水电站压力管道上斜井段开挖施工技术方案.docx
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水电站压力管道上斜井段开挖施工技术方案
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1工程概况
1.1工程概况
/
压力钢管斜井段分上斜井段、下斜井段、弯道段。
压力钢管道斜井段为圆形断面，开挖直径D＝4.6m，衬砌后内径d＝3.2m；上斜井段位于4#引水隧洞与5#引水隧洞之间里程桩号为：
0+015.7～0+210.383，洞轴线倾角为60°，长度为194.683m，下斜井段洞轴线倾角为59°42′49″，水平倾角为60°，长度为158.375m；每个弯管长度为15.708m。
1.2地质条件
压力管道斜井段位于泥盆系中统（D2）紫红色石英砂岩夹砾岩，斜井段上覆岩体厚度一般100～180m，局部达300m，处于新鲜岩体内，岩体波速Vp=2500～3400m/s，FQD值35%，K值15Mpa/cm3，围岩坚固系数f值2，围岩类别为IV类。
1.3主要施工内容及工程量
本方案主要施工内容为压力管道上斜井段的开挖及临时支护施工。
压力管道斜井段开挖及临时支护主要工程量见表1.3-1。
表1.3-1压力管道斜井段开挖及临时支护主要工程量表
项目编号
项目名称
单位
每延米工程量
工程总量
备注
1
石方井挖
m³
17.8
4089.4
上斜井
2
系统锚杆
根
3.25
746.8
Φ22，L=3.0m，M20砂浆灌注
3
随机锚杆
根
Φ22，L=3.0m，M20砂浆灌注
4
挂网
t
0.0261
6.0
φ6.5@20×20cm
5
喷砼
m³
1.21
234
C20，δ=8cm
1.4进度安排
上斜井自上而下开挖导孔后再自下而上扩挖溜渣井，计划工期为113d，施工时段为2014年5月20日～2014年8月20日；斜井开挖采用人工开挖，计划工期为60d，施工时段为2014年8月21日～2014年10月20日。
2施工布置
2.1道路
上斜井施工材料及设备通过R4道路，经4#支洞、交通洞运至作业面。
2.2供风
上斜井井挖采用反井钻机开挖溜渣井，主要用风改善施工环境和后期人工扩挖爆破后通风排烟。
在4#支洞口布置20m³/min的空压机站，采用DN100mm钢管作为供风管，供风至斜井口，再通过软管向井内作业面供风。
上斜井风管布置于斜井底侧，与锚杆连接焊接固定。
2.3供水
上斜井施工用水采用布置在4#施工支洞口的钢板蓄水箱，从中转水池经DN80mm钢管接至施工支洞口蓄水箱；采用DN50mm钢管接至斜井口，再通过软管接至井内工作面，水管布置位置与风管相同。
2.4供电
上斜井施工动力和照明线路从业主提供的4#支洞口变压器低压端接入。
井内动力和照明线采用防水与绝缘性能良好的优质电缆，电缆布置位置与风管相同。
照明电压采用36V的安全电压。
2.5渣场
上斜井开挖石渣经5#施工支洞运至5#支洞弃渣场堆存。
2.6拌和系统
在4#支洞口布置一台JDY350搅拌机拌制喷射混凝。
3、施工方案
3.1方案选定
为保证施工安全，本工程压力管道上斜井采用反井钻机施工溜渣井，人工手风钻钻爆扩挖的方案。
3.2整体施工方案及参数
上斜井段洞轴线倾角为60°，长度为194.683m，采取反井钻机自上而下开挖导孔，钻头长度需满足斜井总长度，待导孔开挖完成后更换较大直径滚刀钻头自下而上扩挖溜渣井。
溜渣井开挖完成后，再自上而下人工手风钻扩挖至设计断面。
上斜井开挖支护方式及参数如下：
压力管道斜井段开挖临时支护措施为：
系统锚杆+随机锚杆+挂网喷护，临时支护施工紧跟开挖掌子面进行。
Ⅲ类围岩:
局部素喷；Ⅳ类围岩：
采用系统锚杆，系统锚杆环向间距2.0m，排距1.5m；布置于拱顶180度范围内，挂网喷护,挂网喷护规格为φ6.5@20×20cm；全断面喷C20砼，δ＝8cm；Ⅴ类围岩：
系统锚杆+随机锚杆+挂网喷护，系统锚杆环向间距1.5m，排距1.0m；采用梅花形布置。
随机锚杆规格为：
Φ22，L＝3.0m，M20砂浆。
挂网喷护规格为：
顶拱240°范围内，φ6.5@20×20cm；全断面喷C20砼，δ＝8cm。
Ⅳ类围岩锚杆布置如下图：
Ⅴ类围岩锚杆布置如下图：
3.3导孔开挖
3.3.1钻机安装
该斜井倾角较小.一般反井钻机施工倾角范围在60°～90°。
钻机自配的拉杆调节角度最小为60°。
3.3.2基础混凝土浇筑
为了保证反井钻机施工过程有足够的稳定性，在反井钻机安装前需浇筑1.0m～1.7m斜坡基础混凝土,并设置水池。
同时在反井钻机前部及撑杆部位预留4个底脚螺栓坑，待强度达到后进行吊装钻机，钻机安装后进行调试，待调试完后投入使用。
3.3.3导孔钻进
上斜井开挖使用反井钻机开挖，首先在上斜井入口处布设钻机平台，钻机平台范围必须满足钻机灵活使用，其次反井钻机首先自上而下开挖导孔，导孔直径为φ216mm，在钻进过程中必须使用高压水泵或泥浆泵将泥浆循环。
遇到断层及围岩破碎时，采用固结灌浆的方式对岩体进行固结，再钻进。
固结灌浆采用1:
1水泥浆，压力控制在0.5～2MPa。
⑴开孔
1至20m为开孔钻进，使用扶正器，平均每进尺lm用时7h，在钻进到10m和20m时。
采用磁陛测斜仪分别进行测斜。
⑵正常钻进
导孔的正常钻进，平均每进尺1m用时3.0h，在钻进到50m、70m、100m时进行了测斜。
结果显示钻孔按照预先调节的钻机倾角钻进，未发生向下偏斜，此时为正常钻进。
3.3.4溜渣井开挖
钻头对接一般是将导孔透孔部位进行扩挖，形成对接小平台，但目前中平洞和上斜井交接部位已完成开挖，因此使用导链将扩挖钻头提升装卸货对接进行对接，将重量较大的扩孔钻头运至小平台是个难题，施工难度大，安全问题突出，如本次斜井导孔施工透孔情况良好，透孔在下部人工开挖平洞断面内，钻杆可顺利放下。
对接扩孔钻头选择在上斜井下部，扩挖洞径为φ1.1m，以下为开挖示意图：
具体操作：
⑴放下钻杆，对接钻头
将扩孔钻头放到上斜井与中平段交接处，放下钻杆对接。
⑵扩孔钻头提升
在下部安装钻头后注意开挖已成型较大洞经部位提升时钻头晃动容易造成钻杆断裂。
提升时采用计算钻杆及钻头的重量，设定油泵压力提升时不转动钻杆，超过设定压力后慢速转动顺利将扩孔钻头提升至人工反导洞顶部。
3.4人工扩挖施工
3.4.1爆破施工工艺
爆破施工采用手风钻全断面钻孔、周边光面爆破施工，乳化炸药非电毫秒起爆爆破孔孔位布置见下图爆破参数设计见表3.4-1，作业循环时间见表3.4-2。
表3.4-1压力管道上斜井段爆破参数设计表（Ⅳ类围岩）
孔类
孔径（mm）
孔深（m）
孔数（个）
孔距（cm）
抵抗线（cm）
单孔药量（kg）
总装药量（kg）
起爆顺序
单耗kg/m³
主爆孔
42
2.0
5
60
60
0.8
1
1.14
42
2.0
5
60
60
0.8
3
42
2.0
3
60
60
0.8
5
42
2.0
16
60
60
0.8
7
周边孔
42
2.2
35
40
50
0.3
9
注：
断面面积16.3m²，布孔64个，循环进尺2.0m，爆破方量32.6m³，总装药量37.2kg。
表3.4-2压力管道上斜井段开挖作业循环时间表
项目
小
时
作业小时
2
4
6
8
10
12
14
16
18
钻孔
3.0
装药联网
1.0
通风排烟
0.5
出渣
7.5
支护
5.0
注：
压力管道上斜井段开挖17小时一个循环，进尺2.0m，平均月进尺60m。
3.4.2施工期间测量控制
⑴应执行主要技术标准和规范
①《水利水电工程施工测量规范》（DL/T5173-2003）；
②《国家三角测量和精密导线测量规范》；
③《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）；
④《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-91）；
⑤《中、短程光电测距规范》（ZBA76002-87）；
以及招标文件相应规定、设计图纸、修改通知、监理部门的其它技术要求。
⑵校核测量及施工控制网
由项目总工带领测量工程师等人员，会同监理工程师接收各控制网点和测量资料，并用TCR802全站仪校核，以确定其准确性和实用性；必要时增设水准点，加密控制网，建立首级平面和高程控制网。
校核进洞点和工程量。
测量精度应符合规范要求。
所有测量成果资料及时报送监理工程师审批，作为测量放线及支付的依据。
⑶导线布设
洞内布设施工导线和基本导线，直接与首级网联接进洞，施工导线每50m埋设一点，基本导线沿洞壁两侧布成自由导线，并及时算出各导线点平行轴线的指向角和左右偏离值以指导施工，自由导线应组成闭合环，以资校核。
⑷测量放线
每茬炮均由测量组放出开挖轮廓线，中线、高程腰线、并根据布孔图放出掏槽孔和周边光爆孔孔位。
⑸资料提供
①准确、及时提供月开挖断面和工程量计算表；
②准确、及时提供中间和竣工验收资料。
斜井段开挖预留2cm变形量。
3.4.3施工方法
首先人工对上斜井下弯段以及上斜井进口平洞段钻进安装部位进行扩挖，以满足钻机运行及出渣和钻头对接空间，下弯段目前设计为圆角开挖不能满足钻头对接以及上斜井开挖后，溜渣井下溜渣的出渣空间，因此下弯段下部底角需扩挖，扩挖工程量大约在60m3左右。
待反井钻机将溜渣井扩挖完成后，首先在平洞底板上打设2排Φ25，L＝3.0m，外露10cm的地锚，排距1.5m，每排3根，锚杆孔内灌注M25砂浆。
待砂浆达到一定强度后，在锚杆头上焊接螺栓杆，再浇筑15cm厚，2.5m宽，3m长的混凝土底板，要求底板表面平整。
待混凝土达到一定强度后，再将卷扬提升机及其辅助装置固定在螺栓杆上。
安装时采用手拉葫芦及其导链通过天锚进行配件的吊装，待卷扬机安装完成后铺设轨道。
使用小车运送设备材料和辅助施工人员上下。
进行斜井段人工扩挖施工，扩挖使用原风、水、电装置，首先进行测量放样使用手风钻进行钻孔，由人工装药进行光面爆破，钻孔间距不得大于35cm～45cm，开挖完成后对掌子面进行安全处理，再由施工人员将松动岩石块清除，破碎地带先进行临时支护，由于溜渣井已打通，因此通风散烟问题不大，可根据实际情况而定。
扩挖废渣溜至中平洞，然后用5t自卸汽车通过中平洞运至渣场。
3.5破碎带及断层施工
对于断层及不良地质部位，进行短进尺、弱爆破、强支护的原则进行，并且根据围岩变化如有需要则进行‘先导后扩’的原则进行，减小断面尺寸进行多个循环人工逐层开挖；爆破使用光面爆破，钻孔间距不得大于35cm,如有极破碎地带，必须人工进行风镐开挖，以免爆破对围岩造成破坏，待开挖挖成后需先进行支护，支护可使用工字钢，格栅拱架进行强支护。
3.5.1锚杆施工
⑴施工工艺
待开挖完成后做安全防护处理工作，一般部位进行素喷支护3cm，以防止碎石坠落造成安全事故；首先进行锚杆施工；锚杆施工利用自制作业台车，手风钻和岩石电钻钻孔，人工安插锚杆。
锚杆按“先注浆后安装锚杆”的施工工艺，由人工注浆，然后人工插锚杆。
系统锚杆采用砂浆锚杆Φ22，L=3.0m，M20砂浆；施工工艺如下：
施工准备放样钻孔清孔注浆锚杆安装封闭孔口
制浆
拉拔试验
⑵施工方法
①钻孔
采用YT-28手风钻钻孔，锚杆孔的开孔应按施工图纸布置的钻孔位置进行，其孔位、孔深的偏差值必须符合规范或设计要求，孔向尽可能垂直壁面或节理发育面。
钻孔达到标准后，用高压风清除孔内岩屑和积水。
②锚杆制作
锚杆加工时应去除杆体上的铁锈和油污，用钢筋切断机截成规定长度并加工成型后运至施工现场。
③锚杆的注浆和安装
锚杆砂浆配合比在规范要求的范围内通过试验确定，试验取值范围：
水泥:
砂＝1∶1～1∶2（重量比），水泥∶水＝1∶0.38～1∶0.45。
锚杆砂浆用砂浆搅拌机拌制，采用MZ-1型注浆机注浆。
注浆时，注浆管插至距孔底50～100mm，随砂浆的注入缓慢匀速拔出；杆体插入后，若孔口无砂浆溢出，及时补注。
砂浆拌和均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆在初凝前用完，并严禁石块、杂物混入。
注浆开始或途中停止超过30min，用水或稀水泥浆润滑注浆罐及其管路。
先注浆的永久支护锚杆，应在钻孔内注满浆后立即插杆；后注浆锚杆，在锚杆安装后立即注浆。
锚杆安装后，在砂浆凝固前，不得敲击、碰撞、拉拔锚杆和悬挂重物。
④质量检验
采用无损检测法，采用钻孔、探测、无损检测等方法进行注浆密实度检测及锚杆长度检测，抽检数量每作业区不小于5%
⑶挂网施工
挂网钢筋规格和网眼间距按照设计图纸或临时支护措施进行。
挂网钢筋在锚杆外露距洞壁5cm部位焊接骨架筋，人工在骨架筋的基础上绑扎钢筋网，在钢筋网上焊埋控制喷射混凝土厚度的标尺。
为使钢筋网牢固、不变形，可用手持电钻打设Φ12挂网插筋，辅助锚杆形成骨架筋。
插筋插入围岩深度约20cm，外露约10cm，间排距根据需要而定。
钢筋网架设完毕后，用高压风水冲洗受喷面（若岩体有软弱夹层时不能使用水冲洗时，该用高压风吹洗喷护面），清除灰尘、泥屑等杂物。
3.5.2锚喷施工
⑴施工工艺
喷砼按两次喷至设计厚度，第一次喷厚3～5cm，第二次再喷至设计厚度。
洞内喷射第将水、水泥及粗细骨料一次拌合，在喷射时加速凝剂。
施工工艺如下图：
称量
空压机
加压
⑵施工方法
①喷混凝土前准备工作
A对喷射面进行检查：
清除开挖面的浮石、墙角的石碴和堆积物，用高压风水枪冲洗喷射面，确保作业区有良好的通风和充足的照明设施。
B对施工机械设备、风、水管路和电线等进行全面检查和试运行。
C对岩石面的滴、渗、淋水部位要打排水孔，并埋设导管集中引排。
D在监理工程师检查合格后即可进行喷混凝土作业。
②喷混凝土拌制
喷混凝土利用布置在支洞口的JDY350强制式拌和机拌制，喷混凝土配合比由试验提供并经喷板试验确定。
在拌和场地拌制的喷混凝土，斜井施工用5t自卸汽车运至斜井口，用卷扬机牵拉料斗运至工作面。
③混凝土喷射施工
喷混凝土选用TK961湿喷机进行喷护，喷射混凝土施工按先底角后边顶拱的顺序进行。
喷射混凝土时喷枪垂直岩壁面，喷嘴距受喷面0.8～1.0m，喷枪作螺旋运动，先填平凹坑，然后逐层加厚至设计厚度；分层喷射时，后一层混凝土要在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再喷射，要先用风水清洗喷层面。
4、质量保证措施
⑴施工之前，按专业和工序，编写相应的施工作业指导书，明确施工工艺和质量负责人。
⑵施工材料在使用前按质量检验要求进行质量抽检，保证使用合格的原材料。
⑶锚杆注浆试验、喷混凝土试验及施工工艺等，在正式施工之前进行现场试验，获得合理的施工参数后进行正式施工生产。
⑷锚杆孔的孔位应严格按照施工图纸布置钻孔，孔位偏差应不大于100mm，锚杆孔的方向应满足图纸要求。
注浆锚杆的孔径应大于锚杆直径，若“先注浆后安装锚杆”，钻头直径应大于锚杆直径15mm以上，若“先安装锚杆后注浆”，钻头直径应大于锚杆直径25mm以上。
锚杆注浆后，在砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔。
图4-1质量保证体系图
⑸喷混凝土喷射作业应严格执行喷射机操作规程：
应连续向喷射机供料，保持喷射机工作风压稳定；完成或因故中断喷射作业时，应将喷射机和输料管的积料清除；喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间不得少于7天。
⑹施工之前，配置质检机构及专职质检人员，负责质量管理工作，根据作业指导书制定相应施工工序的质量控制计划和质量保证措施。
⑺加强机电设备的维护保养，全面推行机电人员包机责任制，实行定期检查、检修，保证各种设备在完好状态下安全运行，关键部位应做好备用或配件准备。
⑻严格按爆破图表要求组织施工；为快速施工打下良好基础，同时根据不同地质情况，对爆破图表进行完善和修改，同时也应做好深孔爆破的摸索工作，以增加炮孔深度，加快施工进度。
5、安全保证措施
⑴在开工前首先编制安全施工措施及安全管理办法，建立健全以项目经理为安全第一责任人的安全保证体系。
⑵参加爆破作业的有关人员，应持有国家和行业颁发的资格证书才能上岗。
⑶加强对爆破器材的使用监管，对爆破器材的采购、验收入库、提领发放、现场使用以及每次爆破后剩余材料的回库等进行全面监管和清点登记，以防丢失。
⑷划定爆破警戒区，爆破时派专人进行警戒。
⑸出渣时所有设备运转人员必须持证上岗，机械运转必须有专人指挥。
⑹危险地段设置安全警示牌、出口处设置防护栏必要施工部位安排专人进行安全监测。
⑺设置爆破管理机构，严格按爆破安全规程进行爆破管理及施工。
⑻根据地质预测和岩石变形观测，提前准备一定数量的随机锚固材料和水泵等应急材料、设备，组织一支由兼职人员组成的抢险队，以保证施工中出现塌方、涌水等险情时，能够及时进行险情处理。
加强围岩地质施工安全监测，采取有效支护手段，保证洞室的稳定。
⑼混凝土喷射作业前，应对施工设备、风、水管和供电线路等进行全面检查和试运行，确定无安全隐患后进行喷射作业。
⑽坚持班前会制度，熟悉安全措施，预知安全隐患，将安全事故消灭于萌芽状态之中。
⑾卷扬机操作人员的位置应能看清指挥人员和拖动或起吊的物件。
每次作业前检查卷扬机与地面固定情况、防护设施、电气线路接地线、制动装置和钢丝绳等全部合格后方可使用。
⑿上斜井溜渣井施工时，每次施钻作业前必须对已开挖洞顶部面严格进行排险，确定无松动岩块后方可进行施工。
⒀上斜井溜渣井施工时，需在跟进作业爬梯的铺设，爬梯需和锚杆焊接，作业平台搭设完毕后，必须经专人进行检查，确定作业平台的稳固性满足施工作业要求。
⒁井下人员施工时，必须佩带专业防护设施，安全帽、安全绳必须定期检查，要完全达到质量要求。
井下施工人员均必须配备安全带，下井后，安全带及时固定在井壁锚杆上，且固定牢固。
⒂必须配备通讯设备（对讲机），保证井上、井下人员通讯通畅。
同时，必须在井口配备安全员，对下井、出井人员予以登记。
⒃文明施工，必须把现场材料有序的码放，做到施工现场的整洁。
6、机械及人员配置
表6-1人员配置表
序号
工种
单位
人数
备注
1
管理人员
人
1
2
技术及测量人员
人
2
3
钻工
人
5
4
机械操作工
人
2
5
驾驶员
人
2
6
炮工
人
2
7
修理工
人
2
8
支护技工
人
6
9
电工
人
2
10
普工
人
2
合计
人
26
表6-2设备配置表
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
装载机
ZL-50
台
1
2
卷扬机
5t
台
2
3
手风钻
YT-28
部
4
4
风镐
部
4
5
风机
2×55kW
台
1
6
风机
37kw
台
1
7
螺杆空压机
22m³/min
台
2
8
强制式拌和机
JDY350
台
2
9
锚杆注浆机
UH4.8
台
2
10
混凝土喷射机
TK961
台
2
11
潜水泵
台
2
12
自卸汽车
5t
台
2
13
电焊机
BX-400
台
2
14
反井钻机
台
1
15
斜井内小车
台
1
16
轨道
m
410×2
布置图
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