巴基斯坦苏基克纳里水电站调压井导井塌方综合处理技术.pdf

年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:梁洪源男工程师主要从事水利水电工程项目管理工作巴基斯坦苏基克纳里水电站调压井导井塌方综合处理技术梁洪源陈佳佳王 耀(中国葛洲坝集团海外投资有限公司北京)摘要:安全、高效处置深竖井导井塌方是水电站施工中的难点 以巴基斯坦苏基克纳里水电站项目为例针对调压井扩挖初期的导井塌方创新性地提出“混凝土喷护 系统锚杆 钢筋网 锚筋束”对塌方空腔体进行支护利用塌方空腔体取代调压井下室的综合处理方案 通过理论计算分析在规范要求的各种工况下调压井内水位变化均满足调压功能要求既保证了施工安全又节约了处理成本与提高了时效可供同类工程塌方处理借鉴关键词:调压井导井塌方空腔体下室支护中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.“”.:调压井因其结构较为特殊开挖支护施工是水电站工程建设的重点及难点反井钻机法是布设调压井溜渣导井的常规方法调压井通过反井钻机钻设导孔后反拉形成导井随后自上而下循环扩挖掌子面扩挖过程中通过导井溜渣完成渣料转移 在不良地质围岩条件下调压井导井形成后可能因围岩条件、爆破扰动、地下水等原因发生导井塌方导井塌方处理方式稍有不慎可能酿成灾难性后果时铁城等提出了不良地质条件下导井塌方预防性措施通过在开挖支护前自下而上顶装直径略小于导井的护壁钢管减小导井在断层破碎带发生坍塌堵井风险李勇恩等针对反井钻机一次反拉成井后产生的塌方问题提出塌方部位上方系统锚杆支护、塌方部位刚性防护桶围挡、塌方部位下方锁口的加强支护措施该方法适用于竖井一次反拉成井后的塌方处理吕兴民等针对竖井下弯段大规模塌方情况提出系列加强支护措施对竖井下部弯段塌方处理有一定借鉴意义但不完全适用于直段塌方处理杨继华水 电 与 新 能 源 年第 期等对 水电站超深竖井施工面临的系列问题开展了深度分析提出了超前锚杆、超前小导管和超前固结灌浆等预支护措施以减小塌方风险刘桃红提出的固结灌浆与多种支护相结合的方式有效解决了竖井中部大范围塌方问题对调压井或其他深竖井的塌方处理主要限于上述研究所提出的处理方案主要是从支护手段入手强调按原设计加强支护处理 本文以在建的巴基斯坦苏基克纳里水电站调压井施工为背景针对施工过程中面临的导井塌方问题提出有效的塌方空腔体初期支护方式并创新性提出利用塌方空腔形成的体积取代调压井下室的综合处理方案以期为同类项目实施提供有益参考 工程概况苏基克纳里水电站调压井位于引水隧洞末端原设计由上室、竖井井身段以及下室组成总深度达.其中上室位于调压井上部位置呈露天开敞式 竖井井身段连接上室及下室井身开挖支护成形后直径.混凝土衬砌成形后直径.下室位于井深.处呈水平向城门洞形状长 体积约 调压井设计布置见图 图 调压井布置图调压井井身段开挖采用反井钻机法施工通过反井钻机形成直径 的溜渣导井后再自上而下逐步完成扩挖及支护 调压井下室因处于竖井内部施工空间狭窄原计划待竖井扩挖至下室底板高程后由人工配合小型机械设备施工方式完成下室开挖、衬砌调压井下室原计划施工期 个月 塌方事件经过调压井通过反井钻机开挖形成导井后在上室扩挖初期导井内接连发生小规模垮塌从调压井顶部可观察到导井上半段已明显扩大 后续施工过程中调压井内部进一步发生较大规模塌方井内摄像显示高程 以下(深度 以下)井壁一侧已形成水平向深度约 垂直向长度约 的较大空腔空腔体积约 详见图 本次塌方后井内情况趋于稳定未出现大规模垮塌图 调压井内部空腔示意图调压井塌方的主要原因为:一是调压井区域主要为强风化石英云母片岩节理较为发育围岩整体稳定性较差二是施工期为雨季雨水渗入导井内加大井壁失稳的可能性三是上室扩挖渣料通过导井溜渣对井壁形成扰动梁洪源等:巴基斯坦苏基克纳里水电站调压井导井塌方综合处理技术 年 月 塌方处理方法考虑到调压井塌方后深度 区段井壁滑脱呈不规则状但该区段塌方范围基本未超过设计扩挖断面范围 因此考虑对该区段采取常规处理方式在后续竖井向下扩挖过程中采用弱爆破或风镐扩挖到位并按不稳定围岩类别支护考虑到深度 区段塌方形成的空腔体体积较大已超出井身扩挖断面范围系本次塌方处理的重点所在 若按常规方式加强支护并回填空腔回填混凝土体较大的自重将对其下方松软围岩形成较大压力可能造成进一步塌方 同时考虑到该区段与原下室位置基本重合支护并全部回填后再按原方案施工下室将对工程按期完工及成本控制造成一定影响结合现场实际情况拟将塌方形成的空腔体空间改造为调压井下室先对空腔体进行加强支护确保施工期稳定安全再对塌方体进行全断面衬砌将其改造为下室 具体处理方式如下.理论可行性分析塌方形成的空腔体体积大于 超过原下室 最小容积要求 需进一步验证极端工况下的调压井内部水位变化范围情况满足调压井功能要求即调压井内出现的最高涌浪高度需在 .高程(对应调压井上室顶部高程)以下最低涌浪高度需在 .高程(对应调压井下室底板高程)以上的要求 调压井内部涌浪高度计算结果见表 表 调压井内部涌浪高度计算结果计算参数最高涌浪高度最低涌浪高度下室改造后计算结果.下室改造前计算结果.理论要求.调压井出现最高涌浪的极端工况为:库区水位在校核水位 .情况下电站 台冲击式水轮机组在满负荷运行时同时甩全负荷调压井内涌出水流最高之时所达到高程 按此工况进行调保计算下室改造前可能出现的最高涌浪高度为.下室改造后可能出现的最高涌浪高度为.该水位满足小于 .的理论要求调压井出现最低涌浪的极端工况为:库区水位在最低运行水位 .情况下电站 台冲击式水轮机组满负荷运行调整为 台机组满负荷运行调压井内水位所达到的最低高程 按此工况进行调保计算下 室 改 造 前 可 能 出 现 的 最 低 涌 浪 高 度 为.下室改造后可能出现的最低涌浪高度为.该水位满足大于 的理论要求经计算分析调压井下室调整后在最不利设计工况下井内最低涌浪高度和最高涌浪高度均满足理论要求利用塌方形成的空腔体替代原下室的方案理论上可行.塌方空腔体支护为确保塌方空腔体稳定需按以下处理方案及时支护)初喷 对空腔外露面进行初喷喷护厚度控制在 倒悬部位可酌情调整厚度)立钢筋网 对空腔体井壁编布两层直径 钢筋网钢筋编排密度控制在 钢筋网编布完成后对网面无法完全贴合井壁的部位(即存在小空腔部位)需埋设回填混凝土管后续需回填密实)复喷 复喷双层钢筋网 直至无外露钢筋为止)系统锚杆 按.间距布设系统锚杆锚杆长度.)锚筋束 在空腔两侧按.间距分别布置两列锚筋束锚筋束长度 .锚筋束通过锚索钻机造孔锚筋束安装完成后需及时注浆封孔按上述步骤自空腔上部向下分层循环支护 现场完成空腔体支护实际耗时.个月.塌方空腔体改造为下室结合塌方空腔体实际形状考虑将空腔体改造为如图 所示形体 改造成形后下室包含 下渐变段、扩大标准段和 上渐变段为确保空腔永久稳定性衬砌采用钢筋混凝土结构混凝土强度为 厚度 (视井壁情况微调)混凝土衬砌施工采用悬挑式排架、自制拼装模板施工每.一分层从下至上逐层浇筑 具体施工程序为:)准备工作 完成施工平台搭设、测量放样、钢筋制作等准备工作水 电 与 新 能 源 年第 期图 塌方空腔改造为下室图)钢筋安装 将准备好的钢筋运至调压井上部井口位置通过专用门机将钢筋吊送至施工平台吊送过程应确保下方无施工人员 钢筋就位后按要求完成绑扎)模板安装 采用内拉方式固定自制的钢模板并搭设相应支撑体系)混凝土浇筑及养护 高程 以下自调压井底部向上泵送混凝土 高程 以上采用溜管系统向下供料 浇筑完成后按规范开展养护工作现场按上述衬砌方案施工完成空腔体衬砌实际耗时约 个月 结 语苏基克纳里水电站调压井塌方情况按前述综合处理方案处置取得良好效果主要体现在以下三方面:)塌方空腔体按“初喷 双层钢筋网 复喷 系统锚杆 锚筋束 回填不平整区域”的方式支护后井壁稳定且不再发生塌方情况确保了施工期安全及工程永久运行安全避免塌方情况持续扩大或发生颠覆性后果)按综合处理方案执行空腔体支护及衬砌总工期为.个月较之原下室计划工期节省.个月时间本方案依实际空腔形状改造下室减少了不必要工程量避免因塌方问题影响项目工期)若按常规处理方式完整回填空腔需回填约 混凝土所需人、材、机费用较大 按本方案施工减少了不必要成本浪费总体而言本项目以安全的方式、较快的工期、较少的成本成功将调压井塌方空腔体改造为下室满足调压井必要的功能要求 同类项目面临相似问题可借鉴本案例经验处理参考文献:康云彪.锦屏二级水电站竖井开挖技术研究.水利水电施工():赵继红.调压井反井钻机施工方法.工程技术研究():刘志强.反井钻机技术装备及发展.煤炭科学技术():姚强 吴钰 等.超大直径异型调压井开挖施工和稳定控制技术.四川水力发电 ():时铁城 李楠楠 刘雷 等.一种不良地质条件下防止施工期塌方的竖井施工方法:.李勇恩 才俭峰 余健.深竖井一次反拉成形时塌方的预防措施.湖南水利水电():吕兴民 任梦宁.柬埔寨达岱水电站引水发电洞竖井下弯段围岩塌方原因及工程处理.资源环境与工程():杨继华 魏斌 齐三红 等.厄瓜多尔 水电站超深竖井反井钻机法施工关键问题研究.现代隧道技术():刘桃红.溧阳抽水蓄能电站引水竖井塌方体灌浆处理技术研究.中国新技术新产品():