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牛栏口水电站调压井开挖施工

    更新时间:2018-02-05 11:48:22 

【摘 要】牛栏口水电站引水系统调压井为小型调压井,开挖断面为长双园心椭园形,园心半径为8.5m和10m,井高49.5m,土石方明挖4500m3,石方井挖10500m3。由于工程规模小,加之受施工条件的限制,调压井井挖不宜采用机械化施工,溜渣井开挖及扩挖翻渣均采用人工进行。

【关键词】牛栏口水电站;调压井;开挖

Excavation of surge shaft in Niulankou hydropower station

Xie Chao-zong

(China Water Conservancy and Hydropower Ninth Engineering Bureau Co., Ltd Guiyang Guizhou 550000)

【Abstract】The surge shaft of the Niulankou hydropower station is a small surge shaft. The section of the excavation is a long twin park with an elliptical shape. The radius of the center of the park is 8.5m and 10m. The height of the well is 49.5m and that of the earthwork digging is 4500m3. 10500m3. Due to the small scale of the project and the restriction of the construction conditions, it is not appropriate to use mechanized construction to excavate the pressure surge wells, and the excavation and dredging of the slip slag wells are manually carried out.

【Key words】Niulankou hydropower station;Surge tank;Excavation

1. 工程概況

(1)牛栏口水电站位于重庆市石柱县境内的龙河中下游,是龙河梯级开发的第五级,电站装机为2×10MW。引水系统由进水塔、引水隧洞、调压井、压力管道组成。

(2)调压井位于厂房后坡的山体内,为阻抗式调压井。调压井的形状为长双园心椭园形,园心半径为8.5m和10m,井高49.5m。土石方明挖4500m3,石方井挖10500m3,边坡及井壁均设锚杆和喷混凝土支护(调压井开布置图见图1)。

(3)调压井位于引水洞末端2+198.87桩号处,引水洞施工支洞位于引水洞2+147桩号,距调压井中心51.87m,施工支洞长172m。调压井上部平台高程为542.1m,由一条永久道路与厂房相连。

(4)调压井围岩主要为粉砂质泥岩,其间夹有长石砂岩与长石石英砂岩薄层,泥岩的岩性比较完整,但强度较低,易风化崩解,长期暴露易失稳,属Ⅲ类围岩。

2. 施工程序

(1)调压井开挖首先进行厂房至调压井永久公路施工,形成进场公路,为调压井上部开明挖创造条件,同时进行下部施工支洞的开挖,为调压井扩挖提供出渣通道;

(2)调压井上部明挖结束后,立即进行溜渣井的开挖,溜渣井采用人工从上至下开挖,开挖直径为2.5m;由于调压井断面较小,扩挖时翻渣只能采用人工翻渣,开挖形成漏斗型分层开挖,因此扩挖翻渣及施工安全是本工程的一大难点。

(3)溜渣井开挖完成后即进行锁口梁的开挖和混凝土浇筑,待下部施工支洞至调压井洞段贯通后即进行调压井扩挖及井壁支护。

3. 施工布置

(1)调压井上部明挖和溜渣井的开挖主要利用厂房至调压井永久公路,扩挖出渣利用引水洞施工支洞,由于厂房至调压井永久公路拖木沟以前段开挖量较大,施工时间较长,为不影响调压井的施工,从火炮厂修一条约150m长的临时道路至调压井永久公路。

(2)调压井围岩为粉砂质泥岩,其间夹有长石砂岩与长石石英砂岩薄层,粉砂质泥岩钻孔宜采用手持式岩石电钻(2.2KW),长石砂岩与长石石英砂岩钻孔采用YT-28手风钻钻孔。由于调压井以粉砂质泥岩为主,施工用风量较少,共配置1台6m3/min和3台3m3/min电动空压机供风,空压站布置在调压井上部平台边。

(3)施工用水在调压井边坡上部布置一小水池(2#水池),容积约15m3。用潜水泵从布置在引水洞施工支洞上部的1#水池抽水。

(4)施工用电结合引水洞及压力管道施工用电,在调压井下部石柱至三树公路边布置一台630KVA变压器,10KV线路由业主架至变压器位置。调压井施工用电用绝缘皮线从变压器接至调压井上部平台。

(5)业主指定的调压井及引水洞弃渣场位于厂房上游的龙河边,调压井上部明挖施工时由于上调压井永久道路未形成,施工出渣较为困难,为不影响调压井施工进度,在调压井永久公路末端的空地布置一弃渣场,作为调压井明挖及溜渣井开挖的弃渣场。

4. 施工方法

4.1 明挖施工。

(1)由于上调压井道路拖木沟以前工程量较大,短时间难以形成,为不影响调压井施工,从火炮厂修一临时便道至调压井,但该临时便道坡陡弯急,调压井出渣困难很大,后将调压井回车场边的一块空地租用后作为弃渣场,使调压井明挖仅用15天时间就顺利完成,且运输成本大大降低。

(2)钻孔主要采用手持式岩石电钻,局部石英砂岩采用手风钻钻孔,人工装药爆破,CAT320挖掘机装5t自卸汽车输。

(3)施工设备配置1台1m3CAT320挖掘机、4台5t东风自卸汽车、3台2.2KW手持式岩石钻、2台YT-28型手风钻和1台3m3/min柴油空压机。

4.2 溜渣井开挖。

4.2.1 开挖方案选择。

(1)溜渣井的开挖是整个调压井开挖的重点,溜渣井的开挖最初提出两种施工方案,第一种方案为采用反井钻机直接成孔,第二种方案是人工从上至下开挖。

(2)第一种方案安全性高,施工期短,但必须在施工支洞开挖至调压井下部后才能施工,完工日期较晚,且设备运输较困难,造价较高;第二种方案安全性相对较差,施工工期长,但整个溜渣井开挖将在施工支洞工作面到达调压井之前完成,设备简单,造价低。经过比较后,为节省工期和投资,项目部决定采取第二种方案,实际溜渣井完工比施工支洞开挖到调压井早7天完成。

4.2.2 井挖及支护。

(1)锁口。

溜渣井开挖前,先对井口进行锁口,锁口梁总高50cm,高出地面30cm,宽30cm,混凝土量为1.32m3,采用人工拌和施工。

(2)爆破参数。

溜渣井开循环进尺开按1m进行,钻孔孔深度1.2m,中心采用5孔螺旋掏槽,爆破孔孔距为80cm,为保护井壁的完好,周边孔孔距为60cm,每个循环钻孔24个。爆破参数见表1:

(3)钻孔。

溜渣井开挖采用岩石电钻(泥岩层)和手风钻(砂岩层)钻孔,由于井内空间小,钻孔只能用2台钻机施工,每个循环钻孔24个,手风钻钻孔采用湿式作业,当井深大于30m,在井下钻孔时用一台5.5KW轴流风机向井内送风,保证井内空气浓度。

(4)爆破及通风散烟。

钻孔结束后,先用风将孔内积水和石渣吹干净,然后人工装药联线,将乳化炸药和非电雷管装入孔内,联结后用导爆管引出地面,在地面上用火雷管起爆。

爆破后将轴流风移至井口,将软式风带放入井内,然后通风排烟。

(5)出渣运输。

出渣采用人工装渣,5t扒吊垂直提升至地面后,将渣卸在扒吊附近,堆3~5轮炮后用装载机装5t自卸汽车运至渣场堆放(溜渣井开挖布置图见图2)。

(6)临时支护。

由于调压井大部份为粉砂质泥岩,岩石较为破碎且易风化,为防止井壁掉小石块,每开挖两轮后即对井壁进行一次支护,支护型式为随机锚杆加喷混凝土,随机锚杆根据井壁岩石情况,主要对部份有裂缝的大石块进行锁定,深度一般为2m,喷混凝土主要是对井壁进行防护,防止井壁风化后掉块,喷厚为5cm。

4.3 扩挖施工。

4.3.1 锁口梁浇筑。

调压井井口设钢筋混凝土锁口梁,梁高2m,宽1m,梁顶面高出地面50cm。锁口梁开挖采用岩石电钻钻孔爆破,1m3挖掘机装5t自卸汽车运输,人工清基立模。混凝土拌和机布置在锁口梁外侧,浇筑时采用手推车入仓,人工平仓振捣。

4.3.2 调压井扩挖。

4.3.2.1 设备投入

调压井扩挖投入的主要设备见表2:

4.3.2.2 爆破参数。

调压井扩挖从内至外分三层进行,即扩大层、主爆层和光爆层,扩大层布置2排孔,主要起溜渣井扩大作用;主爆层为中间主爆区;最后是光爆层,共布置2排孔,光爆层滞后扩大层和主爆层一个台阶(3m)。调压井扩挖爆破参数见表3:

4.3.2.3 钻孔爆破。

(1)调压进扩挖钻孔根据不同的岩层采用不同的钻具,泥岩采用岩石电钻钻孔,石英砂岩采用手风钻钻孔,钻孔设备及火工材料由布置在井口边的扒吊吊入井内工作面,施工人员从设在井壁的人行爬梯上下。

(2)主爆孔装药采用乳化炸药和非电雷管入孔,光爆孔采用导爆索入孔,25药卷间隔装药,爆破网络联接好后用导爆管引至井口,火雷管起爆。

(3)由于扩挖时有溜渣井与下部隧洞相通,通风条件较好,爆破后不用设通风设施,采用自然散烟。

4.3.2.4 翻渣。

调压井扩挖翻渣采用人工,为减少翻渣工作量及难度,扩挖工作面开挖成漏斗型,除扩大层一次爆破外,主爆层和光爆层均分成2~3块进行,一是能减小一次翻渣的工作量,二是能使翻渣与钻孔形成流水作业,以加快施工进度(调压井扩挖布置图见图3)。

4.3.2.5 运输出渣。

调压井扩挖出渣采用3m3侧卸装载机装5t自卸车。装渣在调压井底部进行,每次堆渣至溜渣井底部后即进行一次出渣,以防止溜渣井堵塞。

4.3.2.6 支护。

调压井支护型式为系统锚杆和喷混凝土支护,系统锚杆为22@2.5×2.5m,L=3m,喷混凝土为C20厚10cm。锚杆施工跟随开挖进行,每开挖3m高一层便施工一排锚杆,喷混凝土每开挖两层喷一次。混凝土喷射机布置在上部平台上,混凝土用拌和机拌和,供风由一台6m3和一台3m3空压机联合供风。

5. 施工进度

调压井从2003年9月1日明挖开工,到2003年12月15日井身扩挖完成共用106天,其中明15天,溜渣井开挖45天,锁口梁浇筑7天,井身扩挖39天,比原计划提前15天完成。

6. 施工质量及安全

(1)调压井边坡及井壁均采用光面爆破施工,除地质条件原因外,超欠挖均控制在设计范围以内,施工质量良好。

(2)该工程由于开挖投入的人工较多,且均在井下作业,施工安全是工程施工重中之重,基于此种情况,项目部加大了在安全方面的投入和管理力度,各施工环节都有专人负责安全,对每一个细小的隐患都能及时的发现并排除,整个调压井开挖未出现过一次安全事故。

7. 结语

小型调压井的开挖由于工程量小,施工条件有限,如投入大量施工机械施工将使施工成本大大增加。若能根据工程实际情况,采取一些简单易行的施工方法,只要强加管理,把质量和安全放在首位,工程同样能保质保量的顺利完成,而且能将工程的施工成本降低到最小。本工程在施工質量、安全及进度方面均得到业主和监理的好评。

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