斜卡水電站溢洪洞渦室穹頂施工技術(shù)

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 郫縣，611730)

1 工程概況

斜卡水電站位于四川省甘孜州九龍縣境內(nèi)，是九龍河左岸支流踏卡河“一庫(kù)兩級(jí)”規(guī)劃開(kāi)發(fā)方案中的龍頭水庫(kù)電站，采用混合式開(kāi)發(fā)方式，主要開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電，無(wú)通航、灌溉、防洪等綜合利用要求。電站裝機(jī)容量135MW，多年平均發(fā)電量5.211億kW·h，水庫(kù)總庫(kù)容8485萬(wàn)m3，攔河大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高110m。工程為Ⅲ等中型工程，大壩按2級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，泄水、引水及發(fā)電等永久性主要建筑物為3級(jí)建筑物，臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別為4級(jí)。電站樞紐由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)建筑物等組成。

工程左岸溢洪洞距離壩軸線100m，全長(zhǎng)555.533m，由進(jìn)口閘室段、上平段、渦室、豎井、下平洞、出口消力池組成。渦室進(jìn)口為溢0+215.657m～0+227.066m段，渦室高31.87m，直徑10.5m(開(kāi)挖直徑12.1m)。渦室結(jié)構(gòu)型式：在3163.87m～3160.43m水位為R=731cm的球體，下接R=525cm、L=28.43m的圓柱體。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件顯示，樁號(hào)(溢)0+213.4m～(溢)0+233.4m，為渦室穹頂段，圍巖為T(mén)3x中厚～厚層變質(zhì)砂巖夾板巖，巖層產(chǎn)狀N40°W/NE∠55°，巖體中未見(jiàn)大的斷層通過(guò)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，頂部渦室?guī)r體為弱風(fēng)化、弱卸荷，以Ⅴ類(lèi)圍巖為主。

圖1 渦室穹頂剖面

渦室施工難度較大：

(1)穹頂斷面大，巖石極為破碎，易發(fā)生安全事故；(2)導(dǎo)洞狹小，不適合大型機(jī)械進(jìn)行施工，機(jī)械化施工效率低；(3)豎井深度大，開(kāi)挖工期長(zhǎng)，在開(kāi)挖過(guò)程中，上部結(jié)構(gòu)極易發(fā)生失穩(wěn)破壞。

2 主要施工方法

2.1 開(kāi)挖支護(hù)施工

2.1.1 開(kāi)挖

為了保證溢洪洞渦室穹頂開(kāi)挖安全，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭示地質(zhì)條件，在溢洪洞(泄)0+201.397m，距中2.1m，以41°仰角開(kāi)挖一條長(zhǎng)13.6m寬2m高1.8m城門(mén)洞型溜渣井至穹頂拱腳后，依照從內(nèi)到外、內(nèi)上到下的順序分區(qū)進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖順序由Ⅰ區(qū)～Ⅶ區(qū)依次進(jìn)行。詳見(jiàn)圖2、圖3。

溜渣井的開(kāi)挖采用全斷面一次成型爆破的方式進(jìn)行。水平楔型掏槽，采用短進(jìn)尺多循環(huán)起爆方式，每次爆破完成后，采用1臺(tái)5.5kW軸流通風(fēng)機(jī)向井內(nèi)通風(fēng)，排煙完成后，人工進(jìn)入井內(nèi)采用鐵鍬、鋤等工具向下扒碴，反鏟和裝載機(jī)在下部配合出碴。

圖2 穹頂開(kāi)挖平面分區(qū)

圖3 A-A剖面

2.1.2 支護(hù)

2.1.2.1 溜渣洞支護(hù)。溜渣洞全長(zhǎng)12.77m，為寬2m、高1.8m城門(mén)洞型斷面，考慮該部位以V類(lèi)圍巖為主，是穹頂開(kāi)挖施工和出渣的通道，且要受強(qiáng)的爆破震動(dòng)影響，采用“超前錨桿+鋼筋拱架+隨機(jī)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土”聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，靠下游面進(jìn)行永久支護(hù)。超前錨桿參數(shù)為φ25mm，L=3.0m，間距為50cm，共布置2排；鋼筋拱架間距100cm；兩榀拱架間采用φ22mm鋼筋連接，以加強(qiáng)拱架整體性，連接鋼筋間距50cm；拱肩以下至拱腳采用鎖腳錨桿固定鋼筋拱架，錨桿為φ25mm，L=2.0m，入巖1.8m，間距1m，鎖腳錨桿與鋼拱架焊接牢固。隨機(jī)錨桿參數(shù)為φ25mm，L=2.0m；掛網(wǎng)參數(shù)為φ6.5mm@15cm×15cm，噴混凝土參數(shù)為C20，厚15cm。

2.1.2.2 穹頂支護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭示地質(zhì)，該部位巖石十分破碎，在豎井開(kāi)挖時(shí)要經(jīng)受強(qiáng)的爆破震動(dòng)影響，開(kāi)挖過(guò)程中臨時(shí)支護(hù)采取“超前錨桿+鋼筋拱架+隨機(jī)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土”聯(lián)合支護(hù)方式。超前錨桿參數(shù)為φ25mm，L=3.0m，間距為50cm，共布置2排；鋼筋拱架間距100cm；兩榀拱架間采用φ22mm鋼筋連接，以加強(qiáng)拱架整體性，連接鋼筋間距50cm，拱肩以下至拱腳采用鎖腳錨桿固定鋼筋拱架，錨桿為φ25mm，L=3.0m，間距100cm，鎖腳錨桿與鋼拱架焊接牢固。隨機(jī)錨桿參數(shù)為φ25mm，L=3.0m，間排距為80cm。掛網(wǎng)參數(shù)為φ6.5mm@15cm×15cm，噴混凝土參數(shù)為C20，厚20cm。

2.1.2.3 渦室洞室加強(qiáng)支護(hù)。為防止渦室、溢洪洞上平段結(jié)合段發(fā)生掉塊，產(chǎn)生大的超挖，在(溢)0+215.657m處進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，采用“鎖口錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土”聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，鎖口錨桿參數(shù)φ25mm，L=3m@80cm，共布置2排；掛網(wǎng)參數(shù)為φ6.5mm@15cm×15cm，噴混凝土參數(shù)為C20，厚20cm。

歷時(shí)一個(gè)月，穹頂全部開(kāi)挖支護(hù)完成。

2.2 混凝土施工

當(dāng)渦室開(kāi)挖至高程3141.85m時(shí)，渦室豎井向下還有近64.6m深未開(kāi)挖(高程3141.85m～3087.25m)。根據(jù)揭示的地質(zhì)情況，圍巖極其破碎，考慮到豎井開(kāi)挖時(shí)間長(zhǎng)，且長(zhǎng)時(shí)間的爆破振動(dòng)，將會(huì)對(duì)已開(kāi)挖成型僅采取了臨時(shí)支護(hù)的穹頂?shù)姆€(wěn)定性產(chǎn)生影響，故采取對(duì)高程3141.85m以上的穹頂及渦室進(jìn)行永久混凝土襯砌，待永久襯砌施工完成達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)開(kāi)挖。

根據(jù)前期開(kāi)挖出露的穹頂?shù)刭|(zhì)情況，為保證混凝土的襯砌斷面，又保證混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在后期渦室豎井開(kāi)挖過(guò)程中，已澆筑完成的穹頂混凝土不整體向下滑動(dòng)，造成結(jié)構(gòu)破壞，在實(shí)際施工過(guò)程中，采取了以下措施：

(1)在高程3143.35m沿渦室整個(gè)斷面開(kāi)挖一道環(huán)形齒槽，槽內(nèi)布置兩排φ28mm錨桿(L=4.5m、入巖3m)及鋼筋，錨入渦室結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)，齒槽混凝土同渦室混凝土同時(shí)澆筑；

(2)在高程3141.85m以上的邊墻上，布置φ28mm錨桿(L=1.5m、入巖1m、間排距2m)，外露的錨桿頭彎折成90°，同渦室穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)鋼筋焊接；

(3)在豎井開(kāi)挖過(guò)程中，在3141.85m高程處沿豎井周圈預(yù)留一道巖坎，待下部豎井混凝土襯砌至此高程時(shí)再行開(kāi)挖。具體布置見(jiàn)圖4。

穹頂和渦室混凝土施工采用搭設(shè)滿堂腳手架方式，模板采用普通組合鋼模板，混凝土澆筑分層高度控制在3.5m以?xún)?nèi)；6m3混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，HB60混凝土泵泵送入倉(cāng)，倉(cāng)號(hào)內(nèi)接溜筒，控制混凝土卸料高度。在澆筑第一層高程3141.85m～3145.35m時(shí)，首先在3141.85m高程巖面上鋪一層10cm厚的細(xì)砂，渦室豎向的結(jié)構(gòu)鋼筋彎折90°，錨固長(zhǎng)度全部伸出倉(cāng)號(hào)外，以利后期施工時(shí)將鋼筋調(diào)直，同下部結(jié)構(gòu)鋼筋連接成整體。下部結(jié)構(gòu)施工時(shí)，人工清除混凝土底部的細(xì)砂層，并對(duì)混凝土底面進(jìn)行鑿毛處理。

采用此種方法，歷時(shí)45d，3141.85m高程以上穹頂和渦室混凝土順利澆筑完成。在下部豎井開(kāi)挖過(guò)程中，每天安排對(duì)已成型的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形觀測(cè)，未發(fā)生異常情況。

圖4 穹頂渦室結(jié)構(gòu)

3 施工期間注意事項(xiàng)

3.1 溜碴斜井在施工過(guò)程中，由于為倒懸結(jié)構(gòu)，廢氣容易集中在上部，因此整個(gè)施工過(guò)程均采用了小型風(fēng)機(jī)持續(xù)向井內(nèi)供風(fēng)的方式，以保證上部施工人員的安全。

3.2 在下部豎井開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格控制爆破單響藥量，盡量減少爆破振動(dòng)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 施工期間，加強(qiáng)對(duì)已成型穹頂結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

斜卡水電站溢洪洞穹頂及渦室斷面大，地質(zhì)條件差，但通過(guò)采取合理有效的施工順序和施工方法，解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下的開(kāi)挖和支護(hù)問(wèn)題，保證了施工工期、施工質(zhì)量和施工安全，為類(lèi)似工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。