抽水蓄能电站地下厂房系统开挖工程施工方案.docx
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1、抽水蓄能电站地下厂房系统开挖工程施工方案1.1雌抽水蓄能电站地下厂房系统由主厂房、主变洞、母线洞、高压电缆平洞及电缆竖井、进厂交通洞、施工支洞兼排风洞、帷幕灌浆、排水廊道、排风竖井等洞室组成。其中进厂交通洞、施工支洞兼排风洞、部分帷幕灌浆、排水廊道及帷幕排水工程不属于本标范围。主厂房洞室包括主机间、安装间和地下副厂房三部分。开挖总长度211.90m。岩锚吊车梁以上开挖跨度25.00m,以下为23.50m,尾水管底板至厂房顶拱开挖高度为55.30m。拱顶岩体厚240290.0m。主机间安装6台单机容量为250MW的可逆式水泵水轮发电机组。机组间距26.50m,端机组长度28.50m,主机间长度为
2、161.00m。主机间右端布置有安装场,安装场开挖长度为23.5m。地下副厂房左端局部扩挖布置渗漏集水井和排水泵房,泵房开挖长度30.1m,断面尺寸为10.0*5.4m(宽*高);渗漏集水井开挖断面为30.lm*l.0m*21.Om(长*宽*高)。主变洞:主变洞开挖尺寸193.16*11.7*22.Om(长*宽*高),拱顶岩体厚220270m,主变室地面高程与安装场相同。主变运输洞:主变运输洞布置在主厂房安装间侧,与主变洞相连,主变运输洞长65.15m。采用城门洞型开挖断面,开挖尺寸为IL4*10.248(宽*高)。母线洞:母线洞共6条,采用城门洞型断面,开挖尺寸为8.7*1.6m(宽*高),
3、靠近主厂房10Om范围母线洞的开挖尺寸为7.2*6.Om(宽*高)。高压电缆竖井:高压电缆竖井深104.Om,顶部高程84.Om,底部高程-20.0m。开挖断面为矩形,尺寸L4*7.9m。高压电缆平洞:高压电缆平洞从主变洞的高压电缆层下游侧引出,长392m,与电缆竖井相连接,平洞综合纵坡为3.65%采用城门洞型断面,开挖尺寸7.0*5.5m(宽*高),综合纵坡3.56%。厂房系统洞室开挖工程量详情见表L5-1o主厂房系统工程量详情一览表序号施工部位项目单位工程量1主厂房石方洞挖m3m257000二次扩挖m3m100断层、岩脉石方开挖m3Hl2000暂列量塌方石渣处理ID31000暂列量2主变洞
4、石方洞挖m389300断层石方开挖m3100暂列量塌方石渣处理m3300暂列量3主变排风洞石方洞挖m3m2124二次扩挖m330断层石方开挖m320暂列量塌方石渣处理H?20暂列量4母线洞工程石方洞挖11l322700断层石方开挖Dl3100暂列量塌方石渣处理11l3200暂列量5主变运输洞石方洞挖m7640二次扩挖m340断层石方开挖Hl350暂列量塌方石渣处理Hl350暂列量6联系廊道和透平油库排烟廊道石方洞挖ID32350石方井挖Dl366断层石方开挖Dl340暂列量塌方石渣处理11l340暂列量7高压电缆平洞石方洞挖Dl314200断层石方开挖m3100暂列量塌方石渣处理m3200暂列
5、量8高压电缆竖井电缆竖井石方开挖m3m8100断层石方开挖m3100暂列量塌方石渣处理m3100暂列量9渗漏集水井及排水泵房工程石方井挖m36850石方洞挖游1880二次扩挖m350断层石方开挖m350暂列量塌方石渣处理m350暂列量地下厂房系统洞挖总量为41.70万m3,除去断层石方开挖和塌方石渣处理后的开挖量为41.24万m3。1.2工程地质条件1.2.1 基本地质条件地下厂房布置于上水库主坝北面约50Om的山体内,铅直埋深为240290m,主变洞埋深220270,洞室围岩主要由S3m3-1中厚巨厚层(少量薄层)岩屑石英砂岩夹少量泥质粉砂岩组成,钻孔中统计S3m3-1岩屑石英砂岩占74%,
6、泥质粉砂岩约占15%左右,局部少量岩脉。未见有粉砂质泥岩。弱风化带内两种岩石饱和抗压强度大于40MPa,主厂房号机部位有安山斑岩岩脉蚀变成土状,岩脉位于厂房底板高程附近及以下。1.2.2厂区洞室围岩分类厂区主要洞室围岩岩性相对较单一,岩性对围岩质量影响较小,围岩质量主要受断层及层间错动带分布及节理裂隙发育程度等影响。围岩大部分位于弱风化带内,岩体多属于镶嵌结构或镶嵌破裂结构,洞室围岩质量以112IV1类为主。因各类结构面均较发育,已将厂区岩体切割成各种大小不一的块体。除断层及层间软弱带以外,块体边界绝大部分由较短小的硬性节理面、层面构成,大部分块体之间具有较好的咬合力。厂区地应力属低应力,洞室
7、围岩属坚硬中硬类岩石,岩性条件较好。除局部蚀变岩脉及破碎带较宽的断层易产生塑性变形外,围岩稳定性主要是受结构而控制的块体稳定问题。主厂房、主变洞块体稳定性分析表明:尽管块体组合型式较多,但绝大部分组合块体具有较好的稳定性。各洞室不稳定块体主要分布于洞顶。厂区地下水丰富,部分结构面、尤其是NE向的断层为强透水带,主厂房、主变室等主要洞室施工开挖前,提前作好厂区的排水是提高围岩稳定性最有效的措施之一。预测施工开挖期厂区排水廊道排水总量与地下洞室开挖时涌水量之和约为40005000m3d左右。通过对厂区主要洞室相应长度范围内的勘探平洞围岩类别进行统计,统计结果为:IIIl类占17%;1112类占33
8、%;IVl类占34%;IV2类占11%;V类占5%。根据平洞围岩分类比例,结合钻孔资料,建议厂区主要洞室围岩分类比例:主厂房:IIn类约10%、I112类约30%、IVl类约35%、IV2类约20%、V类约5%。主变洞:Inl类约15%、11I2类约30%、IVl类约32%、IV2类约20%、V类约3机母线洞围岩类别按照主厂房围岩比例考虑。1.3施工特点、重点、难点及对策1.3.1 施工特点1、厂房开挖工程量大,围岩条件差,临时和系统支护工程量大,支护是制约施工进度的关键,工期紧,为关键线路,洞室开挖必须围绕厂房展开。2、厂房和主变洞的开挖跨度大,轴线较长,一方面有利于道路布置,但由于围岩情况
9、的限制,导致另一方面顶拱开挖安全问题突出。3、地下洞室群洞室多,施工通道单一,施工程序比较复杂。4、本标大量的洞挖出渣与C4标段出渣共用进场交通洞,施工干扰大。5、洞室群各洞室相互关系复杂,且大多施工支洞均从进场交通洞开洞展开,前期开挖通风比较复杂。6、开挖渣料大多从进场交通洞交通洞运出,导致进场交通洞车流量巨大。7、施工风水电系统配置难度较大:由于洞室众多、立体交叉高差大,开挖面不断变化,供水、供风、供电管线需不断拆装,工作量较大;8、高压电缆竖井和厂区排风竖井井身长,开挖安全保障有一定难度;9、排水灌浆廊道布置分散,施工通道布置有一定难度;10、排水灌浆廊道洞身长,断面较小,出渣及通风散烟
10、有一定难度;11、地下洞室群纵横交错,且绝大多数的通道均通过进场交通洞,确保工作面及进场交通洞内空气质量有一定难度;1. 3.2施工重点及难点1、主厂房、主变洞开挖跨度大,围岩相对较差,IV类围岩占45%,顶拱开挖安全是本标的一个重点,同时也是一个难点。2、主厂房顶拱在机北侧附近有F57、F52和NNW向节理或与层间错动面的组合块体,高度20m以下,体积大小主要与节理延伸长度有关。由F54、F77与平缓层面、层间弱面组成的块体(位于号机附近);由F47、F88、F79与NNW节理组成的块体,高度约30m。主变洞顶拱主要不利块体有F54、F88与NNW向节理组合的块体,位于ZK29孔附近,高度约
11、IOm以下;F83、F96与平缓层间弱面组成的块体。主厂房和主变洞顶拱的稳定是本工程施工的关键。3、岩锚梁开挖成型质量和爆破后岩体完整性直接影响到桥机运行安全,因此,如何开挖岩锚梁,确保岩锚梁开挖质量是地下厂房施工的重中之重。4、主厂房开挖高差较大,开挖高边坡安全问题是本标的又一个重点。5、洞室围岩条件相对较差,系统支护工程量大,设计不仅布置了锚喷支护,还在主厂房、主变洞顶拱、侧墙设置了对穿锚索和端头锚,以及预应力锚杆支护,超前小导管、管棚等的临时支护措施。支护是制约工程进度的关键。6、厂区排水竖井、高压电缆竖井开挖高差大,围岩条件差,导孔的施工精度和开挖安全是本标一个重点。7、进水口闸门井、
12、压力管道洞、母线洞、尾水管及连接洞、尾水洞及尾水支洞相邻洞室之间岩壁较薄,开挖安全是本标重点。8、母线洞开挖既要确保厂房岩壁安全及岩锚梁质量要求,又要尽量减少占压厂房开挖直线工期,开挖时机的合理安排是本工程一个重点。9、本标地下洞室群相互关系复杂,施工通道错综复杂,交通管理及交通安全是本标重点,亦是难点。10、厂房系统洞室群隧洞交错复杂,确保洞室交叉处围岩稳定,是施工中的一个重点。11、厂房、主变、尾调室开挖空间大,通风排水是确保安全顺利生产的一个重点。12、如何协调与相邻标段关系亦是本标保证进场交通洞的交通安全,确保运输畅通,是本标段的难点。1.3.3主要对策针对地下厂房系统工程的特点,结合
13、我集团公司以往类似工程施工经验,施工中拟采取以下主要措施:1、针对厂房、主变室顶拱跨度大及围岩地质情况较复杂的特点,开挖过程中拟采取下列措施:(1)顶拱层开挖两侧导洞开挖先行,中间预留岩柱跟进的施工方案,根据导洞揭露的地质情况,及时进行必要的超前支护或临时支护,两侧导洞一侧领先,另一侧滞后20m。根据揭露的地质情况,对于围岩条件较差的洞段,采用在预留岩柱开挖后先临时钢支撑支护,等系统支护完成,围岩稳定后再拆除临时钢支撑的方案。(2)系统支护滞后开挖断面一段距离及时跟进,防止顶拱产生大的变形;(3)在围岩地质情况恶劣的洞段,采取“短进尺、弱爆破、及时支护”的方案,必要时采取超前支护;(4)严格控
14、制单响药量,控制质点震动速度在规定范围内;(5)顶拱层支护相应部位没完成前,禁止开挖下层。2、针对厂房、主变室直立边墙安全稳定问题,拟采用以下措施:(1)除主厂房、主变洞I层外,其余层的开挖均采取中间拉槽,两侧预留保护层扩挖跟进的方式进行开挖。在中间拉槽梯段爆破开挖前,先沿预留保护层边线进行预裂爆破施工,以减少爆破对预留岩体造成震动破坏;预留保护层开挖采用设计轮廓线光面爆破的控制爆破技术。(2)对于在主厂房上下游边墙上开孔的引水隧洞支洞、母线洞以及尾水支洞等的开挖采取“先洞后墙”的开挖顺序,在主厂房边墙开挖前先形成洞室,确保高边墙的稳定。(3)厂房和主变洞与-27.Oom高程灌排廊道之间布置的
15、对穿锚索孔的施工在相应的边墙开挖后及时进行,确保其对边墙稳定的保护作用。3、针对出线竖井、压力管道竖井开挖安全问题,拟采取以下措施:(1)锁好井口,确保井口稳定,井口预留35m宽的井台,设置围栏和排水沟,防止井台上杂物坠入井内。(2)设置专门的提升设备,作为人员上、下和材料运输交通工具,提升设备设置导向装置和断绳保险装置,并控制升降速度。(3)上下联系采用电话、信号灯、对讲机等多种通讯手段结合使用,互为备用。(4)提升设备设置防止过卷、过电流和失电压等保险装置及可靠的制动系统,使用过程中加强维护检查工作。(5)竖井导井开挖后,先由下至上将导井直径扩挖至3.43.8m左右,以利扩挖时溜渣,防止石
16、渣堵塞导井。(6)竖井扩挖时,1111类围岩段采取二掘一支护;不良地质洞段采取一掘一支护,上层未支护不得进行下一层的开挖。(7)非出渣作业或井底作为交通通道时,在导井井口采用钢篦子井盖;扒渣作业时,作业人员佩戴安全绳,安全绳挂在井壁锚杆上,防止发生人员坠落事故。(8)竖井和平洞连接处,先将连接段加固后再开挖。4、为确保与厂房相交的洞室洞口的稳定,在开挖程序安排上,遵循在厂房开挖到该洞室上一层之前,完成该洞室开挖和初期支护的原则,母线洞提前利用进场交通洞和主变运输洞从厂房内进入开挖。5、引水隧洞岔洞、母线洞及尾水扩散段的开挖,采取间隔开挖的措施,确保岩壁稳定。6、岩锚梁层开挖在上下游边墙预留3.
17、5m厚保护层,中间梯段开挖前先沿保护层边线进行预裂施工,保护层开挖分两序,第一序采用液压钻造垂直孔或三臂液压钻机水平造孔,边墙预裂,第二序采用气腿钻钻孔,双面光爆,无论是梯段开挖还是保护层开挖均严格控制单响药量,确保质点震动速度在控制范围之内。7、对各洞室交叉口1.5倍洞径范围在开挖后及时施作强支护或视情况进行混凝土衬砌锁口,在厂房等大洞室高边墙上开洞口时,先采用锁口锚杆对边墙进行超前锚固,必要时进行超前预注浆等措施。8、厂房梯段开挖采用小孔径钻头造孔(孔径76mm),小间排距布孔,药卷直径不大于50mm,并严格控制单响药量和一次爆破方量,以此控制爆破振动速度,减少因爆破振动对岩壁造成质量影响
18、。9、尽早安排新增通风井的施工,加强通风效果。10、在厂房、主变室开挖中,相应高程的排水廊道提前施工完成,以达到降低地下水位、提高围岩类别、减少施工中涌水量的目的。11、加强围岩安全监测,建立安全预报制度。开挖过程中根据开挖部位和地质条件,及时设置安全监测点和围岩收敛监测断面,对围岩进行安全监测,以便调整开挖钻爆程序和钻爆参数,减轻开挖爆破对围岩稳定的影响。12、配备先进、配套、适用的洞室开挖和支护施工机械设备,保证开挖支护及时、有效,并配备具有丰富地下工程施工经验的地质工程师,负责分析、处理施工中出现的地质问题。1.4施工通道条件地下厂房系统的施工通道主要有2条,即连接厂房系统和外界的施工支
19、洞及进场交通洞。为了满足厂房和主变洞分层开挖的需要,发包人在进场交通洞不同高程又布置了施工支洞、施工支洞和施工支洞,通过这三条施工支洞和施工支洞、进场交通洞,可以完成主厂房系统洞室的出渣运输。在主变洞左端墙布置了连接施工支洞和主变洞顶拱层的主变排风洞,该排风洞和进场交通洞共同承担主变洞的出渣运输任务。另外场内已施工的道路、道路、道路和(II)道路分别可以满足地下厂房系统至爆破器材库以及地面副厂房的交通,以及开挖料运输至1#转存料场的交通。地下厂房系统施工通道布置图见图LX/C3-TB-09-27,道路特性见表1.5-2,其他承包人向本标段提供工作面的时间见表1.5-3。表L52地下厂房系统施工
20、通道特性表编号道路名称长度(m)技术指标负责施工单位备注路基宽路面宽路面结构(三)地方道路19551210.5混凝业主至上库道路41268.010.5混凝土通风洞洞口道路2338.57.0混凝业主爆破器材库进库道路10914.5混凝土业主进场交通洞15007.5混凝业主明段长220m施工支洞193.277.5混凝土施工支洞134.187.5混凝土C3标施工支洞32.837.5混凝土C3标施工支洞1051.887.5混凝业主OK施工支洞408.CC7.5混凝C3标表1.5-3其他标段承包人向本标段提供工作面的时间通道名称洞室断面(宽*高)洞长(m)向本标交面时间施工支洞8.0*7.5468.31
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