罗洲坝水电站工程地下厂房开挖设计

王佳奎,张轶臣

(中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春 130021)

罗洲坝水电站工程地下厂房开挖设计

王佳奎,张轶臣

(中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春 130021)

罗洲坝水电站地下厂房是利用江口水电站右岸导流洞改、扩建而成.厂房分层开挖充分考虑了导流洞空腔的影响.施工通道的布置科学、合理的利用了永久交通洞及原有2号施工支洞,做到了永临结合,尽量的减少了施工支洞的长度,加快了厂房开挖的施工进度,方便了施工,降低了工程造价.

罗洲坝水电站;地下厂房;开挖设计

1 工程概况

罗州坝水电站工程位于芙蓉江干流下游、芙蓉江江口上游约2 km处,紧邻重庆市武隆县江口镇,工程所在位置距武隆县城约22 km,距重庆市约161 km.罗洲坝水电站工程是利用江口水电站右岸施工导流洞进行改扩建而成.电站枢纽工程由输水系统、地下厂房系统组成.装机容量100 MW,额定水头106 m,安装1台单机容量100 MW的混流立式机组,电站工程在系统中担任调峰任务.

厂房洞室沿导流洞轴线布置,依次为上游副厂房、安装间、主机间和下游副厂房;主变洞平行于主厂房布置.上、下游副厂房完全布置于原导流洞内,断面即原导流洞断面,12.0 mX14.0 m(宽X高),全长69.6 m,主厂房洞室尺寸42.1 mX 17.7 mX46.2 m(长X宽X高).

2 工程地质

该工程主厂房主要以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主,厂房中部层内软弱夹层发育,一般厚度较小,性状较好,仅Ⅲ-508、Ⅲ-515、Ⅲ-513夹层,厚度较大,性状差.段内通过F29断层,宽30～40 cm,由白云岩、方解石脉、泥及糜棱岩组成,泥厚10～15 cm,浅灰色糜棱岩厚20～25 cm,呈强～弱风化,且局部溶蚀填泥.因此,对穿过厂房、主变室、母线洞边顶拱的层间错动带、层内错动带和结构面影响带、不良地质段,以及经分析存在潜在的不稳定块体和掉块,在开挖前采取超前支护,分层、分部、分块开挖,及时进行喷锚支护,并视围岩揭示情况增加长砂浆锚杆、预应力锚杆、锚筋桩和喷混凝土等加强支护.开挖过程中,超前埋设观测仪器加强围岩收敛变形监测,确保顶拱围岩及洞间岩柱稳定,以策安全.

3 厂房开挖施工特点

1)江口库区的芙蓉湖、芙蓉洞为国家5A级风景名胜区,所以厂房开挖施工不能对当地旅游、生产及生活环境造成影响.

2)厂房开挖施工期间,不能影响江口水电站机组发电及大坝正常运行,开挖爆破不能对大坝的安全产生影响.

3)由于该工程厂房是利用原江口水电站右岸导流洞的改、扩建而成,不同于新开发项目,既有场内交通和临建可供利用的有利条件,也有施工环境复杂的不利因素,对厂房开挖设计方案提出了更高的要求.

4)地下厂房开挖是工程施工的关键线路,开挖工程的工期直接影响工程总进度计划.

4 厂房开挖施工通道布置

4.1 施工通道布置原则

1)施工通道的选择根据地形、地质条件、结构型式及布置、施工方法和施工进度的要求等,综合研究确定.

2)通道断面型式及尺寸能满足运输强度和物件通过要求,并有空间设置管线、排水沟和人行道.

3)满足地下洞室群分层开挖施工进度和通风排烟需求.

4)统筹规划施工通道布置,尽量利用永久洞室作为施工通道,以减少临时施工支洞的修建.

5)厂房施工通道的布置应满足不同高程、不同部位施工的特点和需要,为厂房开挖各层开挖提供便捷的施工条件.

6)施工通道布置应综合考虑各洞室的交叉施工、尽量规避施工干扰,保证工程施工均衡、有序.

4.2 施工通道布置

该电站地下厂房埋藏深约90 m,洞室较多,为整个工程施工工期的关键线路.因此,厂房施工通道布置将直接影响厂房施工条件和工期.

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由于该工程洞室较多,施工支洞布置需综合考虑.根据厂房系统的布置、施工进度计划及主副厂房、主变洞的施工程序,在充分利用水工永久隧洞作为施工通道的基础上,按厂房上、中、下三个层次布置了3条施工通道,以满足厂房开挖施工需要.

厂房开挖施工通道特性见表1.

表1 厂房开挖施工支洞特性表

5 厂房开挖设计

5.1 施工程序

主厂房开挖工程施工程序:施工准备→Ⅲ号施工支洞开挖支护→主厂房及安装间Ⅰ层开挖→主厂房及安装间Ⅱ层开挖→岩锚梁开挖施工→岩锚梁混凝土浇筑施工→主厂房Ⅲ、Ⅳ层开挖施工;施工准备→Ⅴ号施工支洞开挖支护→主厂房Ⅴ层开挖施工→主厂房Ⅵ开挖施工→主厂房Ⅶ开挖施工.主厂房分层开挖见图1.

5.2 施工方法

图1 主厂房开挖分层图

厂房开挖采用钻爆法施工,由上至下分层开挖.厂房顶拱层采用中导洞先进,两侧扩挖跟进的施工程序,先进行中导洞顶拱部分的永久结构部分施工,锚喷支护,然后进行扩挖,扩挖过程中及时实施系统支护,厂房中导洞和两侧扩挖部分施工,周边采用光面爆破的方法施工.第Ⅱ层采取中部梯段微差爆破,并且梯段周边采取预裂爆破,两侧保护层采取光面爆破开挖.第Ⅲ层设计周边轮廓线采用光面爆破,其它部分采用梯段微差爆破.第Ⅴ层采取中部梯段微差爆破,设计周边轮廓线采用光面爆破开挖.第Ⅵ层开挖结合尾水方洞段水平开挖.每层开挖完成后及时喷射混凝土;在下一层爆破出渣前进行锚杆及二次喷混凝土支护措施.钻孔采用YT-28手风钻钻孔,水平掘进采用3.0 m3装载机配20 t自卸汽车出渣,深孔梯段爆破采用1.6 m3液压反铲配20 t自卸汽车出渣.

主厂房及安装间开挖由上至下共分7层:

1)第Ⅰ层(高程209.8～201.0 m):从Ⅲ号施工支洞进入,本层为顶拱层,轮廊开挖质量要求高,支护量较大,考虑锚杆长度,层高8.8 m.

2)第Ⅱ层(高程201.0～194.0 m):从Ⅲ号施工支洞进入,考虑开挖石渣量满足导流洞垫渣工程量需要,层高7.0 m.该层位于岩壁梁重要部位,开挖施工质量要求高,是地下厂房施工的重点和难点,为保证岩壁梁开挖质量,两侧预留保护层,中间梯段爆破.开挖爆破直接与第Ⅲ层贯通,石渣溜入导流洞底板,将垫渣作为支护、岩锚梁混凝土浇筑施工通道.

3)第Ⅲ层(高程194.0～179.55m):Ⅲ号施工支洞或交通洞进入工作面进行钻爆,层高7.0 m,开挖采用设计线光爆、剩余部分梯段爆破的方式进行开挖,出渣时垫渣通道和开挖出渣同时运出,支护完成后将下层施工通道形成.

4)第Ⅳ层(高程179.55～171.3.0 m):从导流洞底部进入工作面进行钻爆,层高8.25 m,开挖周边轮廓线采用光面爆破、中间梯段爆破的方式进行开挖,出渣时垫渣通道和开挖出渣经导流洞同时运出.同时进行Ⅴ号施工支洞爆破施工,继续水平掘进,进行厂房第Ⅴ层下部开挖.

5)第Ⅴ层(高程171.3～163.6 m):从Ⅴ号施工支洞进入开挖钻爆工作面,厂房边墙光面爆破、中部梯段爆破.Ⅴ号施工支洞作为出渣通道,开挖层高7.7 m.

6)第Ⅵ层(高程163.6～159.0 m):从Ⅴ号施工支洞进入厂房开挖工作面,层高4.6 m.

7)第Ⅶ层(高程159～156.0 m):为集水坑开挖,从Ⅴ号施工支洞进入开挖工作面,开挖深度3 m.

地下厂房分层开挖工程量见表2.

5.3 施工进度计划安排及施工强度分析

主厂房开挖工期安排及开挖强度计划见表3.

6 结语

罗洲坝水电站地下厂房是利用江口水电站右岸施工导流洞改、扩建而成.厂房分层开挖考虑了导流洞空腔的影响.施工通道的布置充分、合理的利用了永久交通洞以及原有导流洞2号施工支洞,做到了布局合理、一洞多用,优化了施工支洞的布置,加快了施工进度.该工程地下厂房分层开挖方案、开挖施工通道布置、施工方法及工期安排,可为其它改、扩建的地下工程施工提供参考和借鉴.

表2 地下厂房分层工程量表

表3 主厂房开挖工期安排及强度计划表

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1002-0624(2017)11-0018-03

2017-03-21