賀 波, 楊 波

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)

1 概 述

溪古水電站位于四川省甘孜州九龍縣境內(nèi),是九龍河干流梯級(jí)開發(fā)的第一級(jí)電站,工程任務(wù)以發(fā)電為主,兼顧電站引水后減水河段的環(huán)境生態(tài)用水。電站采用混合式開發(fā),工程由首部樞紐、引水系統(tǒng)及電站廠房三部分組成。首部樞紐工程位于九龍縣城下游約 10km的溪古峽谷內(nèi),主要建筑物由混凝土面板堆石壩、溢洪洞、排沙(放空)洞及左岸電站進(jìn)水口等組成。電站裝機(jī) 3臺(tái),單機(jī)容量 83MW,總裝機(jī) 249MW。位于左岸的溢洪洞工程主要由進(jìn)水塔、上平段、渦室、渦井及相接的通風(fēng)洞等組成。溢洪洞的渦室及渦井分別為半徑 5550mm和3550mm的圓形豎井式結(jié)構(gòu),總開挖高度 97m。溢洪洞平面布置見圖 1。

圖 1 溢洪洞各洞室平面布置圖

2 施工方案的選擇與背景

根據(jù)設(shè)計(jì)優(yōu)化:溢洪洞下部的出水通道由原來(lái)的與排沙(放空)洞合二為一改為與導(dǎo)流洞合二為一。這就要求在大壩主河道截流前導(dǎo)流洞應(yīng)具備的過(guò)流條件包括相應(yīng)的溢洪洞的渦井下部必須完工,即渦井的開挖和支護(hù)施工至少要完工,以便在其下部做封閉平臺(tái),既可滿足導(dǎo)流洞過(guò)流的需要,同時(shí)渦井又可以進(jìn)行混凝土施工。由于溪古水電站前期施工受種種因素的影響,溢洪道高邊坡開挖及支護(hù)施工進(jìn)度緩慢,如果按照常規(guī)的施工方案(高邊坡開挖支護(hù)→上平段洞挖及支護(hù)→渦室及穹頂部分洞挖、支護(hù)(形成施工作業(yè)平臺(tái))→溜渣導(dǎo)井施工→渦室及渦井?dāng)U挖、支護(hù))進(jìn)行施工,至少需要 11個(gè)月時(shí)間,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大壩主河道截流的節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)。通過(guò)方案比較,認(rèn)為從過(guò)壩交通洞打通大壩的灌漿洞與溢洪洞的通風(fēng)洞到達(dá)渦室,從而進(jìn)行渦室、渦井的溜渣導(dǎo)井開挖及擴(kuò)挖的施工方案可縮短直線工期 5個(gè)月,能夠?yàn)橹骱拥澜亓髂繕?biāo)的實(shí)現(xiàn)提供可能。

與此同時(shí),也對(duì)溜渣導(dǎo)井的施工方案進(jìn)行了對(duì)比:即采用反井鉆機(jī)、人工正導(dǎo)井法和人工反導(dǎo)井法施工。反井鉆機(jī)施工安全可靠,但施工費(fèi)用較高,同時(shí)由于灌漿洞及通風(fēng)洞交通條件的限制,運(yùn)輸十分不便;人工正導(dǎo)井法施工出渣運(yùn)輸困難,效率極低,施工進(jìn)度緩慢,不能滿足工期的要求。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較方案,最終確定采用人工反導(dǎo)井法施工。只要采取一定的技術(shù)、安全保證措施,就能確保安全施工,同時(shí)施工成本也可大幅度降低。

3 反導(dǎo)井法施工方案的設(shè)計(jì)與施工

該工程采用的反導(dǎo)井法施工溜渣導(dǎo)井總體方案為:在渦室內(nèi)開挖出上部平臺(tái),利用地質(zhì)鉆機(jī)沿渦室渦井的圓心豎直往下鉆孔至下部的導(dǎo)流洞頂板,形成施工作業(yè)用吊籃鋼繩穿繩導(dǎo)孔,人工在吊籃平臺(tái)上往上鉆爆開挖 φ2000的溜渣導(dǎo)井。反導(dǎo)井施工示意圖見圖 2。

圖 2 反導(dǎo)井施工示意圖

3.1 上部施工平臺(tái)

原設(shè)計(jì)方案中大壩左岸的灌漿洞沒(méi)有與省道改線公路的過(guò)壩交通洞相接,但之間相隔也僅有10m。為了加快施工進(jìn)度,滿足方案的需要,為此,通過(guò)與業(yè)主溝通,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位將灌漿洞延伸與交通洞相接(后期將封閉),這樣,施工通道就可以從過(guò)壩交通洞→灌漿洞→通風(fēng)洞→到達(dá)渦室上部,形成上部施工作業(yè)平臺(tái)。上部施工作業(yè)平臺(tái)設(shè)置在溢洪洞渦室高程2854.7m,既有足夠的空間進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)施布置,同時(shí)又不至于因渦室開挖工程量大使出渣困難而延誤工期和增加成本。

渦室上部的施工作業(yè)平臺(tái)主要布置施工吊籃的提升系統(tǒng)。提升機(jī)架最簡(jiǎn)便的方法就是在穿繩導(dǎo)孔上方用型鋼架設(shè)支架,但同時(shí)考慮到今后渦井?dāng)U挖及混凝土澆筑的需要,最后還是采用在渦室的穹頂頂部設(shè)置天錨做為倒向吊點(diǎn)。天錨采用6根 φ25、孔深 6.0m的砂漿錨桿(每根錨桿至少可承受 25kN的拉力,完全滿足要求),在天錨上焊接 φ25圓鋼筋做成的吊環(huán),將倒向用的滑車固定于吊環(huán)上,根據(jù)牽引鋼繩直徑及牽引力的要求,倒向滑車采用 100kN。從使用情況看,由于倒向滑車在運(yùn)行時(shí)牽引鋼繩對(duì)其輪軸的摩擦?xí)a(chǎn)生一定的損耗,因此倒向滑車應(yīng)選擇較大型號(hào)。提升卷?yè)P(yáng)機(jī)采用 3t(JM-3)卷?yè)P(yáng)機(jī),卷?yè)P(yáng)機(jī)采用在高程2857.4m平臺(tái)上鉆設(shè)的 φ25、孔深 1.5m的砂漿錨桿作地錨固定?？紤]足夠的安全系數(shù),提升鋼繩選用 φ18.5、6×19mm+1—170kgf/mm2的鋼繩。

3.2 穿繩導(dǎo)孔及通信導(dǎo)孔

吊籃提升鋼繩穿繩導(dǎo)孔設(shè)于渦室及渦井的圓心,孔向垂直向下,孔徑為 120mm。由于此孔同時(shí)又是反導(dǎo)井人工開挖時(shí)的導(dǎo)向孔,直接關(guān)系到反導(dǎo)井開挖的方向定位,因此,務(wù)必保證其鉆孔的垂直度。施工前,首先由測(cè)量人員精確測(cè)放出孔位點(diǎn)線,然后將地質(zhì)鉆機(jī)固定于打孔位置,調(diào)整鉆桿為垂直角度,隨后進(jìn)行鉆設(shè),并在鉆設(shè)施工前期隨時(shí)調(diào)整糾正鉆孔方向。整個(gè)鉆設(shè)過(guò)程較為順利,日進(jìn)尺平均為 7～8m,鉆孔的偏差也較小,能夠滿足施工要求。

反導(dǎo)井施工中的通信聯(lián)絡(luò)尤為重要,特別是在施工吊籃提升與降落過(guò)程中,上部平臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員與吊籃中施工人員的及時(shí)聯(lián)系是保證施工安全的重要保證。而本工程上部平臺(tái)與下部導(dǎo)流洞之間沒(méi)有直接的通道,相對(duì)高度較大、巖體較厚,無(wú)法采用對(duì)講機(jī)等無(wú)線設(shè)備進(jìn)行通信。為解決此問(wèn)題,決定采用有線電話,即在渦井靠擴(kuò)挖巖壁 800mm處用地質(zhì)鉆機(jī)再行鉆設(shè)一 φ120的垂直通信導(dǎo)孔(為安全起見,此孔沒(méi)有與穿繩導(dǎo)孔共用),從此孔穿設(shè)電話線路(外側(cè)用鋼管保護(hù))聯(lián)絡(luò)上下方的施工情況。

另外,為保證下部施工安全,在兩個(gè)孔的四周均設(shè)置了圍欄,確保物件不從孔中下落。

3.3 施工吊籃

該工程反導(dǎo)井開挖斷面直徑為 2000mm,為施工作業(yè)人員操作方便,吊籃空間設(shè)計(jì)為 1200 mm×1200mm的方形,用∠100×5的角鋼焊接成鋼框架,用 5mm厚的花紋鋼板鋪底,四周設(shè)置安全鋼欄桿,四角用 φ20的圓鋼做成鋼繩的吊耳。為避免上下運(yùn)行中反導(dǎo)井巖壁可能的松動(dòng)巖塊對(duì)吊籃中人員造成的不安全,同時(shí)又能在掌子面固定位置時(shí)鉆孔等的操作方便,在吊籃的上口設(shè)計(jì)制作了一個(gè)活動(dòng)頂蓋。

3.4 下部通道

反導(dǎo)井下部通道做為人員、機(jī)械設(shè)備及材料運(yùn)輸?shù)耐ǖ?主要利用已經(jīng)施工完成的導(dǎo)流洞平段上游洞段。但在反導(dǎo)井施工時(shí)導(dǎo)流洞下游出口尚有 30m的洞挖未完成,經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期,洞內(nèi)積水較多,人員、機(jī)械設(shè)備均不能直接進(jìn)入,曾考慮過(guò)從進(jìn)口抽水,但抽水費(fèi)用勢(shì)必較高。最后采用在消力池前端(導(dǎo)流洞出口)已開挖的底板處用地質(zhì)鉆機(jī)鉆兩個(gè) φ120的排水孔,利用導(dǎo)流洞底板往下游有一定的坡勢(shì)自然排水。

3.5 通風(fēng)排煙

由于反導(dǎo)井施工空間狹小,空氣流通不暢,因此,保證施工過(guò)程中良好的通風(fēng)排煙尤為重要。實(shí)際施工中,在反導(dǎo)井下部導(dǎo)流洞中設(shè)置了一臺(tái)吸出式功率為 11kW的通風(fēng)機(jī),在反導(dǎo)井內(nèi)則將φ60的風(fēng)管接至掌子面處,用空壓機(jī)供風(fēng)進(jìn)行通風(fēng),將煙塵壓到豎井底部,經(jīng)該部位的吸出式風(fēng)機(jī)抽出洞外。

為解決部分煙塵通過(guò)中心穿繩導(dǎo)孔上升進(jìn)入上部平臺(tái)的問(wèn)題,在上部平臺(tái)設(shè)置了一臺(tái) 5.5kW的吸出式通風(fēng)機(jī)將煙塵吸出洞外。

3.6 反導(dǎo)井施工

通過(guò)電話聯(lián)絡(luò),上部平臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員將提升吊籃的鋼繩從中心穿繩導(dǎo)孔中落下,下部通道施工人員將鋼繩系牢于已裝上風(fēng)水管、鉆機(jī)等設(shè)施的吊籃的吊耳上,兩名施工人員進(jìn)入吊籃(一人為鉆孔施工人員,一人為通信等輔助施工人員),通過(guò)電話聯(lián)絡(luò),提升吊籃,同時(shí)開動(dòng)空壓機(jī),通過(guò)供風(fēng)管向反導(dǎo)井內(nèi)輸送新鮮空氣。在吊籃的提升過(guò)程中,電話一直保持通話,以便遇到緊急情況時(shí)可以隨時(shí)停車。當(dāng)?shù)趸@提升至掌子面可施工位置時(shí),停止提升,施工人員用長(zhǎng)短合適的鋼管將吊籃相對(duì)固定于四周巖壁,以避免鉆孔施工時(shí)吊籃擺動(dòng)。反導(dǎo)井的鉆孔采用一臺(tái) YT28氣腿鉆鉆孔,鉆孔深度經(jīng)試驗(yàn)確定 1.5m最合適。鉆孔完成后,通過(guò)信號(hào)聯(lián)絡(luò),將吊籃下放到底部,裝上已準(zhǔn)備好的火工材料重新提升至掌子面,裝藥連線,將電雷管導(dǎo)線引至下部通道安全位置的起爆控制器,同時(shí)將吊籃的鋼繩解開,提升至掌子面爆破影響范圍以上,一切就緒后起爆。爆破后往反導(dǎo)井內(nèi)吹入空壓機(jī)的壓縮空氣加速排煙,待煙塵排完并至少等 30min后洞內(nèi)巖體相對(duì)穩(wěn)定時(shí)才能進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的施工。

4 施工效果

溢洪洞渦室、渦井溜渣反導(dǎo)井按計(jì)劃在 2個(gè)月內(nèi)施工完成,滿足了工期要求,為渦室、渦井的擴(kuò)挖創(chuàng)造了條件,贏得了時(shí)間,也為主河道截流目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了保障。

5 結(jié) 語(yǔ)

溪古水電站溢洪洞豎井式渦室、渦井在常規(guī)施工方案不成立的情況下,經(jīng)過(guò)方案的比選與優(yōu)化,創(chuàng)造條件進(jìn)行施工,并成功采用人工反導(dǎo)井開挖施工技術(shù),為工程節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件,也相對(duì)節(jié)約了施工成本。通過(guò)此次工程實(shí)踐,筆者有以下幾點(diǎn)體會(huì)和改進(jìn)措施,供參考:

(1)嚴(yán)格按安全技術(shù)操作規(guī)程進(jìn)行施工是保證反導(dǎo)井順利施工的關(guān)鍵;

(2)良好的上下通信聯(lián)絡(luò)是保證安全施工的前提。該工程采用有線電話實(shí)時(shí)聯(lián)系,克服了以往工程電鈴等信號(hào)聯(lián)系不確切的問(wèn)題;

(3)在卷?yè)P(yáng)機(jī)的控制上,筆者認(rèn)為:如果再增加一個(gè)由吊籃上的操作人員可以直接控制的雙控系統(tǒng)將更好。