周宁水电站长引水隧洞施工.pdf

Wa t e r P o w e r V o l . 3 2 . N o . 1 2 收稿日期2 0 0 6 - 1 1 - 1 0 作者简介 彭昌锋1 9 7 3 , 男, 福建周宁人, 工程师, 从事工程 建设管理工作. 1 工程概况 周宁水电站是穆阳溪梯级开发的第二级电站, 为引水式 电站, 总装机容量2 5 0M W。 电站枢纽由拦河坝、 泄水建筑物、 输水系统、 地下厂房及地面开关站等建筑物组成。其引水隧 洞总长1 2 . 3 5 2k m, 开挖断面为方圆形, 开挖直径6 . 8m, 水平 底宽6m, 纵向坡度0 . 3 4 2 , 在平面上共有6个拐弯段。 设毛 洞岩、 进登 兼检修 、 大宅、 前坪 兼检修 、 下洋、 调压井 兼 检修 等6个施工支洞 不包括进水口 , 各支洞长度分别为 5 4 3、4 3 9、3 9 2、3 5 8、3 6 0、2 0 6m。引水隧洞分为4个标段进行 施工。0 - 7 5 0及进水口属大坝进水口C 7标, 由闽江工程局承 包施工;0 - 7 5 0 ～ 0 - 7 1 8 3 . 3 2段64 3 3 . 3 2m 及毛洞岩、 进登、 大 宅 支 洞 属 引 水 隧 洞C 6标 , 由 闽 江 工 程 局 承 包 施 工 ;0 - 7 1 8 3 . 3 2 ～ 0 - 1 2 0 8 3 . 3 2段49 0 0m 及前坪、 下洋支洞属引水隧 洞C 5标,由水电十二局承包施工;0 - 1 2 0 8 3 . 3 2 ～ 0 - 1 2 3 0 7 . 6 7 8 段2 2 4 . 3 5 8m 及调压井施工支洞属地下厂房 C 4标, 由水电 十四局承包施工。C 5标最长工作面为19 1 0m 前坪上游, 其 中3 0 8m自大宅支洞进 ,C 6标最长工作面为16 5 7 . 8m 大 宅下游 。C 5、C 6标段隧洞 包括支洞 开挖历经2 2个月, 于 2 0 0 3年9月全部开挖完毕, 于2 0 0 4年6月具备通水条件, 总 工期3 1个月, 比合同工期提前2 ～ 3个月。 2 工程地质条件 隧洞沿线地形波状起伏, 穿越7条大冲沟, 洞线与冲沟 文章编号0 5 5 9 - 9 3 4 22 0 0 61 2 - 0 0 7 3 - 0 3 周宁水电站长引水隧洞施工 彭昌锋 闽东水电开发有限公司, 福建 宁德3 5 2 1 0 0 关键词 引水隧洞; 开挖; 混凝土衬砌; 支护; 灌浆; 周宁水电站 摘要 周宁水电站引水隧洞长1 2 . 3 5 2k m , 于 2 0 0 4年6月具备通水条件, 总工期3 1个月。隧洞开挖采用在落地门 型钻架平台上手风钻钻眼的钻爆开挖方法。开挖单工作面月平均进尺超过1 0 0m, 最高月进尺1 6 2m /月, 开挖后洞 内表面起伏差小于1 5c m, 糙率低于设计值, 开挖质量较好。此外, 隧洞混凝土衬砌基本做到 “外光内实” 。隧洞施工 质量达到了国内类似工程的较好水平。 C o n s t r u c t i o no f L o n gP o w e r T u n n e l o f Z h o u n i n gH y d r o p o w e r S t a t i o n P e n g C h a n g f e n g M i n d o n g H y d r o p o w e r D e v e l o p m e n t C o m p a n y L t d . , N i n g d e F u j i a n3 5 2 1 0 0 K e yWo r d s p o w e r t u n n e l ; e x c a v a t i o n ; c o n c r e t e l i n i n g ; s u p p o r t i n g ; g r o u t i n g ; Z h o u n i n g H y d r o p o w e r S t a t i o n A b s t r a c t T h ep o w e r t u n n e l o f t h eZ h o u n i n gH y d r o p o w e r S t a t i o nm e a s u r e s 1 2 . 3 5 2 k mi nl e n g t h . I t w a s r e a d yf o r p a s s i n g w a t e r i nJ u n e 2 0 0 4 . T h e t o t a l c o n s t r u c t i o np e r i o dw a s 3 1m o n t h s .T h e t u n n e l w a s e x c a v a t e db y d r i l l a n db l a s t u s i n g j u m - b o s d i r e c t l ym o u n t e do nag a n t r yp l a t f o r mw i t ham o n t h l ya d v a n c eo f 1 0 0 ma n dam a x i m u mo f 1 6 2 m / m o n t h ;t h er o u g h - n e s s o f t h e i n t e r n a l s i d e o f t h e t u n n e l i s l e s s t h a n1 5 c m , w h i c hi s l o w e r t h a nt h e d e s i g n e dv a l u e . T h e l i n i n g o f t h e t u n n e l i s s o l i di ns i d e a n ds m o o t ho nt h e e x t e r n a l s i d e . T h e q u a l i t y o f t h e t u n n e l c o n s t r u c t i o ni s c o n s i d e r e dt o b e a s g o o da s t h a t o f s i m i l a r p r o j e c t s i nC h i n a . 中图分类号T V 6 7 2 . 1;T V 5 5 4 . 12 5 7 文献标识码B “ “ “ “ 第 3 2 卷第 1 2 期 2 0 0 6 年 1 2 月 水 力 发 电 福建周宁水电站建设 7 3 水 力 发 电2 0 0 6 年 1 2 月 Wa t e r P o w e r V o l . 3 2 . N o . 1 2 表1各标段洞挖光爆质量情况 大角度相交, 过进登两冲沟隧洞埋深仅1 6m, 过下洋冲沟处 隧洞埋深3 5 m, 其余过冲沟洞段埋深为5 0 ～ 9 0m, 大部分隧 洞埋深1 0 0 ～ 2 0 0m。 隧洞围岩主要为碎斑熔岩和次花斑岩, 其余为花岗岩和 花岗斑岩。侵入的岩脉共有1 0 8条, 主要为辉绿岩脉, 宽度 0 . 2 ～ 1 0m不等, 多与洞线大角度相交, 和围岩接触紧密。 隧洞沿线揭露的断层有1 9 0余条, 断层破碎带宽度一般 小于1m 约1 5 7条 , 少数宽2 ～ 5m, 最宽者为进登断层, 包 括影响带宽达4 0m, 为区域性断层。所有断层均为陡倾角, 并与隧洞大角度相交, 充填物质以碎裂岩为主。隧洞遇断层 处仅3处有股状流水, 其余仅见地下水渗滴, 说明地下水不 丰富, 岩体隔水性较好。 隧洞围岩大部分为弱风化至新鲜岩体, 仅在冲沟浅埋洞 段、 断层破碎带和节理密集带处为全风化岩体。通过分段统 计和地震波检测, 隧洞围岩工程地质分类为Ⅰ～ Ⅱ类围岩占 6 4 . 2 ;Ⅲ类围岩占2 7 . 0 ;Ⅳ～ Ⅴ类围岩占8 . 8 。对稳定性 差和不稳定的洞段均需进行柔性支护和刚性支护处理。 3 隧洞开挖 3 . 1隧洞开挖主要技术要求 由于隧洞大部分8 6 . 6 5 不进行钢筋混凝土衬砌, 因此 对开挖表面的平整度提出了严格要求。 隧洞周边采用预裂和 光面爆破, 预裂和光面爆破后应达到如下要求①残留炮孔 痕迹应在开挖轮廓线均匀分布;②炮孔痕迹保存率应达到完 整岩石在8 0 以上,较完整和完整性较差的岩石不小于 5 0 , 较破碎岩石不小于2 0 ;③相邻两孔间的岩面平整, 孔 壁不应有明显的爆震裂隙;④相邻两茬炮之间的台阶或预裂 爆破孔的最大外斜值不应大于1 5c m;⑤预裂爆破后必须形 成贯穿连续性的裂缝;⑥设计开挖线外的超挖不予计量支 付, 设计开挖线以内欠挖应予清除。 以上要求均在合同技术规范中作了明确规定, 同时规定 开挖后过水表面糙率应低于设计要求值0 . 0 3 2。 3 . 2施工方案和不良地质段开挖支护方案 各标段的隧洞开挖均采用在落地门型钻架平台上手风 钻钻眼的钻爆开挖方法。施工程序为先打4m 4m 或3 . 5 m 4m 下导洞, 超前6 ～ 1 0m, 后光爆扩大至全断面。 各标段施工时均采用手风钻钻眼, 人工装药爆破, 侧卸 式装载机和自卸卡车出渣, 串联式轴流通风机通风散烟。 各标段的循环进尺有差别,C 4、C 5标循环进尺为2 . 5m, C 6、C 7标循环进尺为2 . 7m, 光爆扩挖循环进尺为3 . 2m。 下导洞开挖的掏槽形式也各有不同,C 5标采用菱形平 行直眼掏槽,C 6标采用四空孔十字形平行直眼掏槽。 各标段隧洞开挖钻爆参数均通过爆破试验确定, 炸药单 耗控制在1 . 5k g / m 3以内,周边预裂光面爆破孔间距 5 0 ～ 6 0 m m, 装药密度0 . 1 ～ 0 . 3k g / m, 孔向偏差控制在3 以内。 在不良地质地段开挖中, 采取 “短进尺、 勤检查、 早支护” 的措施。根据不同情况选择不同的支护手段。穿越进登冲沟 二 ,K 3 8 2 3 ～ K 3 8 1 5地质最差洞段采用超前小导管,3 8 m m, 在顶拱1 2 0 范围, 环距3 0c m 注水泥浆、 初喷混凝土、 随机锚杆、 挂网、 钢拱架和复喷联合支护方式。在K 3 8 1 5 ～ K 3 7 3 5 . 9地段采用超前锚杆、 初喷混凝土、 随机锚杆、 挂网、 钢拱架和复喷联合支护方式。 沿断层宽度范围采取系统锚杆 加挂网喷混凝土或断层挖槽加挂网喷混凝土支护。 沿岩脉和 节理发育部位采取随机锚杆和加喷混凝土封闭。 对严重渗水 地段采取引、 堵、 排、 灌等防渗措施。 3 . 3实际施工速度 Ⅰ、Ⅱ类围岩开挖每一循环历时1 2h, 其中钻孔、 出渣各 占4 . 5h,每日两班,日进尺5 ～ 5 . 4m,计划月进尺1 2 5 ～ 1 3 5 m。Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖考虑临时支护时间, 每一循环历时1 4 h, 其中钻孔4h, 出渣4 . 5h, 临时支护3 ～ 3 . 5h, 日进尺4 . 2 5 ～ 4 . 5m, 计划月进尺1 0 6 ～ 1 1 2 . 5m。 C 5、C 6标主洞实际开挖中,C 5标最高月进尺1 4 9m /月 前坪下游 ,C 6标为1 6 2m /月 进登上游 ;C 5标不良地质 地段最低月进尺3 0m /月,C 6标为1 7、3 7、4 8m /月。 3 . 4开挖质量 开挖爆破质量总体较好, 洞挖后岩面无松动岩石, 表面 规格平整, 孔底爆震裂痕轻微, 前后排残孔基本保持在同一 边线位置上, 大部分洞段的顶拱光爆平整度较好, 边墙略差, 各标段光爆实测质量情况见表1。 按照设计要求,在隧洞内约每10 0 0m布置一个3 0m 长的测量段 必须布置在不衬砌段上,每个测量段内每5m 设一条环间和纵向测线,测出每条测线上凹凸点的起伏差, 根据施工单位提交的7个测量段数据,经分析计算得到各测 量段实际糙率为0 . 0 2 3 5 ～ 0 . 0 3 1 9, 均未超出设计值0 . 0 3 2 。 隧 洞开挖贯通偏差也达到较好水平 见表2 。 4 洞身喷锚支护 隧洞喷锚支护包括系统锚杆、 随机锚杆、 锚喷、 素喷、 网 喷。 锚杆均为快硬水泥卷锚杆。 喷混凝土强度等级为C 2 5, 水 灰比多为0 . 4 2 ～ 0 . 4 5, 全部采用干喷法。从喷护后的外观看, 顶拱较好, 两侧边墙表面粗糙。 锚杆拉拔力经C 4标2组,C 5标4 1组,C 6标1 6 2组检 测, 均符合设计规定值。喷混凝土厚度经C 5标3 2 2点和C 6 标段 开挖长度/ m 半孔率/ 统计长度/ m 平均超挖/ c m 统计长度/ m 起伏差/ c m C 42 5 6 . 1 48 0 . 8 1 5 0 9 . 8 7 2 5 9 . 6 C 549 0 08 8 41 2 0 6 . 9 0 18 0 0 5 . 2 5 C 664 3 38 9 . 3 31 7 9 4 . 3 0 37 3 6 4 . 3 0 C 77 5 08 1 . 8 5 2 5 6 . 7 0 4 0 0 6 . 7 0 表2隧洞开挖贯通偏差值 标段位置 贯通偏差/ m m 纵向横向竖向 C 6 毛洞岩下游、 进登上游793 进登下游、 大宅上游1 02 31 6 C 5 前坪上游、 大宅下游1 21 08 前坪下游、 下洋上游2 . 171 1 . 2 下洋下游8 . 714 . 7 国家标准2 0 01 0 05 0 福建周宁水电站建设 7 4 Wa t e r P o w e r V o l . 3 2 . N o . 1 2 标1 1 5点检测, 符合设计和规范要求。喷混凝土抗压强度经 C 4标3组、C 5标6 0组、C 6标1 1 5组、C 7标1 4组抽检, 满足 设计要求, 强度保证率为9 5 以上。C 4、C 5标还进行喷混凝 土的粘结力试验,粘接力在1M P a以上,达到了设计要求 0 . 6 ～ 0 . 8M P a以上 。C 4标进行了砂浆密实度剖管试验, 也 达到规范要求。 5 隧洞钢筋混凝土衬砌 隧洞设计有16 4 3 . 6 7 8m 占隧洞全长的1 3 . 3 5 需采用 钢筋混凝土衬砌,其中C 4标1 4 9 . 2m,C 5标7 2 5m,C 6标 7 0 2 . 4 7 8m,C 7标6 7m。衬砌断面为圆形, 衬砌厚度为4 0c m 和6 0c m, 衬砌混凝土标号为C 2 0。 非衬砌段底部全线采用厚 1 5c m的C 1 5混凝土铺底。 5 . 1混凝土衬砌施工方案和施工速度 各标段混凝土衬砌施工方法除模板形式及边顶拱衬砌 分序不同外, 其他方面基本相同。 工艺流程为 洞外混凝土拌 和站混凝土搅拌运输车混凝土泵入仓插入式、 附着式 振捣器振捣。 C 4标采用先底拱后顶拱的施工程序, 采用钢管支架组合 钢模板 简称 “散模” 。C 5、C 6、C 7标采用全断面一次衬砌。C 5 标下洋上、 下游段有4 1 5m采用针梁式钢模台车, 其他段采 用钢管支架组合模板;C 6、C 7标全部采用钢管支架组合模 板, 在钢模板之间的缝隙粘贴模板专用接缝胶防止接缝漏浆。 采用针梁式钢模台车每月可浇7 ～ 8仓, 每仓长1 2m, 实 际达到的最高月进尺为8 4m。采用组合钢模板, 每套模板每 月可浇4仓以上, 每仓长1 2m 必要时可增至1 5m , 实际达 到最高月进尺4 8m。 5 . 2混凝土衬砌质量 各标段混凝土所用的水泥、 钢筋母材及焊接、 砂石骨料、 粉煤灰、 外加剂等经施工、 监理单位检测全部合格, 符合规范 要求。C 1 5、C 2 0混凝土的抗压强度平均值、 最小值及强度保 证率均满足设计要求。强度标准差为1 . 1 ～ 3 . 6 9, 离差系数小 于0 . 1 2, 属优良。采用钢模台车衬砌的混凝土表面光滑平整 度较好,用散装模板衬砌的混凝土表面光滑平整度稍差, 局 部仍有漏浆、 淌白浆情况。 6 隧洞回填灌浆和固结灌浆 6 . 1回填灌浆 在隧洞混凝土衬砌段顶拱1 2 0 范围内进行衬砌后的回 填灌浆 总计约1 . 2万m 2 。 采取在混凝土衬砌上直接钻孔或 在衬砌内埋管, 由低向高推进, 分二序进行灌浆的施工工艺。 灌浆压力为0 . 3M P a, 开灌浆液水灰比为5 ∶ 1, 空隙大的部位 灌注水泥砂浆。进行压浆试验检查, 检查孔合格标准为孔内 注入2 ∶ 1水泥浆,在灌浆压力下1 0m i n内注入浆量不大于 1 0L为合格。 各标段回填灌浆检查孔质量合格。C 6标单位面 积耗用水泥量为1 8 ～ 8 5k g / m 2, C 4标为9 5 . 8 ～ 3 3 3 . 8k g / m 2, C 5 标为2 7 . 6 7 ～ 1 5 7 . 3k g / m 2, 由此表明, C 6标顶拱脱空较小, 一般 脱空高度在1 0c m左右 个别大于2 0c m以上 。 6 . 2固结灌浆 在衬砌混凝土强度达到设计强度的7 0 以上和回填灌 浆完成7d后, 对围岩进行全面固结灌浆。采用手风钻钻灌 浆孔。 按排间分序、 排 环 内加密方式灌浆。 灌浆压力为0 . 5、 0 . 6M P a, 灌浆水灰比用5 ∶ 1、3 ∶ 1、2 ∶ 1、0 . 5 ∶ 1 4个比级。 采用检查 孔压水试验检查, 要求检查孔透水率小于3L u, 检查孔压水 试验成果见表3。 灌浆后尚对C 6标5个测孔和C 5标8个测孔进行声波 检测, 除C 5标1 8号孔在1 . 4、2 . 6m处的2个测点波速为 29 0 0 ～ 29 4 0m / s外, 其他测孔波速均超过30 0 0 ～ 35 0 0m / s, 满足设计要求。 7 结语 周宁水电站长引水隧洞的施工手段、施工速度不算先 进, 但实际进度与整个工程的进度计划基本协调, 并能保证 电站的提前投产发电。 周宁水电站长引水隧洞的施工质量特 别是开挖质量达到国内类似工程的较好水平。 表3固结灌浆检查孔压水试验成果 标段检查孔孔数透水率/ L u单位注入量/ k g / m C 41 60 . 1 1 ～ 0 . 1 80 . 3 0 ～ 0 . 5 2 C 51 3 30 . 0 9 ～ 1 . 7 10 . 2 9 ～ 0 . 8 3 C 61 2 90 . 1 1 ～ 0 . 9 10 . 1 1 ～ 0 . 6 3 上接第5 7页 外水压力作用下, 最大法向位移 0 . 0 2 3m m, 渐变段钢衬结构具有足够的刚度, 结构是安全的。 2 进水口渐变段钢衬结构在外水压力作用下, 结构应 力状态非常复杂, 在钢衬结构上除产生弯曲应力之外还产生 膜应力。在加劲环处的钢衬结构应力集中点上应力值很高, 而在钢衬结构的其他部位的应力值较低。 3 在外水压力作用下, 加劲环结构尖角处的应力集中 点上应力值很高, 而其他部位的应力值较低, 一般应力值没 有超过5 2 . 6M P a, 并且应力分布较均匀。 4 为了改善钢衬结构应力分布状态, 提高渐变段钢衬 结构的强度及刚度, 建议在1 ～ 4号加劲环间, 增加径向约束 的锚筋, 以增加进水口渐变段钢衬结构的刚度, 并改善结构 的受力条件。 参考文献 [ 1 ]D L / T5 1 4 1 - 2 0 0 1 水电站压力钢管设计规范[ S ] .北京 中国电 力出版社,2 0 0 2 . 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