苗家坝引水洞开挖施工方案

总23页第1页发电引水隧洞、压力管道洞挖与支护施工方案暨空间弯管斜井段施工专项措施1、工程概况苗家坝水电站位于位于白龙江下游，甘肃省文县境内，距下游已建成的碧口水电站公路里程31.5km。电站尾水与碧口水电站水库回水衔接。工程的主要任务是发电，枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、溢洪洞、泄洪排沙洞、引水发电洞及岸边厂房等组成。电站正常蓄水位800m，死水位798m，汛期排沙限制水位795m，总装机容量240MW（3×80MW），保证出力43MW，设计年发电量9.24亿kW·h，装机年利用小时3850h，水库正常蓄水位库容2.68亿m3。工程规模属二等大（2）型。主要建筑物挡水坝级别为1级，其它主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。电站进水口位于右坝肩上游，为直立式岸塔进水口，左邻拦河大坝，右靠泄洪排沙洞进口。采用三机一管引水方式，共设一个进水口。进水口底板高程775m，满足死水位时发电要求，发电引水洞引用流量为294m3/s。本标段发电引水洞总长317.69m，洞径9.0m，开挖及衬砌后均为圆形断面，衬砌厚度为1m、0.6m。其中桩号引0+000.00～引0+015.00为渐变段，长15m，设计开挖体型为11.2m×11.2m的方型断面渐变为Φ11.2m的圆形断面；桩号引0+015.00～引0+121.27为上平段，长106.27m，设计开挖断面为Φ10.2m的圆形断面；桩号引0+121.27～引0+176.035为空间弯管段，轴线长度54.765m，设计开挖断面为Φ10.2m的圆形断面；桩号引0+176.035～引0+214.49为斜井段，长38.455m，设计开挖断面为Φ10.2m的圆形断面；桩号引0+214.49～引0+257.69为下弯段，长43.2m，设计开挖断面为Φ10.2m的圆形断面；桩号引0+257.69～引0+317.69为下平段，长60m，设计开挖断面为Φ10.2m的圆形断面。洞内支护主要采用Φ25＠2x2m，L=4.5m,外露0.35m；挂网钢筋（Φ6@15cm×15cm）；顶拱（240°范围）喷C20砼，厚10cm，并根据实际揭露围岩地质条件，设钢支撑加强支护。引水洞下平段后至厂房上游墙段引水道均采用圆形压力钢管，压力钢管首端为10.0m长的渐变段，直径由9.0m渐变为7.5m，压力钢管在进厂前通过两个岔管一分为三，岔管分岔形式为“卜”形。三台机钢管长度（至主厂房上游墙）分别为：1号机88.03m、2号机95.92m、3号机102.51m。3条引水支管轴线方向均为SE104.2，水平布置，直径D=4.6m，开挖初期支护采用0.1m厚钢筋网喷射混凝土，并设置Φ28mm、长4m/6m锚杆。总23页第2页2、水文气象和工程地质条件2.1水文本标地下洞室均处于大坝上下游围堰间，不受洪水影响，可全年施工。2.2气象据文县气象站1971年～2000年气象要素统计，多年平均气温14.8℃，极端最高气温38.1℃，极端最低气温-7.4℃。多年平均风速2.4m/s，多年最大风速20m/s，多年平均最大风速10.5m/s，多年平均相对湿度62%，多年平均蒸发量2004.0m，多年平均降水量451.6mm，降雨集中在5月～9月，该时段占年降水量的80.8%，其中6月～8月占全年降水量的52.2%，实测最大日（1987年5月30日）降水量73.0mm。多年平均雷暴日数6.7天，雷暴最早发生日期4月16日，最晚发生日期9月21日。2.3工程地质引水发电洞布置于右岸，洞向为SE147.5～SE104.2，进口边坡整体走向为NE57，边坡前缓后陡，属斜向结构边坡，整体稳定性好。出口边坡整体走向为NW310，平均坡角48，属逆向坡，边坡表部有卸荷松动现象，需予锚喷措施处理。洞室围岩厚度一般大于50m，岩体由变质凝灰岩局部夹砂质泥质板岩组成，微～新鲜岩体致密坚硬，强度较高；洞室沿线岩层走向为NW280～315，倾向SW，倾角45～55，与洞线夹角小于40。岩体中断裂结构面较发育，出露的断层主要层间挤压带fj67、fj71、fj75、fj77等。裂隙主要以层面裂隙、反层向裂隙及NNE向高倾裂隙组较发育。地下水以裂隙性潜水赋存于基岩裂隙和断层破碎带中，地下水位埋深大，水力坡降相对平缓，除进口段外，其余洞室均位于地下水位线以下。进口0+050m段，主要受风化及层间挤压带影响，岩体完整性较差，围岩类别主要为Ⅳ类；洞身0+050～0+356m段岩体结构相对较完整，围岩类别主要为Ⅲ类；出口0+356m～0+416.2m段，地表有3m～5m的覆盖层，岩体受风化及结构面组合切割影响，岩体结构破碎，完整性较差，围岩类别主要为Ⅳ类。引水洞进、出口段，岩体结构破碎，围岩类别低，开挖过程中局部会产生掉块、塌方，注意及时支护。在断层破碎带和裂隙密集带部位，将出现渗水现象，但水量不大，需做好防、排水措施。3、引水洞隧洞、压力管道段洞挖及支护主要施工难点及重点3.1空间弯管段属空间螺旋形结构，施工控制难度大空间弯管为空间三维螺旋形结构，无法按原方案常规方法施工，其洞轴线为空间球体表面螺旋线性，整个洞挖(包括后续衬砌需制作专门的球面异型模板)体型需总23页第3页跟进洞轴线在空间三维方向持续扭转变形，施工体型采用拟合渐变方式建立空间数据计算模型进行控制，洞挖循环进尺宜根据设计提供2m间距数据循环进尺控制。因此洞挖每个循环前均需由测量进行详细计算，确定钻爆布孔的空间方向，每个孔位都必须结合布孔掌子面实际空间位置，确定钻孔具体操作孔深、孔向、方位角，相应测量及钻孔难度成倍加大；而受弯管空间螺旋形结构影响，原定的导洞溜渣井开挖出渣方案已不再适用，将被迫采用正井法组织空间弯管段的洞挖及支护施工，出渣效率将大幅度下降并制约到实施进度。3.2洞挖施工强度高、工期紧迫，进度压力尤其突出根据施工总体进度安排，整个洞挖及支护作业需在2010年1月中旬完毕，但在机组扩容后发电引水洞结构形式较原设计发生较大变化，除增加空间弯管段外，整个下平段长度由原设计10m调整增长至60m，除施工难度进一步加大外，洞挖及支护关键线路工作量大幅度增加，而相应工期维持不变，施工强度由此进一步提高、工期紧迫，进度压力尤其突出。3.3洞挖组织与明挖、其他场面施工存在交叉作业，干扰突出洞挖施工与厂区、进出口闸室等明挖作业存在不可规避的交叉作业影响，安全隐患尤其突出。出口闸室高边坡扩挖钻爆区直接位于引水洞支洞洞口正上方，为确保作业安全需要，上部爆破时段洞内作业将暂停作业，每个明挖循环过程中需全程监控、检查，同时引水洞及排沙洞洞挖及各明挖作业临近，爆破扰动影响极易出现岩体松动掉块、对作业人员构成安全威胁，对此各作业面爆破期间，将暂时撤离各场面作业人员，爆破实施后重新进行洞内及边坡安全排查，相应安全避让措施使作业效率受到影响。3.4地质条件相对复杂，进尺效率受限、安全支护工作量大结合相关地质资料及前期引水洞上平段及施工支洞开挖过程中实际揭露围岩情况反映，洞挖中存在一定地质缺陷及处理工作，尤其进入空间弯管段后，右侧边顶范围岩体裂隙切割发育，断层张裂有次生泥质夹层，前期施工中已采取了加强随机锚杆及钢支撑等支护措施进行处理。因此后续洞挖中应对地质缺陷做好充分处理准备，做好超前地质预报，并采取短进尺、弱爆破及强支护等措施，确保洞挖作业安全需要。4、施工布置洞挖与支护工作面所需临时设施充分利用厂区明挖和引水洞进出口明挖供风、水、电等系统，采用就近原则进行布置于洞口附近。4.1施工测量总23页第4页接收监理工程师移交的平面及高程控制网点，进行校核测量，并根据施工精度要求，测设洞挖施工的控制网，控制网资料报监理人审批后投入使用。洞挖施工时测放洞轴线、开挖轮廓线及高程线，并在洞挖过程中加强断面控制，防止严重超欠挖发生。4.2施工道路布置引水洞进口工作面利用上游已建3#施工道路至洞挖作业面，前期通行线路为：进场道路→左岸低线公路→下基坑道路→大坝标段作业区→上游围堰道路→进口3#施工道路；后期左岸交通洞具备通行条件后，采用进场道路→左岸低线公路→左岸高线→左岸上游河床临江道路→进水口交通便桥→上游围堰→进口3#施工道路至施工作业面。引水洞施工支洞作业面通行线路为：进场道路→左岸低线公路→下基坑道路→右岸低线。4.3供风站在施工支洞洞口及高线公路末端各布置一座供风站，各配2台20m3/min空压机，集中向施工支洞、排沙洞出口和引水洞进口工作面供风。4.4施工供水布置于厂区与进水口明挖作业已建水池，采用钢管引至施工支洞、引水洞工作面提供施工用水。4.5供电与照明从明挖厂区、进口变压器接线至各洞挖工作面提供施工用电电源。动力线从洞口用95mm2铝芯绝缘线架设进洞，接配电盘后为喷射机等供电；照明线从配电盘接线，照明采用36V安全电压，用碘钨灯照明，其它部位采用220V/150W白炽灯照明，灯头间距15m。4.6通风排烟除尘在支洞口及引水洞进口各布置一台37kw轴流式通风机进行洞内排烟除尘。通风管采用帆布软管，直径为φ80cm。洞内钻机采用湿式作业，爆破后采取喷雾洒水降尘，出渣前用水淋透石渣。4.7临时拌合站喷砼的临时拌合站就近布置，配备JDY350A强制拌合机2台及相应的设施，为工作面喷护施工供应拌制好的喷料，采用自卸汽车运至施工工作面待用。4.8弃渣场洞挖出渣按现场监理工程师协调要求组织，出渣主要堆存在已规划上、下游围堰临时备料场内，在具备条件情况下可直接上坝用于大坝填筑，或按监理制定要求总23页第5页弃至下游4#、6#渣场。4.9机械修配厂及停车场施工机械修配厂及停车场布置在右岸下游生产区内。4.10火工器材库洞挖火工器材库共用明挖已建批准投入使用炸药库。4.11油料库油料库布置在右岸下游生产区内，已于工程前期批准投入使用，提供工程所需各类油料。4.12综合仓库综合仓库布置在1#生活营地内，主要储存物资、材料、五金、化工、劳保等物品。4.13施工期排水施工支洞、引水洞、压力管道等通过洞内设排水沟引至集水井，再采用水泵集中排出洞，接至洞外排水系统经处理后排入白龙江内。5、施工支洞洞挖施工方案5.1施工支洞布置形式及主要施工方法施工支洞进口选择布置在电站厂区与排沙洞出口闸室之间防护区位置，首先对区间边坡覆盖层明挖清除至基岩面，在705m高程左右组织进口。支洞布置线路兼顾交通、洞内排水、工程量及主洞施工为原则。为有效减少排沙洞出口闸室明挖作业与支洞作业面交叉施工干扰，支洞洞口段采用钢支撑埋置式明拱进行防护。在机组扩容后引水洞布置结构形式进行了相应调整，按专题会议精神，施工支洞布置线性维持原设计不变，支洞与主洞交点位置由原引水洞下平段调整至压力管道主管与岔管衔接位置。支洞施工方法参见已批复《施工支洞组织设计》。5.2施工支洞与主洞衔接段处理措施考虑施工支洞及压力管道主管段断面形式，为确保支洞与主洞的顺利衔接，支洞与主洞段采用圆滑过渡方式进行处理，支洞施工至141.771m桩号左右时，顶拱开始转弧并按12%起坡，并最终于主洞顶拱平顺切交。同时，考虑主洞采用上导洞分期扩挖总体施工进度安排，支洞与主洞衔接段亦采用分期组织，确保主洞洞挖施工交通通行需求，考虑支洞与主洞衔接段围岩应力集中，与主洞交汇段采用6榀钢支撑(间距100cm)加强进行支护，具体支护范围按监理工程师现场要求组织。支洞衔接段具体处理形式参见《发电引水洞支洞与主洞衔接段处理结构示意图》所示。总23页第6页6、引水洞及压力管道段洞挖施工方案6.1引水洞洞身开挖施工工序根据工程枢纽布置特点，以及现场施工条件，引水洞进口段利用明挖3#道路作施工通道，出口段以施工支洞作为施工通道。R3000AA642,81367,19支0+147.084支0+141.771支洞底板预留扩挖段主洞底板预留扩挖段主洞上导洞开挖范围600i=12.0%主洞开挖轮廓线85,2°600支0+165.043i=9.448%692.00图5.2-1引水洞施工支洞与主洞衔接段处理处理结构示意图引水洞开挖施工顺序为：进口工作面先组织上平段导洞及扩挖作业，至空间弯管段后按12%底板坡度组织起始段开挖，再按2m分层预