古学水电站蝶阀室开挖施工技术

古学水电站蝶阀室开挖施工技术王世军周瑞王龙摘要本文根据古学水电站蝶阀室不良地质条件开挖实践，从开挖方法选择、开挖爆破控制和安全临时支护等方面进行了阐述，为类似工程施工提供参考借鉴。关键词古学蝶阀室开挖方法斜导洞开挖反向扩挖爆破控制临时安全支1工程概况古学水电站的蝶阀室垂直于压力管道方向布置，开挖断面为城门型，开挖尺寸为17.5X8.3X18.1m(长X宽X高)，蝶阀室结构图如图1所示。2230.9451143’45"2233.2008.30+000〜0+010一2215.100图1蝶阀室舞视!结构图蝶阀室埋深100mr-120mlEL2226高程以下出露地层岩性为三迭系中统曲嘎寺组第一段(Tzq1)灰色灰岩、角砾状灰岩夹少量砂质钙质板岩，岩层产状3207NEZ55°;岩体新鲜完整，较坚硬，稳定性好。EL2226高程以上围岩为水平状层状板岩，岩体强风化且破碎夹泥，溶蚀现象较明显；洞室顶拱轴线陡倾角发育数条裂隙，裂隙间镶嵌软弱泥层，右边墙EL2228高程出露2个直径1.2m溶洞，溶洞空腔影响范围为：蝶段右边墙及局部顶拱，高程EL2226〜2133,开挖后上部围岩自稳能力差。整个洞室无渗水出现，EL2226高程以下围岩以出类为主，EL2226高程以上围岩以IV类为主。 安全支护主要为锚杆、力4mm@100100cm镀锌钢丝网、①8钢筋网和喷混凝土等几项支护措施。临时支护为先素喷5cm厚C20混凝土，再打设622,L=3.0m随机锚杆挂①4机编镀锌钢丝网复喷C20混凝土10cm；系统支护为EL2226.9高程以上：系统锚杆①28、L=6.0m,间排距2m和1.5m,挂①8钢筋网喷C20混凝土厚15cm,排水孔①56、L=5.0m,间排距3.0m；EL2226.9高程以下：系统锚杆①25、L=4.5m,排距2m,挂①4机编镀锌钢丝网喷C20混凝土厚10cm。2开挖支护施工方法2.1开挖程序及方法由于蝶阀室EL2226高程以上地质条件较差，为IV类围岩，开挖后上部围岩难以自稳，若开挖方法不合理和临时支护不及时，很容易发生坍塌。且蝶阀室长高比较小，与蝶阀室相连的蝶阀室交通洞开挖断面相对较小，又位于蝶阀室底部，无法按常规方法自上而下分层开挖。若先开挖下半部，则上半部因底部挖空后倒悬极易发生大范围塌方，危及下部施工人员作业安全；若将蝶阀交通洞与蝶阀室连接段蝶交0+292.60+302.6进行扩挖，则连接段临时支护及后期混凝土衬砌工程量将加大，工程建设投资将增加。经研究讨论分析，最终决定先从蝶阀室交通洞与蝶阀室连接处（蝶0+000）斜向上约32度夹角开挖一个斜导洞至蝶阀室端头（蝶0+017.5）顶部EL:2233.2高程。蝶0+000〜0+007.5段围岩相对较好，导洞开挖断面6mx6m,以便于利用打钻台车和小反铲在下部扒渣作业；蝶0+007.5〜0+017.5段（EL:2226高程以上）围岩条件变化以后，导洞按原坡度向前开挖，断面调整为3mx3s然后沿斜导洞从蝶阀室蝶0+017.5顶部开始反向进行顶拱及边墙扩挖，边扩挖边进行临时支护，对已开挖到位的部位及时做好永久系统支护，顺斜导洞反向扩挖支护至蝶0+000后，再进行下部边墙及底板开挖及支护。由于不良高质段导洞开挖断面小，爆破后围岩经过应力重新分布能够很快达到再次平衡，加之临时支护及时跟进，故不会发生大塌方，施工安全能够得到有效保证。蝶阀室分区开挖示意图见图2，开挖顺序见图3。2.2I区斜导洞开挖斜导洞蝶0+000〜0+007.5段（EL2226高程以下）围岩状况相对较好，基本以出类为主，按6mx6m断面开挖，主要是想利用原有打钻台车进行钻爆作业，且爆破后现代150反铲可直接扒渣，省略人工扒渣这一繁重的施工工序，可加快施工进度。出渣采用ZL50侧翻装载机配合现代150反铲在交通洞桩号0+300处装车、20t自卸车运至渣场。爆破采用斜掏槽、周边光爆、非电毫秒延期导爆管雷管微差起爆网络，工业电雷管引爆 的方法进行。周边孔间距50cm,掏槽孔的倾角为55°〜70；孔底距离为0.1〜0.3m。爆破参数见表1,装药结构见图4。图232^^阙空高的舞蜿示意图3步开挖图3跳螂融富加网聊!图序号名称掏槽孔崩落孔光爆孔1钻孔机械YT-28YT-28YT-282钻孔孔径（mmi4242423药卷直径（mmi小32小32小254钻孔深度（m）3.02.62.55装药长度（m）2.61.82.06堵长（m）0.40.80.57孔距（m）0.7-0.80.58排距（m）0.7-0.89线装药密度（g/m）200表1爆破参数表毫秒导爆管掏槽孔爆破装药结构图（孔深3.0m）封堵段疝U_l150电巴单孔装药量1.95KG毫秒导爆管封堵段崩落孔爆破装药结构图（孔深2.6m）单孔装药量1.35KG光孔爆破装药结构图（孔深2.5m）图4装药结构示意图（单位：cm）导洞 0+007.5〜0+017.5段（EL2226高程以上）不良地质段，围岩以IV类为主，开挖时安全问题比较突出，因此爆破开挖后采取了先进行临时安全支护再人工扒渣的安全措施，避免出现安全问题。斜导洞开挖按短进尺、弱爆破的开挖方法，循环进出控制在1.0m左右，施工时严格按设计光爆破参数进行爆破控制，这样可以减少爆破后洞壁残留的不稳定块体数量，确保临时支护施工期间安全；并避免过大扰动周边围岩，而发生塌方。爆破参数见表2。表2爆破参数表炮孔类别炮孔直径（mrm孔深（m）孔间距（cm）抵抗线（cm）装药量（kg）周边孔421.240〜5040〜600.14〜0.16辅助孔421.250〜7050〜700.6〜0.8掏槽孔421.580〜1001.1导洞E2226高程以下围岩较好，开挖后能够自稳，施工安全能够有保障。导洞EL2226高程以上围岩虽然为水平状层状板岩，岩体强风化且破碎夹泥，溶蚀溶洞现象较明显，但无渗水；由于开挖断面较小，采取短进尺弱爆破的开挖方式对岩体爆破扰动较小，爆破后围岩经过应力重新分布能够很快达到再次平衡，可确保临时支护期间施工安全。2.2n区边墙及顶拱反向扩挖斜导洞开挖支护完成后即可进行边墙及顶拱反向扩挖，（如图2中2步开挖所示）扩挖时由里向外按每3.5m为一段，每段先进行顶拱中部扩挖支护，再交替进行顶拱两侧及边墙扩挖支护，目的：一是不至于破坏设计结构而发生过大超挖，二是扩挖范围小，可及时做好该部位的临时支护和永久系统支护，不至于因安全支护不及时导致破碎围岩裸露时间过长而发生塌方，三是永久支护施工完成的部位，可作为作业人员应急避险空间。由于上部岩体较破碎，开挖后难以自稳而发生塌方，因此开挖过程中爆破控制至关重要，尽量减小爆破对围岩的扰动和破坏，充分利用围岩在爆破后经过应力重新分布后达到再次平衡的能力，及时做好临时安全支护，并对已开挖到位的及时做好永久支护，以防止塌方。上部顶拱曲面开挖及边墙保护层开挖质量要求高，为减少工程超挖，反向扩挖采用光面爆破工艺，按照短进尺、弱爆破、多循环方式进行开挖，严格控制超欠挖，确保开挖规格和质量。每循环开挖完成后及时做好临时安全支护，支护材料由人工通过斜导洞运往工作面，爆破洞渣通过斜导洞溜往蝶阀交通洞后装车运往渣场。设计爆破参数如下：主爆孔：钻孔孔径42mm孔深2.0m,孔距1.0m,排距0.8〜1.0m,单孔药量0.75kg,单耗0.38kg/m3,采用。32X150g型乳化炸药连续柱状装药，非电毫秒延期导爆管雷管微差起爆网络，工业电雷管引爆。光爆孔：钻孔孔径42mm孔深1.8m,孔距0.45〜0.5m,光爆层厚0.5m,线装药量 为120〜150g/m,采用。25乳化炸药间隔不耦合装药，导爆索连接，电雷管引爆。施工结果证明：按此爆破参数进行钻爆施工，对周边围岩的扰动和破坏小，上部顶拱扩挖过程中未发生较大塌方，洞室成型效果也比较理想。2.2山区下部边墙及底板开挖上部边墙及顶拱扩挖支护完成后，再自上而下进行m区下部边墙及底板开挖及支护施工。由于下部边墙及底板围岩相对较好，开挖时适当增加了孔深和装药量，以增加每循环开挖进尺，加快施工进度。开挖采用分层梯段爆破，开挖分层高度2m-2.5m；边墙进行光面爆破技术控制。现场施工时主爆孔孔深最大为3.0m,单孔药量最大为1.5kg,光爆孔孔深最大为2.8m，线装药量为220g/m，开挖后洞室成型较好。上游边墙围岩较好，无较大的裂隙和不利结构组合体，整体爆破效果较好，光爆残孔率达75%以上。下游边墙受EL2228高程溶蚀区和溶洞影响，爆破后局部边墙出现岩体滑落，开挖面平整度稍差，光爆残孔率仅40%左右。由于开挖高度较大，每开挖一层及时进行了边墙永久系统支护，临时支护不再施工。2.3安全支护蝶阀室上部岩石较破碎，在洞室开挖后出现了临空面，围岩发生卸荷裸露并同时向洞室内侧位移，打破了原有的三维应力平衡状态，经过应力重新分布形成了新的应力场（即二次应力），这个过程需要一定的时间。所以每个开挖循环完成后都必须及时进行临时安全支护，使开挖岩面形成封闭衬护体，利用喷混凝土速度快、早期强度高、能及时向围岩提供支护阻力这一特点，帮助围岩尽快重新达到二次稳定状态，确保施工安全。同时喷混凝土与钢筋网、锚杆能够组成联合支护体，可以将围岩压力传递给锚杆和钢筋网，使联合支护体共同起作用。安全支护主要为锚杆、64mm@100100cm镀锌钢丝网、①8钢筋网和喷混凝土等支护措施。临时支护参数：先素喷5cm厚C20混凝土，再打设622,L=3.0m随机锚杆挂①4机编镀锌钢丝网复喷C20混凝土10cm；系统支护参数：EL2226.9高程以上：系统锚杆①28、L=6.0m,间排距2m和1.5m,挂①8钢筋网喷C20混凝土厚15cm,排水孔①56、L=5.0m,间排距3.0m。EL2226.9高程以下：系统锚杆①25、L=4.5m,排距2m,挂①4机编镀锌钢丝网喷C20混凝土厚10cm。蝶阀室斜导洞上部及顶拱反向扩挖，由于围岩较破碎，且蝶阀室开挖断面较大，如果上部顶拱及边墙临时支护及永久支护不及时到位，对下层岩体开挖及后期压力管道斜井开挖都是一个极大的安全隐患。为此，斜导洞上部及顶拱反向扩挖，每循环都必须及时先喷5cm混凝土，再打设622,L=3.0m随机锚杆挂网复喷C20混凝土10cm；对于顶拱及边墙已扩挖到位的部分及时做好永久系统支护，下部边墙及底板由于开挖高度较大，每开挖一层后均及时进行了边墙永久系统支护，而临时支护不再施工。 2.2溶蚀溶洞区域加固处理为保证电站施工期及运行期的永久安全，经过各方共同研究决定，对右边墙EL2228高程溶洞溶蚀区域进行加固处理，以确保电站运行期间安全。加固处理措施如下：(1)蝶0+000〜0+010段顶拱及右边墙系统支护后，再挂设。8@150x150mmj筋网喷C20混凝土厚5m进行封闭。(2)喷混凝土后，蝶0+000〜0+010段顶拱及右边墙(EL2225高程以上)按间排距2m进行梅花型钻设径向注浆孔，进行回填兼固结灌浆，使围岩较破碎部位岩体能够胶结为一整体，同时也对空腔部位岩体进行了回填和填充，增强岩体的自身稳定能力。灌浆孔孔径())42mm孔深3.0m,灌浆压力控制在0.3MPa左右，水灰比1:1〜0.5:1。3结语古学水电站蝶阀室长高比较小，洞室EL2226高程以上多为强风化板岩，岩体破碎夹泥，溶蚀溶洞现象较明显，实施光面爆破存在着不利因素，施工难度较大。但由于采取了合适的开挖顺序和方法，爆破设计参数合理，现场控制严格，施工质量得到了保证、施工进度比较快；每循环临时安全支护施工及时跟进，施工过程中未出现较大塌方，施工安全上也得到了保障。蝶阀室开挖支护工期历时1.5个月，比预定工期缩短了0.5个月，因此蝶阀室开挖支护方法是成功的，为类似工程提供了借鉴经验。