付紅剛,楊云志

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,成都 611700)

1 工程概況

芝瑞抽水蓄能電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市克什克騰旗芝瑞鎮(zhèn),電站裝機(jī)容量1200 MW,裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)。主體土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程主要由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開關(guān)站及下水庫(kù)等五大建筑物組成,其中上水庫(kù)正常蓄水庫(kù)容725萬m3,大壩采用瀝青混凝土面板堆石壩;下水庫(kù)正常蓄水庫(kù)容1160萬m3;引水系統(tǒng)采用“一管兩機(jī)”供水方式;尾水系統(tǒng)采用“一機(jī)一洞”的布置型式。

芝瑞抽水蓄能電站設(shè)置2條水道系統(tǒng),每條水道系統(tǒng)分別設(shè)置上、下斜井。上斜井由上彎段、斜直段和下彎段三部分構(gòu)成。2條高壓主管平行布置,洞軸線間距為49.00 m,上傾55 °,上斜井與上彎段夾角為55 °,斜直段長(zhǎng)度295.291m,其中下部10.5m為漸縮管。高壓管道開挖斷面為馬蹄形洞。

下斜井由上彎段、斜直段和下彎段三部分構(gòu)成。2條高壓主管平行布置,洞軸線間距為49.00 m,上傾55 °,下斜井與上彎段夾角為54.427 °,中心長(zhǎng)度均為39.997 m,下斜井與下彎段夾角為54.427 °,中心長(zhǎng)度均為37.997 m,斜直段長(zhǎng)度163.692 m,其中下部10.5m為漸縮管。引水系統(tǒng)高壓管道下斜井開挖為馬蹄型洞。從高壓管道末端分為兩支高壓岔管,由大斷面分岔為兩個(gè)小斷面,開挖斷面尺寸由8.65 m×7.2 m變?yōu)?.6 m×4.6 m,分岔處為異型薄壁尖角巖柱。

2 存在問題及解決方案

高壓岔管分岔處為異型薄壁尖角巖柱,開始端巖柱厚度很小,且?guī)r石較破碎,開挖成形難度大。若僅采用普通的爆破控制手段也難以保證爆破體形。為提高壓力管道岔管段異型尖角部位開挖成形效果,需要對(duì)該部位進(jìn)行預(yù)加固。若采用常規(guī)的系統(tǒng)鋼筋錨桿進(jìn)行預(yù)加固,在爆破后,錨桿上容易遺留塊石難以清除。因此采用玻璃纖維錨桿進(jìn)行預(yù)加固并同時(shí)采用爆破控制手段來進(jìn)行開挖體形控制。玻璃纖維錨桿抗拉強(qiáng)度高,抗剪強(qiáng)度低[1],既能夠?qū)r體進(jìn)行預(yù)加固,又能夠在爆破時(shí)沿著開挖結(jié)構(gòu)線剪斷,能夠很好地控制爆破體形。

3 薄壁異型結(jié)構(gòu)控制技術(shù)

按照“短進(jìn)尺、弱爆破、緊支護(hù)、勤觀測(cè)”原則,把高壓岔管洞口前端分為多個(gè)區(qū)域,爆破進(jìn)尺控制在1.5 m,保證分岔部位成形效果;分為左右兩個(gè)岔洞獨(dú)立進(jìn)尺。每個(gè)循環(huán)爆破前采用φ25、L=4.5 m玻璃纖維錨桿垂直爆破抵抗線方向?qū)饨菂^(qū)域進(jìn)行超前預(yù)支護(hù),間排距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石破碎情況確定,不宜大于1.5 m。爆破時(shí),要遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、勤支護(hù)”的原則循序漸進(jìn)。

4 玻璃纖維錨桿施工

錨桿鉆孔采用單臂鉆造孔,鉆孔孔徑為φ42 mm,注漿采用M30水泥砂漿[2]。錨桿均采用先注漿后插桿的程序施工。

4.1 測(cè)量放線、錨桿孔定位

按照設(shè)計(jì)要求對(duì)錨桿孔位、角度進(jìn)行施線,并用紅油漆作好標(biāo)記[3]。

4.2 鉆孔

錨桿鉆孔采用單臂鉆鉆孔,鉆孔直徑為φ42 mm。

4.3 錨桿制作

錨桿制作在鋼筋廠統(tǒng)一加工、處理、保管,運(yùn)至安裝工作面直接安裝。

4.4 錨桿安插及注漿

按照規(guī)范要求,采用“先注漿后插錨桿”施工工藝[4]。

4.4.1 錨桿材質(zhì)檢驗(yàn)

鋼筋、水泥、砂漿等材料,均需要復(fù)核設(shè)計(jì)要求。

4.4.2 錨桿檢測(cè)

錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)采用無損檢測(cè)法,常規(guī)部位永久錨桿檢測(cè)比例不小于施工總數(shù)的10 %,且每單元工程不少于10根;關(guān)鍵部位的錨桿檢測(cè)比例應(yīng)不低于施工總數(shù)的50 %,必要時(shí)可100 %檢測(cè),且每單元工程不小于20根;臨時(shí)工程錨桿檢測(cè)比例宜為施工總數(shù)的3 %,且每單項(xiàng)或單元工程不小于5根;永久錨桿單項(xiàng)或單元工程質(zhì)量無損檢測(cè)合格率達(dá)不到要求時(shí),應(yīng)加倍檢測(cè)。實(shí)測(cè)入孔長(zhǎng)度大于等于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95 %為合格。

5 爆破施工

5.1 施工準(zhǔn)備

施工用風(fēng)、水、電就緒,安全防護(hù)措施落實(shí)到位,施工人員、機(jī)具及作業(yè)平臺(tái)準(zhǔn)備就位,并對(duì)管理人員、作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底。

5.2 測(cè)量放線

測(cè)量放樣采用全站儀進(jìn)行,由專業(yè)人員實(shí)施,放樣過程要求放出各周邊孔位、隔孔放出方向點(diǎn)。在洞內(nèi)開挖放線過程中,必須首先對(duì)上排炮超欠挖情況進(jìn)行檢查,對(duì)于出現(xiàn)欠挖的部位,要標(biāo)出欠挖位置,同時(shí),將測(cè)量放線成果向現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行交底。隨洞室開挖掌子面的推進(jìn),每隔10 m在進(jìn)洞方向同側(cè)洞壁標(biāo)示樁號(hào)、高程標(biāo)志,以便現(xiàn)場(chǎng)人員檢查。在開挖過程中,應(yīng)定期對(duì)所使用的控制點(diǎn)進(jìn)行全面檢查、復(fù)測(cè),確保測(cè)量控制質(zhì)量。

5.3 爆破設(shè)計(jì)

5.3.1 爆破控制要點(diǎn)

(1)為防止主爆孔對(duì)保護(hù)區(qū)影響,掏槽孔布置遠(yuǎn)離保護(hù)區(qū)。

(2)在保護(hù)區(qū)緩沖孔范圍內(nèi)間隔前布置4～5空孔,起到緩沖孔作用。

(3)測(cè)量人員對(duì)爆破孔孔位、孔向進(jìn)行精確控制;三檢人員對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行過程控制。

5.3.2 主要的爆破參數(shù)確定[5]

洞室開挖前,根據(jù)圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行爆破設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)周邊孔光面爆破,中孔掏槽,電子毫秒微差爆破,現(xiàn)場(chǎng)施工期間根據(jù)實(shí)施效果對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。常規(guī)的抽水蓄能電站岔管大小差別不大,可按照以下主要參數(shù)進(jìn)行控制。

(1)保護(hù)區(qū)一側(cè)光爆孔間距縮小至43 cm,其他部位光爆孔間距可按照50 cm控制,光爆孔裝藥線密度不超過150g/m。

(2)炸藥單耗不超過1.2 kg/m3,具體可根據(jù)圍巖類別調(diào)整。

(3)在保護(hù)區(qū)一側(cè)的輔助孔部位設(shè)計(jì)少量的空孔,減少爆破對(duì)保護(hù)區(qū)的影響。

(4)爆破進(jìn)尺不超過1.5 m。

(5)將掏槽孔的部位向非保護(hù)區(qū)一側(cè)偏移,減少掏槽孔對(duì)保護(hù)區(qū)的影響。

5.4 鉆孔作業(yè)

采用手風(fēng)鉆水平鉆孔爆破。鉆孔孔徑為42 mm。鉆孔作業(yè)前要準(zhǔn)備必需的孔向控制工具及保證鉆工處于最佳作業(yè)位置的材料、工具,造孔前由當(dāng)班技術(shù)員對(duì)造孔孔位、方向進(jìn)行檢查,無誤后方能開鉆。鉆孔由技術(shù)優(yōu)秀的鉆手負(fù)責(zé)周邊孔,其余鉆手負(fù)責(zé)中部爆破孔,鉆孔作業(yè)嚴(yán)格按批準(zhǔn)的爆破設(shè)計(jì)圖進(jìn)行布孔和鉆孔作業(yè),鉆孔要求“平、直、齊”,周邊孔偏差不大于5 cm,爆破孔偏差不大于10 cm。鉆孔結(jié)束后由當(dāng)班技術(shù)員對(duì)孔距、孔深、孔向進(jìn)行檢查,簽字認(rèn)可后方能進(jìn)行下一工序施工。

5.5 裝藥

炮工必須取得爆破作業(yè)證書,裝藥量及起爆順序嚴(yán)格按監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行裝藥聯(lián)網(wǎng)。炸藥采用φ32 mm乳化炸藥,雷管采用電子雷管。崩落孔連續(xù)裝藥,周邊孔采用φ32 mm藥卷綁扎在竹片上間隔裝藥。裝藥作業(yè)時(shí),除爆破工之外,施工設(shè)備及其他施工人員均需撤離到安全區(qū)域,并安排專人在炮區(qū)各個(gè)出入口進(jìn)行爆破警戒。

5.6 聯(lián)線、起爆

裝藥結(jié)束,按爆破警報(bào)約定,進(jìn)行準(zhǔn)備-預(yù)警-起爆-警報(bào)解除等程序,起爆由前排依次向后排起爆,為保證爆破作業(yè)安全、穩(wěn)定及成形,采用毫秒微差電子起爆網(wǎng)絡(luò)。

5.7 通風(fēng)散煙及除塵

工作面爆破后及時(shí)啟動(dòng)洞口軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)。確定空氣合格,等待時(shí)間超過15 min后,人員方可進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查炮。

5.8 安全檢查與處理

爆破后,為保證施工人員和設(shè)備的安全,安全處理將成為爆破作業(yè)的一道非常重要工序。采用反鏟對(duì)掌子面危石進(jìn)行完全徹底地清撬,盡量將洞頂可能掉落的石塊清除;處理完成并經(jīng)檢查安全后,才能進(jìn)行出渣作業(yè);出渣完成后由裝載機(jī)將施工平臺(tái)抬至掌子面,人工利用撬棍再次進(jìn)行安全檢查及處理。

5.9 出渣及清底

采用3 m3側(cè)卸裝載機(jī)配合20 t自卸車出渣,出渣過程要將掌子面底部積渣清干凈,以利于后續(xù)鉆孔作業(yè),同時(shí)要將底部扒平整,為文明施工創(chuàng)造良好條件。清底主要采用反鏟進(jìn)行。

5.10 主要的爆破控制要求

(1)每茬炮后完成一炮一總結(jié)工作,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化下一炮的施工。

(2)根據(jù)圍巖特點(diǎn)合理選擇周邊孔間距及周邊孔最小抵抗線。

(3)嚴(yán)格控制周邊孔裝藥量,并使藥量沿炮孔長(zhǎng)度合理分布。

(4)周邊炮孔與輔助炮孔的孔底在同一垂直面上,保證開挖面平整,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整炮孔深度,并相應(yīng)調(diào)整裝藥量。

5.11 常見問題分析及應(yīng)對(duì)措施

(1)光爆(預(yù)裂)孔孔間平整度不足

應(yīng)對(duì)措施:合理布置周邊孔間距、控制裝藥量。

(2)沖天炮

防治措施:合理布置炮孔、正確確定爆破參數(shù)和提高堵塞質(zhì)量等。

(3)掛門簾

防治措施:根據(jù)石質(zhì)選擇合適的抵抗線;盡量采用小直徑連續(xù)裝藥等。

(4)巖壁留有半邊孔的超、欠挖

防治措施:嚴(yán)格按要求穿孔,控制鉆孔孔向。

(5)未留半邊眼孔的超欠挖

防治措施:嚴(yán)格控制裝藥量,合理選擇抵抗線厚度。

6 掛網(wǎng)噴混凝土施工

6.1 施工準(zhǔn)備

清除開挖面的浮石,清除石渣和堆積物。處理光滑巖面。用高壓風(fēng)水槍沖洗噴面,對(duì)遇水易潮解的泥化巖層,采用壓風(fēng)清掃巖面。埋設(shè)好噴厚控制標(biāo)志,噴前檢查所有機(jī)械設(shè)備和管線,確保施工正常。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,進(jìn)行噴混凝土配合比試驗(yàn)。

6.2 掛網(wǎng)施工方法

鋼筋網(wǎng)應(yīng)沿開挖面鋪設(shè),與巖面距離宜為30～50 mm。

按設(shè)計(jì)圖紙,在指定部位布設(shè)鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)與錨桿連接要牢固,且盡量緊貼巖面。對(duì)有凹陷較大部位,可加設(shè)膨脹螺桿拉緊鋼絲網(wǎng),再掛鋪鋼筋網(wǎng),并與錨桿和附加插筋(或膨脹螺栓)連接牢固[3]。

6.3 噴混凝土施工方法

濕噴工藝:在濕噴臺(tái)車可以施工范圍采用機(jī)械臂進(jìn)行濕噴,噴混凝土料在拌合樓供料,采用混凝土罐車運(yùn)輸至工作面,采用濕噴臺(tái)車進(jìn)行施工。

潮/干噴工藝:濕噴臺(tái)車不能到達(dá)的局部狹窄區(qū)域采用噴射機(jī)進(jìn)行潮/干噴,噴混凝土料采用在過渡料篩分系統(tǒng)前建設(shè)臨時(shí)潮/干噴料強(qiáng)制式攪拌站,后采用自卸汽車運(yùn)輸至工作面,采用潮/干噴機(jī)施工。

噴射混凝土終凝2 h后,噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般部位為7 d,重要部位為14 d,氣溫低于5 ℃時(shí),不噴水養(yǎng)護(hù)。

6.4 質(zhì)量檢查與驗(yàn)收

按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行噴射混凝土施工質(zhì)量抽樣試驗(yàn),抽樣試驗(yàn)報(bào)告報(bào)送監(jiān)理人。

7 異型結(jié)構(gòu)爆破控制技術(shù)成果分析

利用玻璃纖維錨桿抗拉強(qiáng)度高而抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)[6],能夠很好地對(duì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)斷面起到預(yù)支護(hù)作用,并在爆破沖擊波的作用下沿著結(jié)構(gòu)面被剪斷,省去了后續(xù)處理的難題。加上采用光面爆破技術(shù)和弱爆破、短進(jìn)尺的爆破機(jī)理,高壓岔管中部的尖角巖柱能夠很好地保留下來。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,最大超挖不超過15 cm,無欠挖情況存在,有效保證了施工質(zhì)量,節(jié)省了后期超挖超填處理的費(fèi)用。

8 結(jié)語

目前,內(nèi)蒙古芝瑞抽水蓄能電站高壓岔管已經(jīng)全部開挖完成,爆破體形得到了有效保證,降低了后期超挖超填施工成本,爆破質(zhì)量也得到了提高。事實(shí)證明,采用玻璃纖維錨桿進(jìn)行預(yù)支護(hù)和爆破控制手段能夠在高壓岔管等薄壁異型結(jié)構(gòu)部位保證施工質(zhì)量,值得其他工程參考。