映秀湾水电站尾水围堰施工

2010-09-10杨鹏,徐冉

四川水力发电 2010年1期

杨鹏, 徐冉

(中国人民武装警察部队水电第十一支队,四川成都 610036)

1 概述

“5.12”汶川大地震导致映秀湾水电站受损严重,位于距映站闸首 7km处的尾水出口全部被埋及部分 213国道被埋。为顺利进行引水隧洞内的检修工作,需进行尾水开挖并设置围堰,以阻止水流进入。围堰底部高程为 876.5m,堰顶高程889.12m,高度为 12.62m,山体原始坡度为 1∶0.5。围堰防渗采用帷幕灌浆钻灌至岩体透水率为 q≤50Lu止,形成围堰后,需对堰体内进行抽排水至交通洞,扬程高约 7～10m,围堰内外水位落差为10.5m。

2 尾水围堰工程关键技术

2.1 尾水出口开挖及料源平衡的确定

由于“5.12”特大地震,导致电站尾水出口全部被埋,采用大型机械开挖至原有底板标高 876.5m;根据工程点多面广的实际情况,做好对各工程部位料源的调用规划,并将多余开挖量运至其他工程部位,使之既满足土石围堰施工进度要求,又不影响其他部位的填料工作,因此,要求其运输快捷。故围堰填料采用原有塌方体,经数次碾压及随后进行的检验单位试验确定压实度达 94%、最大干密度为 1.77g/cm3、最优含水量为 12.9g/cm3、湿密度为 1.89g/cm3,均达到规范要求。掺和料击实试验参数见表 1。

表1 掺和料击实试验参数表

2.2 围堰防渗工程

该堰体由松散碎石、土石塌方体堆积而成。由于堰外岷江水流湍急,并且要实现 2008年 10月 14日完成防渗,因此,必须在 10天左右完成1700m帷幕灌浆施工;由于“5.12”地震原因造成该处地质条件变化复杂且缺乏水文地质资料、危险系数大,高压灌浆施工的强度及现场条件在同类工程中没有先例,成孔异常困难,故在必要时采用跟管钻井和下套管钻进。在满足质量要求的前提下,保证施工进度是该项目的重点,其机具选型、施工工艺选择都必须慎重考虑。

2.3 粘土芯墙回填

为提高堰体抗渗水性能,在其中部开挖堰芯至设计标高 876.5m,宽 5m,采用低液限分散性粘土回填,最大干密度为 1.77g/cm3,最佳含水率为 12.9%,拌合施工用水,形成一道粘土止水层。低液限分散性粘土试验参数见表 2。

表2 低液限分散性粘土试验参数表

2.4 堰内抽排水

鉴于堰内外水流落差达 10.5m,堰体渗水严重,尾水洞内部集水过多,抽水扬程较高,抽水路径长,抽水采用两处(尾水出口、交通洞)同时作业的方式:尾水出口抽水采用阶梯抽水法,间隔 30m设置一道袋装粘土围堰蓄水。交通洞抽水扬程高达数 10m,洞内大孤石较多,机器运输困难。

3 主要施工措施及对策

3.1 合理进行料源的时空平衡

为确保施工强度,节省运距、便于开挖,料源基本按平衡原则进行调配,在施工区域周边堆放工程部位弃料,采用部分经筛选后的地震塌方体做堰侧填料。在确定少量填料量时,根据不同的料种在不同填筑部位的流失情况,采用不同的比例填料。针对岷江水流湍急的具体情况,堰体开挖及填筑部分考虑 5%的损耗量,堰体外部抛投部分大块石,防止河水对堰体的冲刷。

3.2 确保填料强度

3.2.1 设备选型

优先选用高效率、机动性好的设备。挖装主要选用 2～3m3的挖掘设备及 3m3以上的装载机。运输主要选用 15～20t大型载重自卸汽车。因场地限制,无法采用大型机械施工。

3.2.2 施工方案预演

由于该工程地处 213国道旁,受交通管制等多方因素限制,我部选择适当时机,按填料高峰强度进行模拟组织施工,以检查机械设备、运输车辆、道路通行能力、交通指挥、通讯联络、施工组织、现场指挥及安全保障措施等。

3.2.3 围堰填料稳定的判断

为确保安全施工,避免发生大规模的山体坍塌,造成人、车安全事故,特别是在山体塌滑多发段,预先进行了开挖。经综合考虑,从以下几个方面进行判断:

(1)山体边坡化:山体在地震前,坡度比为 1∶0.5。受 “5.12”地震影响,山体危石较多,地层松散,余震或雨天极易再次发生坍塌及泥石流。

(2)帷幕灌浆及抽排水。受场地限制,堰体较松散成凹形,且因岷江水流湍急,江水泄入堰内情况严重,为此,在堰体上设置了两排注浆孔,孔径 90mm、孔距 1.2m、孔深 12m错位布置并采用高压灌浆法,形成了一道止水帷幕。受地震影响地质条件变化复杂,且施工无详细地质资料,江水穿过时流速较大,浆液很难停留;堰体内原有积水较多、分散较广、水位落差较大、抽水扬程较高,针对出现的这些现象应引起高度重视,及时改变施工方式。

3.2.4 围堰施工的主要技术要点及安全措施

(1)对原有堆积体采用挖掘机至上而下分层开挖,两机间距 10m,自卸汽车配合运输,部分回填料采用自卸汽车端进法抛填,将大部分抛投料(大块石)直接抛入江中,以保护堰体外侧不被江水冲刷。填料数量及规格须满足设计要求。

(2)挑选质量好的填料。石渣料的粒径应相对均匀,将粒径小于 5.0mm的细颗粒严格控制在 10%以内。

(3)开挖及填料过程中,及时采用石渣加高,顶部用碎石或粗粒风化砂进行铺筑施工,安排专人养护路面,以确保施工道路满足大型车辆阴雨天畅通无阻的要求。

(4)堰芯粘土回填止水层采用低液限分散性粘土。

(5)针对地震滑落的大孤石,优先进行机械打眼爆破(浅孔钻爆破),采用 2#乳化炸药,装药量为 0.52kg/m3.以保证施工机械及人员安全。因山体地表松散、危石较多,开挖及填料过程中一机配置一名安全观察员。

(6)帷幕灌浆施工工期紧、难度大、地质情况变化复杂且无详细地质水文资料,钻孔过程中易出现卡钻、塌孔。必要时,采用跟管钻进和下套管的措施,同时视钻孔的情况灵活控制钻进压力和速度;当钻孔至设计孔深后,下入塑料花管,将跟管钻进的外管用拔管机拔出,确保钻孔成功。

(7)钻孔孔径为 90mm,孔深 12m,孔距 1.2 m,错位布设。采用潜孔钻机和工程地质钻机钻孔。首先采用工程地质钻机钻孔,便于对压浆孔的孔深和孔距进行确认;钻孔垂直偏差应小于 1%。

(8)单孔施工程序。钻机对中孔位→整平稳固钻机→造孔(跟管钻进)→下灌浆花管→拔外管→测孔深、孔斜→下孔口装置→灌浆→机械封孔→人工封孔。

(9)帷幕灌浆孔采用孔口封闭、孔内循环的灌浆方法,所用水泥为 32.5级普通硅酸盐水泥,符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》对帷幕灌浆强度等级不低于 42.5级的要求。水灰比采用 0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1三个比级 ,在高速搅拌机中配置好某一比级的浆比后送至搅拌槽中,根据要求,在施工过程中测量浆温,所测浆温均在5℃以上,符合技术要求的规定。在帷幕灌浆中,严格按要求逐级变浆,未发现任何串、冒、漏浆时不得越级变浆。

图1 尾水桥、启闭室塌方体开挖

(10)在规定的压力下,当注入率不大于 0.4 L/min时,继续灌注 15min,或当注入率不大于 1.0 L/min时,延续灌注 30min后结束,此项措施为确保围堰的稳定,减少了抽水成本。

(11)由于地质情况变化不确定因素较多,为提高围堰的防渗性能,在堰体形成后距其内侧 3m处设置了一道袋装子围堰,采用钢架管支撑,回填低液限分散性粘土并做一道堰体内侧防水层。

(12)堰体内集水、孤石较多,抽水及孤石清除难度大、机械及材料运输困难。抽水采用阶梯方式排水,在尾水出口 300m左右的洞内设置两道袋装砂子围堰,钢架管支撑蓄水及逐级排水,同时,交通洞内设一处抽水设备,扬程高 10m,采用150m3/h大马力柴油抽水机。对于洞内孤石,由于无法采用爆破作业,均为人工钻孔破碎。

(13)围堰施工结束后,采用挖掘机配合自卸汽车分层分段开挖拆除,合理调配开挖方量,实行就近工程部位回填原则,同时,挖至设计标高876.5m。

(14)加强对围堰施工机械及工作人员统一指挥。为防止余震导致山体坍塌、交通事故及施工人员的安全,在山体设置两道被动防护网,并配备专职安全员巡视危石变化;在 213国道设置一排交通警示标志。为确保围堰施工车辆安全,限制来往车辆车速。施工汽车轮缘距堰边缘不少于2.5～3.5m,并安排专人布置标识。在堰体各危险部位分别设置安全警示牌,指挥人员穿救生衣,现场准备救生圈,加强专职安全员的巡视工作。

部分施工情况见图 1～4。