水电站引水隧洞施工
螺丝湾水电站引水遂洞施工
螺丝湾水电站工程于1996年4月12日正式开工, “标的”合同工期为32.5个月, 后业主与承包商约定, 工程发电工期压缩为23.5个月, 即1998年3月30日实现第一台机组发电目标。工程施工中由于各种原因导致工期滞后, 三台机组的投产发电时间延至1999年1月26日, 工程的实际施工工期为33.5个月。
引水隧洞作为螺丝湾电站工程建设的关键性施工项目, 其质量和工期问题至始至终困扰着电站工程建设, 成为各方关注的焦点。
1 工程概况
螺丝湾电站位于金沙江左岸支流硕多岗河上, 云南省中甸县境内, 电站装机容量60MW, 年发电量2.89GW ·h 。
工程由首部枢纽土建及金属结构安装工程(LSW/C3标) 、引水隧洞工程(LSW/C1和LSW/C2标) 、厂区枢纽土建及机电设备和金属结构安装工程。（LSW/C4标) 组成。引水隧洞布置在硕多岗河右岸, 总长5041.195m(不包括166.422m 的埋管), 有6.2×5.0m 及5.5m ×4.7m 两种方圆型开挖断面。隧洞衬砌结构型式采用钢筋砼衬砌与永久锚喷(局部挂网) 两大类, 砼衬砌和锚喷洞段长度各占3290.578m 和1750.617m 。砼及喷砼均为C20, 砼衬砌结构厚度一般为40cm; 喷锚衬10cm-15cm, 洞底板砼衬砌结构厚度为20cm 。锚喷段系统锚杆规格为φ
25@120cmX120cm,L=300cm,顶拱挂网规格为φ6@15cm×15cm 。
隧洞大部分洞段位于地下水位线以下25-l00m, 地下水类型为基岩裂隙水。断层影响带前后及节理密集处形成富水带, 水量相对集中, 阻水断层局部涌水, 出水量随汛、枯期而增减。 隧洞所处地层岩性为P 2a 武岩, 其围岩类别以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主。Ⅱ、Ⅲ类围岩洞段长各为1199m 及3248m, 分别占总洞长的24%和64%;N、V 类围岩洞段长各为550m 及43.6m, 分别占总洞长的11%和1%。
隧洞开挖揭露的断层、挤压带走向主要为NW 向, 与洞线走向呈大交角, 倾向SW 或NE, 陡倾角为主, 局部中等倾角。破碎带多为糜棱岩、角砾岩、石英脉, 胶结差。隧洞开挖揭露的断层、挤压带共233条, 开挖过程中对围岩稳定性有影响的大、小结构面有59条, 占总条数的25.3%,其中大、小断层各为10条及23条, 大、小挤压带分别为2条和24条。对围岩稳定性有影响的断层及挤压带洞段长度分别为582m 和224m, 两者之和为806m, 占隧洞总长度的16%。 2工程施工情况
引水隧洞分为二个标:LSW/C1标由水电十四局中标承建, 洞段长2433.578m(引
0+166.422--2+ 600.00m),1996年4月12日开工, 于1998年12月25日施工支洞封堵, 历时20个月； LSW/C2标由葛洲坝西南局中标承建, 洞段长2774.039m(引
2+600.00m--5+374.039m),1996年7月1日开工,1998年12月31日施工支洞封堵, 历时18个月。
2.1施工方法
引水隧洞施工通道有1#、5#、2#、3#施工支洞及其和214国道相接的各施工支线公路。其中1#、5#就为C1标施工支洞,2#、3#就为C2标施工支洞。
隧洞施工期通风采用吸出式通风; 工作面采用腆钨灯照明, 非作业地段采用白炽灯; 施工排水在支洞上游面采用自流式排水, 下游面采用潜水泵接力抽排水至支洞口, 自流出洞。
2.1.1洞挖施工
支洞进主洞后分上、下游两个工作面开挖, 平行交替作业。除隧洞进口533.578m 洞段分上、下两部分开挖外, 其它洞段为全断面一次开挖成型。
施工方法:测量将工程区控制网引伸至洞内, 用红外经纬仪定中线并放开挖周边线。用7655手风钻钻孔门,SW/C2标有近80m 洞段采用三臂凿岩台车造孔), 非电毫秒微差爆破, 其后启动通风系统吸烟排烟。出碴采用2m3装载机配5t 自卸汽车或立爪爬碴机配5t 自卸汽车进行。 不良地质洞段的施工, 多采用“浅孔、弱爆、多循环" 的施工方法。对于结构面不利组合可能引发塌方的洞段, 采用边挖边架钢拱架、拱架后填背木通过, 或者采用边挖边衬的施工方法推进。此外, 对围岩有掉块的洞段, 开挖后采用随机锚喷支护; 对隧洞进口古河床洞段及大断层坍塌洞段, 主要采用架钢拱架打漂杆通过。
2.1.2衬砌砼施工
开挖与衬砌施工平行作业, 为减少施工干扰, 衬砌砼浇筑采用的施工程序为:先浇边墙, 再顶拱, 后底板或先浇底板, 其后边顶拱一次浇筑成型, 以及先浇边墙, 再浇底板, 后浇顶拱的施工程序。对于隧洞进水口段圆型衬砌断面, 砼浇筑施工一般采用上部开挖后先戴帽, 下部扩挖后再接底或开挖后一次浇筑成型的程序。
砼由拌和楼或拌和站拌制, 搅拌运输车或农用车运料进洞, 夹江砼泵或SANY 电动砼拖泵入仓, 人工插入式振捣器振捣密实。钢筋在加工厂制作成型后, 运抵现场焊接安装。
2.1.3锚喷衬砌施工
随机锚喷支护随洞挖适时进行。系统锚喷在洞挖结束后展开, 系统锚喷一般利用自制平台车, 灵活采用先喷后锚或先锚后喷的施工程序。
喷砼采用干喷工艺, “水泥裹砂”技术。喷砼半成品料由4.5t 自卸汽车或农用车运进洞内, 人工铲人PZ 一5B 型或ZP 一N 型干喷机, 按配比现场加速凝剂, 人工抱喷头施喷, 每次喷砼厚5cm 。
锚杆采用7655手风钻造孔,5P 一80或M400注浆机注浆, 人工安插锚杆。
2.1.4灌浆施工
洞内设置固定制浆站或简易移动制浆站制浆, 用砂浆泵配2" 钢管输送浆料至工作面。固结、回填灌浆均在衬砌内设置预埋管。回填灌浆在砼强度达到70%后进行, 固结灌浆在同一灌区顶拱回填灌浆结束14天后进行。回填灌浆按分序加密原则施灌, 灌浆由低孔向高孔逐排进行,I 序孔灌浆结束48小时后进行Ⅱ序孔灌浆; 固结灌浆按环间分序, 环内加密的原则施灌, 环内分为两个次序, 在同一灌浆区段,I 序孔灌浆结束后, 再进行Ⅱ序孔的钻孔作业。洗孔采用压力水脉动方式, 串通孔采用风、水轮换方式。
灌浆一般采用单孔施灌。在注入量较小的地段, 同一环上两孔并联施灌, 其孔位保持对
称。在规定压力下, 单孔灌浆注入率不大于0.4L/min,群孔灌浆不大于0.8L/min时, 继续灌注30min 即可结束灌浆。
回填及固结灌浆封孔采用机械压浆封孔法, 封堵密实, 孔口抹平。
3工程施工进度情况及主要问题和处理结果
3.1工程施工进度情况
按承包商投标承诺的总进度计划安排, 工程开工至第一台机组发电工期为两年, 而工程实际施工工期为33.5个月, 比32.5个月的合同工期滞后1个月, 比投标约定工期滞后9个月。工程主要施工项目投标与实际工程量、工期及施工强度比较如表1:(略)
3.2工程施工中的主要问题及处理结果
3.2.1引水隧洞塌方洞段及其处理措施
洞挖中, 共发生塌方86处, 塌方高度>10m,1处,3--10m,11处;
塌方洞段采用边挖边钢支撑眼进或边挖边衬的施工方法掘进, 其中钢支撑眼进的洞段长度为911.9m, 占隧洞总长的18.5%。
根据设计要求:5m左右的塌方空腔, 用砼及回填灌浆填实, 大于5m 以上的塌方空腔, 要求在衬砌顶拱之上回填砼5m 左右。在施工中一般采用砼泵通过衬砌顶拱上的预留管压砼回填, 对于背木密实的, 预埋管无法穿至衬砌5m 以上的洞段, 采用了灌浆方式充填。根据检测, 空腔部位的回填砼厚度最薄处近3.5m, 基本满足设计认可的最小厚度要求。此外, 引
3+975--4+010m、引4+080--4+115 m、引4+200--4+270m三个大塌方洞段, 由于衬砌砼施工过程中, 边浇边塌, 衬砌结束后按设计要求, 进行了密实性灌浆处理。
3.2.2引水隧洞砼衬砌主要施工质量问题及消缺处理措施
在一些洞段的衬砌砼浇筑过程中, 由于承建单位对民工管理不善、监督不力, 导致衬砌顶拱出现超薄砼结构。此外, 用满堂钢支撑、棚架作为临时支护, 紧接着浇筑衬砌砼的大塌方洞段, 在衬砌结构尚未完全具备承载能力时, 浇入衬砌内的钢支撑脚被割除, 使得荷载直接作用于衬砌, 导致衬砌结构被压坏。这些洞段的施工情况及工程处理措施, 见表2(略) 。
3.2.3衬砌砼裂缝处理
根据统计, 引水隧洞一线衬砌舱内的渗水裂缝共98条(主要为环向缝), 这些裂缝采用打孔灌纯水泥浆处理, 经检查90%以上的裂缝灌浆后封闭, 无渗水。此外, 砼衬砌洞段接缝处及一些锚喷衬砌洞段顶拱存在有不同程度的渗漏水问题, 为此, 采取堵排结合的方式进行处理, 即对有渗漏水的砼衬砌洞段(如引3+510-3+830m等洞段), 先用固结灌浆将水逼至集中出水点, 在集中股流处安设逆止阀; 对于顶拱有大面积渗水的锚喷洞段(如引1+185--1+270m等洞段), 根据设计要求在已施喷的砼面上, 挂φ6@15×15cm 钢筋网, 埋排水管, 喷7cm 厚的C20砼, 最后堵塞排水管, 如排水管水压较大, 则装逆止阀。
4结束语
引水隧洞于1999年1月14日充水, 洞内充水稳压96个小时后于1月18日放水检查。
检查中未发现顶拱砼衬砌有破坏性纵向裂缝, 环向裂缝虽有增加, 但并不严重。洞底板砼衬砌(主要是素砼衬砌）放水后, 发现底板跨中有延伸较长的纵向裂缝, 以及局部底板鼓包等不同程度的破坏现象。此外, 砼衬砌的接缝处以及未封堵好的灌浆孔渗、漏水严重。
在对破坏部位进行了初步处理, 以及对未封好的灌浆孔重新封孔后, 引水隧洞于1999年1月26日再次充水运行至今, 未发现隧洞沿线山坡有新的出水点及边坡失稳现象, 原有的出水点(引水隧洞末端及6#施工支洞内) 出水量逐渐减少。
1999年6月30日至7月2日, 螺丝湾水电站进行了三台机组甩负荷等最不利工况试验。