泄洪洞开挖施工

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1、工程概况
    公伯峡电站位于青海省循化县与化隆县交界处黄河干流上，坝址河道上游76km为已建李家峡水电站，下游距刘家峡电站148km，电站装机容量为150万千瓦。左岸泄洪洞全长为607m，（桩号为0+015～0+622），其中0+015～0+035段为进口渐变段，体型由12×17.2m城门洞形（宽×高）。渐变为直径10.5m，底宽6m马蹄形。洞身段（桩号0+35～0+607），Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类，围岩开挖直径分别为9.70m、10.10m、10.50m，底宽均为6m马蹄形。出口渐变段（桩号0+602～0+622）直径由马蹄形渐变为11.50×12.50m城门洞形（宽×高），总开挖量为5.25万m3，其中Ⅱ类围岩段长135m，Ⅲ类围岩段长316.5m，Ⅳ类围岩段长150.5m。支洞开挖从2000年12月1日～2001年2月21日，支洞进入主洞向上游开挖至0+35桩号，向下游开挖至0+504.5桩号。主洞贯通时间为2001年6月22日，全部开挖施工结束时间为2001年9月14日，独头平均月进尺65m。
    2、工程地质状况
    左岸泄洪洞上覆岩体厚度80～110m，局部过沟段较薄，约45～60m。左泄0+00～0+116段岩性主要为片岩，其次为脉状花岗岩及花岗伟晶岩脉，与围岩接触的不好，该段岩体中裂隙发育。0+105～0+622段，主要为花岗岩，类有少量片岩、片麻岩捕虏体。花岗岩局部风化强度裂隙发育。片岩主要在隧洞出口，片麻岩分布的较少，岩性较软弱，层理较厚，层间夹有黑云母带，主要构造有f14、f15、f17、f20、f23、f45等断层破碎带，呈交错出现。
    3、施工
    3.1 支洞设置及施工
    由于左岸泄洪洞工期比较紧张，进出口施工区受明挖影响大，若单从从进出口两个方向掘进，将影响整个工期，因此设置一条施工支洞，综合考虑支洞的地质及进入主洞向上、下两个方向开挖的工程量等因素后，将主洞与支洞相交处桩号定为0+204.832。支洞全长188m，支洞断面7×6.5m（宽×高），支洞开挖采用手风钻钻孔，乳化炸药及非电毫秒雷管爆破，支洞随机支护，支护形式为喷5～10cm厚砼及插φ25、深3.5m锚杆。
    3.2  主洞开挖：
    泄洪洞开挖分上、下两部分进行，上部开挖高度为7.5m（Ⅳ类围岩）、7.3m（Ⅲ类围岩）、7.1m（Ⅱ类围岩），开挖量为3.7万m3。
    3.2.1通风：由设在支洞口二台110kw轴流风机通过支洞向上、下两个工作面送风，排烟。
    供水：由设在▽2010高程水箱将水用φ108钢管通过支洞引向上、下游两个工作面。
    供风：由设在支洞口2台40m3固定空压机站供给。

    3.2.3炮孔数量依据以下公式，并参照类似工程确定。
    N= 
    其中：q——炸药单耗  kg/m
      S——断面面积  m2
      b——装药百分比  %
      r——装药密度    kg/m
    炮孔利用系数按85%确定。
    炸药采用乳化炸药、楔形掏槽孔、非电毫秒管起爆、光面爆破、计算爆破参数如下：
岩石类别 周边孔间距（cm） 周边孔抵抗线（cm） 线装药密度（g/m）
Ⅱ类围岩 55～66 60～80 300～350
Ⅲ类围岩 45～60 60～75 200～300
Ⅳ类围岩 35～45 45～55 70～120

 
    注：孔径45～50mm，药卷直径25～30mm。
    在实际施工根据现场情况对参数进行调整。Ⅱ类围岩，循环进尺3.0～3.5m，循环时间约20小时，单耗0.8～0.9kg/m3，Ⅲ、Ⅳ类围岩，循环进尺2.0～3.0m，循环时间22～24小时，单耗0.7～0.8kg/m3，单响控制在18kg，为控制超欠挖，光爆孔间距40～45cm，围岩较差处控制在30cm。线装药密度为140～200g/m，爆破效果较好。
    3.2.4 施工支护：系统支护锚杆由多臂钻造孔，插锚杆挂网、喷砼、均在台车上进行。
    系统支护参数表：
项  目
围岩分类 锚  杆 喷  砼 钢 筋 网
Ⅱ 顶拱120°范围内
φ25(a)2×2m，入岩3m。  
Ⅲ φ25(a)1.5×1.5m，入岩3.5m。 喷砼5cm 
Ⅳ φ25(a)1.5×1.5m，入岩3.5m。 喷砼10cm 挂网φ6.5(a)15×15cm
φ8(a)15×15cm

    临时支护形式的选择
    为确保优质，安全的开挖，在地质条件较差地段进行临时支护，支护形式如下：
    钢拱架支撑：在局部地质条件较差地段采用18#工字钢加工成拱架进行支撑，该拱架在加工厂制作，分段螺栓联接，现场安装后喷砼使其与开挖面紧密接触，洞子下半部开挖完后下接至洞底部，拱架间距0.8～1.0m。
    锚筋桩、长锚杆加固：在进口桩号0+17～0+32、0+130～0+170段，由于受断层及两种岩石接触面的切割，存在较大楔形体失稳，采用入岩6m、7m长锚杆及入岩7～11m3、φ32锚桩进行加固。
    挂钢筋网加固：在Ⅳ类围岩区，由于受地下水的影响，开挖后的断面在进行系统支护后还不能满足要求，存在安全隐患，现场采用φ25、φ32钢筋编成20×20cm的网格，焊接在锚杆上，喷10cm砼加固。
    管棚支护：出口渐变段由于岩石破碎成洞条件较差，开挖时采用管棚支护，在设计断面外50cm处钻φ105孔 插入φ75钢管灌浆加固，钻孔孔向外倾10°，孔深7m、孔间距0.5m、插入管管壁布置出浆孔，灌注C20水泥浆，注浆压力0.5～1.0Mpa。
    经过以上支护后，泄洪洞施工过程中未出现任何险情，保证围岩稳定，设备人员安全。
    3.2.5 机械设备配置：
序号 设备名称 型号 单位 数量
1 凿岩台车 JTH3RS-150 台 2
2 装载机 966F 台 2
3 自卸车 15T 辆 10
4 反铲 PC200 台 1
5 喷砼机 SP—3 台 2
6 手风钻 YT28 台 20
7 凿岩台车 自制 台 2

    4、工程质量评价
    4.1  开挖质量
    泄洪洞全长607m，共划分为30个单元工程，施工中与测量监理共同检测，按5m一个断面，共检测124个断面。除地质原因引起超欠挖外，其余处超挖控制在15cm以内，符合规范要求。
    4.2  锚杆及喷砼质量
    洞内所有系统锚杆，随机锚杆均采用φ25螺纹钢，锚固剂锚固，共施工锚杆6000余根，拉拔试验228根，试验结果均满足要求。
    喷砼厚度锚孔检查全部合格，喷砼取样51次，强度满足要求。
    4.3  收敛计观测
    泄洪洞收敛观测采用SL-2型收敛计，该型收敛计由不锈钢收敛挂钩及收敛钢尺组成，具有操作方便，结果可靠，泄洪洞共布设7组断面，每组断面上有五个测点，圆心水平半径以上按45°角均匀布置5个测点，在砼衬砌前对其观测结果显示最大收敛量为4.71mm，相对收敛量为0.05%，满足《锚杆喷砼支护技术规范》的要求。
    5、结束语
    公伯峡左岸泄洪洞开挖施工采用各种先进开挖支护手段，针对开挖中的复杂地质情况，现场技术人员及时采取有关措施，未发生任何事故，现场施工严格执行“三检制”确保工程安全、质量、进度。开挖半孔率达90%以上，受到专家及业主的好评。但还有一些问题需要认真改进，如底板扩挖质量较顶部稍差。