂房中心线喷钢纤维混凝土C20，δ=15cm拱角扩挖Φ25@150,入岩4m,外露1m图3厂房设计变更后结构图2008年9月20日田湾河大发水电站地下厂房快速施工-4-设计变更后增加的主要工程量：拱角石方开挖139.4m3，7m锚杆64根，7.5m锚杆32根，L=20m锚索16根，L=21.83m对穿锚索16根，L=24.5m对穿锚索18根，L=25m锚索75根，C40混凝土锚墩159个，断层带置换区开挖1400m3，断层带置换区混凝土浇筑1400m3，断层带固结灌浆336m，顶拱钢筋制安333.22t，顶拱C25混凝土2993m3。3施工方案变更3.1原施工方案3.1.1开挖及支护施工方案原设计开挖支护主要施工通道及施工方法见表1。表1原设计开挖支护主要施工通道及施工方法部位高程/层高(m)施工通道开挖支护程序及方法第Ⅰ层EL1214.5m～EL1207.18m/7.32厂房排风洞自排风洞进入进行Ⅰ-1中导洞(断面9m×7.32m)开挖及支护，在I-1中导洞支护完成后进行两侧扩挖及支护施工。采用YT-28手风钻造水平孔，设计轮廓线采用光面爆破，正常排炮循环进尺3.0m。采用3.0m3装载机装15ｔ自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，三联机喷射混凝土。第Ⅱ层EL1207.18m～EL1203.0m/4.18排风洞降坡至Ⅱ层底板采用中部拉槽预留保护层开挖施工方法，采用手风钻造水平孔，上、下游边墙预留3.0m保护层手风钻打水平孔进行光面爆破，边墙保护层开挖跟进中部开挖进行。采用3.0m3挖掘出装15t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，三联机喷射混凝土。第Ⅲ层(岩锚梁层)EL1203.00m～EL1197.0m/6.0从排风洞降坡至EL.1197.0分二部分进行开挖，采用手风钻造水平孔，上、下游边墙预留3.5m保护层手风钻打水平孔进行光面爆破，边墙保护层开挖跟进中部开挖进行。岩锚梁采用手风钻造水平孔进行开挖。通过第IV层进厂交通洞上升至第II、III层底板挖除右端排风洞斜坡道及锚喷支护。采用3.0m3装载机装15t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，三联机喷射混凝土。第Ⅳ层EL1197.0m～EL1190.0m/7.0进厂交通洞采用边墙预裂中部分段爆破开挖施工方法。采用液压钻造垂直孔。采用3.0m3装载机装15t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，三联机喷射混凝土。第Ⅴ层EL1190.0m～EL1183.0m/7.0进厂交通洞降坡至Ⅴ层底板采用边墙预裂中间分段爆破开挖施工方法，采用液压钻造垂直孔。安装间底板及沟槽建基面采用手风钻造孔，水平光爆。采用3.0m3装载机装15t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，三联机喷射混凝土。第Ⅵ层EL1183.0m～EL1175.5m/7.5压力管道采用中部拉槽领先，两侧跟进的方法进行开挖施工。采用3.0m3装载机装15t自卸汽车出渣。2008年9月20日田湾河大发水电站地下厂房快速施工-5-部位高程/层高(m)施工通道开挖支护程序及方法锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，三联机喷射混凝土。第Ⅶ层EL1175.5m～EL1164.7m/10.8尾水洞边墙预裂，中间分段爆破开挖方法，建基面采用预留保护层采用手风钻水平光爆。采用3.0m3挖掘机装15t自卸汽车出渣，集水井用反铲装15t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，三联机喷射混凝土。3.1.2混凝土衬砌施工方案（1）施工程序：当厂房挖至EL1197.0m并接通交通洞后，进行岩锚梁混凝土浇筑；厂房下挖至EL1183.0m左右通过交通洞进行母线洞、主变室、安装间混凝土的浇筑施工，期间可进行排风洞、交通洞的混凝土衬砌施工；厂房开挖至设计高程后自下而上进行主厂混凝土的施工，先后交替进行1#、2#机组段一、二期、板梁柱混凝土浇筑施工的同时可穿插进行副厂房混凝土浇筑，与岩锚梁相接，二期混凝土施工期间可同时进行无压尾水洞的施工，完成主厂房的混凝土施工，期间穿插进行副厂房、无压尾水洞等的施工。（2）施工通道：主副厂房各部位混凝土自下而上分层浇筑，混凝土运输道路分别利用下平段施工支洞、2条尾水洞（EL1170.66m）、交通洞（EL1190.10m）、2条母线洞（EL1185.20m）、厂房排风洞（EL1209.8m）。（3）施工方法：在交通洞口上游侧布置一台0.5m3简易式拌和站，采用6m3混凝土罐运输至工作面附近，入仓方式采用HB40型混凝土泵、溜槽（筒）、EX201L型长臂反铲以及部分部位采用人工入仓。模板采用组合钢模板、搭设脚手架管内位外撑方式进行模板支立。钢筋采用焊接方式进行连接。3.2优化后施工方案3.2.1开挖及支护施工方案优化后主要施工通道及施工方法见表2。2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探6表2优化后主要施工通道及施工方法部位高程/层高(m)施工通道开挖支护程序及方法第Ⅰ层EL1214.5m～EL1207.18m/7.32厂房排风洞自排风洞进入进行Ⅰ-1中导洞(断面9m×7.32m)开挖及支护，在I-1中导洞支护完成后进行两侧扩挖及支护施工。采用YT-28手风钻造水平孔，设计轮廓线采用光面爆破，正常排炮循环进尺3.0m。采用3.0m3装载机装20ｔ自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，锚索采用XP-2地质钻造孔，BW200灌浆机灌浆，HPZ5B（K）防爆型喷射机喷射混凝土。第Ⅱ层EL1207.18m～EL1203.00m/4.18排风洞降坡至Ⅱ层底板采用中部拉槽预留保护层开挖施工方法，采用手风钻造水平孔，上、下游边墙预留3.0m保护层手风钻打水平孔进行光面爆破，边墙保护层开挖跟进中部开挖进行。采用1.8m3挖掘出装20t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，锚索采用XP-2地质钻造孔，BW200灌浆机灌浆，HPZ5B（K）防爆型喷射机喷射混凝土。第Ⅲ层(岩台梁层)EL1203.00m～EL1198.50m/4.5从排风洞降坡至EL.1203.0经溜渣井从交通洞分二部分进行开挖，采用手风钻造水平孔，上、下游边墙预留3.0m保护层手风钻打水平孔进行光面爆破，边墙保护层开挖跟进中部开挖进行。岩台梁采用手风钻造水平孔和垂直孔进行光面爆破。通过第IV层进厂交通洞上升至第II、III层底板挖除右端排风洞斜坡道及锚喷支护。采用1.8m3挖掘机装20t自卸汽车出渣，岩台梁开挖出渣采用3.0m3装载机装15t自卸车装运。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，锚索采用XP-2地质钻造孔，BW200灌浆机灌浆，HPZ5B（K）防爆型喷射机喷射混凝土。第Ⅳ层EL1198.50m～EL1190.00m/8.5进厂交通洞采用中部拉槽预留保护层开挖施工方法。中部拉槽采用手风钻造水平孔，设计轮廓线四周采用手风钻造水平孔进行光面爆破。采用3.0m3装载机装20t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，锚索采用XP-2地质钻造孔，BW200灌浆机灌浆，HPZ5B（K）防爆型喷射机喷射混凝土。第Ⅴ层EL1190.00m～EL1183.00m/7.0进厂交通洞降坡至Ⅴ层底板采用中部拉槽预留保护层开挖施工方法，采用手风钻造水平孔，上、下游边墙预留3.0m保护层手风钻打水平孔进行光面爆破，边墙保护层开挖跟进中部开挖进行。安装间底板及沟槽建基面采用手风钻造孔，水平光爆。采用1.8m3挖掘出装20t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，锚索采用XP-2地质钻造孔，BW200灌浆机灌浆，HPZ5B（K）防爆型喷射机喷射混凝土。第Ⅵ层EL1183.00m～EL1175.50m/7.5交通洞降坡和尾水洞升坡至Ⅵ层底板分二部分开挖，采用手风钻造水平孔，上、下游边墙预留3.0m保护层手风钻打水平孔进行光面爆破，边墙保护层开挖跟进中部开挖进行。通过尾水洞上升至第VI层底板挖除右端交通洞斜坡道及锚喷支护。采用1.8m3挖掘机装20t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，HPZ5B（K）防爆型喷射机喷射混凝土。第Ⅶ层EL1175.50m～尾水洞本层属机坑、集水井开挖，上下游两侧预留3m保护层采用手风钻水平光爆，上游侧和底板预留2m保护层采用手风钻钻孔，水平光爆。2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探7部位高程/层高(m)施工通道开挖支护程序及方法EL1164.70m/10.8用1.8m3挖掘机装20t自卸汽车出渣。锚杆采用手风钻造孔，注浆器注浆，HPZ5B（K）防爆型喷射机喷射混凝土。（1）采用的施工技术措施：①在进行厂房顶拱混凝土衬砌和第Ⅲ层开挖施工的同时，从主变室EL1196.0m经2#母线洞以5.5%的坡度进入