溢洪道高边坡开挖与支护施工技术的应用

2023-10-13舒韬

地下水 2023年5期

舒韬

(中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西西安 710086)

1 工程概况

镇安抽水蓄能电站位于陕西省商洛市镇安县月河镇境内。为一等大(1)型工程,主要建筑物按1级建筑物设计,次要建筑物(护坡、挡土墙等)按3级建筑物设计,临时性水工建筑物按4级建筑物设计。电站总装机容量1 400 MW(4×350 MW),设计年发电量23.41亿 kW·h,年抽水电量31.21亿 kW·h。上库大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高126 m,正常蓄水位1 392 m,相应库容896万 m3;下库大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高95 m,正常蓄水位945 m,相应库容1 220万 m3。

2 主要施工难点

(1)道路布置困难:由于溢洪道岩坡高陡,地形陡峭,大部分以岩石为主,开挖深度大、作业面狭窄且临近河道,开挖工作面施工道路布置困难。

(2)安全问题突出:溢洪道、2#泄洪排沙洞进口存在上下交叉施工干扰,开挖支护期间安全问题十分突出,存在重大安全隐患,因此安全防护是本工程的施工重点;

(3)出渣难度大:溢洪道边坡开挖最低高程854.50 m,最高开挖高程1 000.5 m,落差达146 m,高程948.50 m以上部位开挖以及控制土石方落入河道,是本部位施工的难点;

(4)地质条件差:基岩裂隙水赋存于基岩裂隙、断层破碎带中,多呈带状、脉状分布,空间分布差异大,具不均一性、各向异性的特点,以潜水为主;孔隙性潜水分布于第四系覆盖层及全强风化基岩层内,埋藏深浅不一,直接受大气降水或侧向基岩裂隙水补给,沿覆盖层或基岩面渗出,汇入月河及支沟、支流内。

3 土石方明挖施工

3.1 开挖总体原则

本部位先进行风水电等附属设施及施工道路施工,开挖遵循“自上而下分期分层开挖”的方法进行施工,同一层面开挖施工按照“先土方开挖,后石方开挖”的顺序进行,随开挖面同步下降,开挖一级、防护一级原则,当边坡施工时,设专人监护。

3.2 分层分块原则

开挖分层:根据覆盖层揭露岩石地质情况,同时满足机械设备施工,充分发挥机械设备效率为原则。在遵循开挖程序的基础上,根据施工蓝图设定分层高程,开挖自上而下,土方开挖按3～4 m一层。石方按5 m一个梯段分层进行爆破(预裂爆破10 m,主爆孔5 m),随开挖面同步下降,边坡支护的锚杆、锚筋桩、锚索及锚喷支护在分层开挖过程中逐层进行,在上层支护完成后再进行下层施工。

开挖分块:根据设计蓝图及原始地形,将本部位边坡开挖按照层高10 m,长度24 m,宽度15 m进行分层分块,每块作为一个爆破单元,每层爆破单元开挖顺序按照由外向里,由下游往上游的顺序进行,同层爆破单元与支护单元安全距离不小于48 m(两个爆破单元),上、下层支护单元与爆破单元原则上不允许垂直上、下交叉作业,若无法避免应采取牢靠的安全防护措施,方可施工。在开挖过程中集渣平台外侧设置挡渣墙(预留高3.0 m岩坎或石渣堆筑),防止土石方落入河道。

3.3 土石方明挖施工

(1)石方开挖采取自上而下分层开挖,毫秒微差梯段爆破,喷锚支护及时跟进的施工方法。造孔设备以CM351潜孔钻机为主,手风钻小梯段爆破为辅,装运设备选用1.6 m3反铲装车配20 t自卸汽车。石方开挖施工工艺详见图1。

图1 石方开挖施工工艺图

(2)石方爆破主要采用CM-351潜孔钻钻孔,手风钻小梯段钻孔为辅。厚度小于5 m时,采用手风钻钻孔爆破;厚度大于5 m时,采用CM-351潜孔钻机钻孔进行梯段爆破,梯段高度为6 m;边坡预裂孔采用CM-351潜孔钻造孔,建基面以上预留2 m保护层,基础保护层开挖采用YT-28手风钻钻孔,浅密孔光面爆破。普通预裂爆破钻孔孔距0.8～1.0 m,钻孔深度根据现场情况进行调整,一次预裂到底。石方梯段爆破炮孔平面布置图详见图2。石方梯段爆破起爆网络图详见图3。石方梯段爆破爆破参数详见表1。

表1 石方梯段爆破爆破参数

图2 石方梯段爆破炮孔平面布置图

图3 石方梯段爆破起爆网络图

3.4 截水沟施工

图4 截水沟大样图

4 边坡支护施工工艺

4.1 锚杆、锚筋桩施工

溢洪道边坡支护主要包括锚筋桩(锚筋桩、随机锚筋桩)、锚杆(水泥砂浆锚杆、锁口锚杆、随机锚杆)、挂网喷混凝土、排水孔。

边坡支护型式如下:

(1)锚筋桩:3C32、3C28锚筋桩,L=15.0/12.0 m,间排距为3.0 m,外露0.1 m。

(2)水泥砂浆锚杆:C25系统锚杆,L=4.5/6.0 m,间排距3.0×3.0 m,外露0.1 m。

(3)锁口锚杆:C28系统锚杆,L=9.0 m,布置两排,间排距3.0×3.0 m,外露0.1 m。

(4)排水孔:孔径A50 mm,L=4.0 m,间排距6.0 m×6.0 m,上仰10°,坡面喷混凝土时应做好孔口的临时保护。

(5)挂网喷混凝土:挂钢筋网HPB300φ6.5@15 cm×15 cm,喷混凝土C20,厚度为10 cm。

锚杆使用YT-28或CM-351潜孔钻造孔,采用“先注浆后插杆”的方法施工,锚筋桩使用CM-351潜孔钻钻孔,采用“先安装后注浆”的方法施工,砂浆均采用HJ220型砂浆搅拌机拌制,UB8A型砂浆泵灌浆。

4.1.1 钻孔

按设计图纸布置的钻孔的位置测量放好孔位,并用红漆做好标记,其孔位偏差小于10 cm。锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求。钻孔完成后,实测孔深锚孔深度必须达到设计要求,孔深偏差值不大于5 cm,孔位偏差不得大于10 cm。

4.1.2 清孔、验孔

钻孔完成后,立即采用压力风吹干净孔壁,清除孔内浮渣,并及时进行钻孔验收、注浆和插筋,防止孔内坍塌和异物阻塞。

4.1.3 塌孔处理措施

钻孔过程中,若因岩石软弱破碎而导致坍孔时,为防止坍孔应采取套管跟进方式钻孔,直至进入不坍孔段为止。钻孔结束后,必须经监理工程师验收合格后,才能够进行安放锚杆、锚筋桩、锚索。

4.1.4 锚杆/锚筋桩加工、制作

锚杆在加工场按设计长度和施工图纸进行加工,施工时运至现场使用。

与此同时，作为世界时间腕表的开创者与引领者，百达翡丽正积极推动世界时间腕表的新革命。百达翡丽以尊崇传统与革新创造的制表理念，于1940年推出“世界时间”系列腕表—Inv. P-996，该款腕表拥有全世界33个城市名称，计时系统由矩形的按钮控制，并带有脉搏测算刻度。据悉，这款黄金材质的世界时间腕表是为巴黎的一位医生量身打造。

锚筋桩由3根C28/C32和进浆管和回浆管组成,相邻钢筋每隔1.5 m点焊链接,焊接高度满足规范要求。每隔0.15 m用铅丝绑扎牢靠。每隔2 m设置一圈对中钢筋(A10,L=10 cm),每圈3根,必须与锚桩体钢筋点焊。

4.1.5 注浆与安装

锚杆为水泥砂浆锚杆,砂浆为强度等级为M30,按“先注浆后插杆”法施工。砂浆采用HJ220型砂浆搅拌机拌制,UB8A型砂浆泵灌浆。注浆的水泥砂浆要搅拌均匀,并防止石块或其他杂物混入,随拌随用,初凝前必须用完。锚杆送入时保持适当转动(人工扭送或管钳扭转),以保证其顺利插入。锚杆插入后再向孔内补浆,使孔内浆体饱满、密实。最后在孔口加楔并封堵,保证孔内浆体不外流,并保证杆体不受扰动。

锚筋桩按“先安装后注浆”法施工。先将注浆管插到孔底,然后退出5～10 cm,开始注浆,注浆管随砂浆的注入缓慢匀速拔出。注浆管应牢固的固定在钢筋上并保持畅通,随钢筋一起插入孔内,注浆管距孔底20 cm。对于俯角小于30°的锚筋桩需安装排气管,并在注浆前对孔口进行封堵,所有锚筋桩注浆须待排气管处浓浆、且排气管出浆压力不小于0.3 Mpa后扎死,在继续灌注20 min结束。

4.1.6 待凝保护

锚杆注浆后,在砂浆凝固前,不得敲击、碰撞和悬挂重物。

4.1.7 锚杆、锚筋桩检查验收要求

严格执行质量“三检制”:初检、复检、终检,自检合格后报监理工程师,由监理工程师会同四方对边坡开挖进行质量检查和验收。各道主要工序必须经检验签字确认,才能进入下道工序施工,同时应做好施工记录。

每批锚杆材料均应附有生产厂家的质量证明书,应按设计图纸规定的材质标准以及监理工程师指示的抽检数量检验锚杆性能。

根据相关规范确定抽验范围和数量,对锚杆孔的钻孔孔径、深度和倾斜度进行抽查并作好记录。

按要求进行锚杆无损检测,检测内容包括锚杆长度和注浆饱满度。单元工程锚杆、锚筋桩数量大于100根的,锚杆检测比例不应小于施工总数的10%,锚杆、锚筋桩数量小于100根的,监测数量不少于 10 根。锚杆、锚筋桩单项或单元工程质量无损检测合格率达不到要求时,应加倍检测。

锚杆、锚筋桩杆体长度允许偏差为:-30 mm,100 mm;锚杆位置允许偏差为±100 mm;钻孔直径允许偏差:当直径大于 60 mm 时,为±10 mm,当直径小于 60 mm时,为±5 mm;钻孔倾斜度允许偏差为钻孔深度的 2%;锚杆实测入孔长度不小于设计长度的 98%。

4.2 喷混凝土施工

4.2.1 挂网钢筋

喷射作业前,对施工机械设备,风、水管路和输电线路等进行全面检查,以满足连续喷射作业要求;

钢筋网的钢筋规格和质量、网格尺寸均应满足设计图纸的要求。钢筋网与锚杆、锚筋桩连接固定,钢筋网与岩面之间采用插钢筋头支垫,确保钢筋网在喷层内居中,喷射混凝土必需填满钢筋与岩面之间的空隙,并与钢筋黏结良好,钢筋网混凝土保护层厚度应符合设计图纸的要求,保护层厚度不小于5 cm。

4.2.2 喷射混凝土

边坡喷射混凝土为C20混凝土,厚10 cm。喷射混凝土料在下库拌合站集中拌制后,使用20 t自卸车运至施工作业平台,或挖掘机转运至作业面。采用PZ-7型喷锚机在实施喷混凝土作业,工作压力宜为0.1 MPa左右。施工前对喷射面进行检查,清除开挖面的浮石、石渣,埋设控制喷混凝土厚度的标志,喷射混凝土施工工艺流程图见图5。

图5 喷射混凝土施工工艺流程图

边坡喷混凝土分段、分片依次进行,喷射顺序自下而上。凹凸不平处,先喷凹处。喷混凝土时,操作手将喷枪垂直于壁面均匀喷射,以保证喷混凝土厚度、控制混凝土回弹率。喷头与受喷面的距离一般控制在0.6～1.2 m为宜。喷混凝土时,操作手将喷枪垂直于壁面均匀喷射,高于2 m以上采用脚手管制作喷护平台,操作手佩戴安全带进行喷护,以保证喷混凝土厚度、控制混凝土回弹量。

4.2.3 养护

喷射混凝土终凝2 h后,及时进行洒水养护,养护时间不少于7 d。

4.2.4 喷射混凝土检查验收要求

为控制喷层厚度应预埋控制钉,喷射混凝土厚度应采用钻孔法检查(采用手持式钻孔取芯机),若喷层厚度未达到要求时,应按监理人指示进行补喷。

喷射混凝土外观质量经监理工程师检查,发现喷射混凝土的鼓皮、剥落、强度偏低或有其他缺陷的部位,应按照监理人指示及时予以清理和修补。

4.3 排水孔施工

4.3.1 施工顺序

边坡排水孔钻孔与锚杆钻孔同时进行,做好孔口保护措施后,再进行喷混凝土施工。

4.3.2 施工方法

排水孔结合喷锚支护进行施工,孔径φ50 mm且孔深为4.0 m的排水孔采用TY-28手风钻钻机造孔,人工安装、固定、保护。

4.3.3 造孔

排水孔按设计图纸定位、定向,开孔偏差不大于10 cm,钻孔倾角、方位角误差均不大于2°,孔深须满足设计要求。

4.3.4 孔内清洗和安装

排水孔造孔完毕后,用高压风吹出孔内岩粉,保证排水畅通,完工后人工进行安装,并保证管道稳固。

5 质量控制措施分析

(1)施工前由项目总工程师、工程管理部对现场技术主管、技术员、施工工班技术人员、工班长进行施工工艺流程、质量控制要点及重难点进行技术交底,由项目质量部对质量验收评定标准进行技术培训,确保参与建设的施工人员熟悉质量控制标准,按设计要求规范施工。

(2)加强质量常规性的检查,建立质量检查程序坚持质量四大检查制度:开工前检查、施工中检查、隐蔽工程检查、定期检查。严格执行质量“三检制”:初检、复检、终检。

(3)在开挖前,加强测量放线工作,现场测量专人校核,保证开挖边线、坡度、高程在设计允许误差范围内。做好开口线、坡脚线的测放工作,及时进行测量检查。土方开挖后,及时跟进边坡的支护,并要注意成品的保护工作。

(4)严格按监理工程师批准的爆破设计做为依据进行钻孔、装药、连网及爆破出渣施工。炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结,应由经过考核合格的炮工负责,并严格按爆破图的规定和要求进行作业。

(5)喷射混凝土施工面积、厚度等应满足设计工图纸的要求,喷射混凝土自下而上,分层喷射,使混凝土均匀密实,表面平整;喷射作业应紧跟开挖工作面。喷射混凝土初凝2 h后,立即洒水养护,持续养护时间不小于7d,重要工程不得少于14 d。冬季施工:喷射作业区的气温不应低于+5℃;混合料进入喷射机的温度不应低于+5℃。

(6)喷混凝土施工前,预先设置控制喷射混凝土厚度的标志;当受喷面有滴水、淋水、集中出水时,应进行处理;在喷射结束后4h内不得进行下一循环的爆破作业,防止爆破震动造成喷混凝土脱落。

6 安全控制措施

(1)进入施工现场人员必须正确佩戴安全防护用品,严禁无关人员和车辆进入施工现场。

(2)每天进行“班前五分钟”站班会,积极开展预知危险活动,做到“安全生产、人人有责”。

(3)驾驶员必须严格遵守交通规则及操作规程,进场车辆严格遵守、执行有关交通法规和法则。严禁司机酒后开车、违章驾驶。做好各种车辆的保养、维护和检修工作,防止车辆带病上路,做到开好车,开安全车。

(4)现场电工持证上岗,施工现场所有用电设备,必须按规定安装漏电保护装置,并定期检查发现隐患及时整改。

(5)临时用电实行三相五线制,配电系统分级配电,实行三级配电,二级保护。用电设备实行“一机一闸一漏”;漏电保护装置应与设备相匹配,严禁一闸多用。各配电箱、开关柜牢固、防水防尘,外涂颜色统一编号;电子表器设备及金属外壳设置接零及接地保护。

(6)高边坡施工时,严禁上下交叉作业。坡脚道路两侧安排安全管理人员进行现场监控,禁止无关人员进入危险区域。边坡上方有人工作时,边坡下方严禁人员停留或通行。施工中如发现山体有滑动、崩坍迹象危及施工安全时,应立即停止施工,撤出人员和机具,并报告项目部处理。弃土下方和有滚石危及范围的道路,应设警告标志、作业时下方禁止车辆、行人通行。甩渣时,安排专人现场管控,甩渣方式严格按照要求施工,杜绝违规操作。

(7)弃渣时,应有专人指挥运输车辆,运输车辆不得直接在坡顶边缘卸渣,应在坡顶边缘一定安全距离的位置卸渣,再由装载机弃渣推出边缘。

(8)建立事故应急处理机制,明确成员和有关专业的职责分工,制定应对突发事故的人力和物力资源、措施,积极预防事故。