盘南电厂响水水库库区伏流洞施工综述

分类：水利论文发表 时间：2012-03-22 13:48 关注：(1)

谭其志 李文超
摘要：
关键词：库区伏流洞 施工安全控制与管理 优化施工方案 伏流洞施工
Abstract: FuLiu hole of expansion of treatment engineering the main effect is to make his way in the existing reservoir water circulation can lead to deposition and jams, guarantee the power plant water supply and reduce the reservoir area of land acquisition and immigration, the key lies in the construction of the construction safety control. Therefore, how to take steps to ensure the safety of construction of the project is crucial to the construction of the project and the impact of social and economic benefits and engineering of the intended use function and effect, this article mainly from the optimization and adjustment construction plan and construction safety management and control perspective to introduce the construction FuLiu hole.
Key words: FuLiu hole of construction safety control and management of the construction scheme optimization FuLiu hole construction

中图分类号： TV62 文献标识码：A 文章编号：
1 概述
1.1 工程概述
响水水库工程主要功效是为盘南6×600MW机组的大型燃煤火电厂提供2.7m3／s冷却用水（保证率97%）的水源工程，位于贵州省盘县境内南部、南盘江水系黄河支流新桥河上游的响水镇。水库枢纽由库区伏流过水洞、钢筋混凝土面板堆石坝、左岸引水系统、右岸地面开敞式溢洪道及泄洪消能设施以及火电厂取水系统等建筑物组成，主要以供水为主，兼顾发电及其它。而伏流段距坝址约4km，伏流段长约820m，入口点高程EL1430m，出口高程EL1415m。伏流早期通道为右岸的现伏流段朱家大洞(毛洞径20～30m)，上游进口高程EL1448.38m，下游出口高程EL1460m左右，洞内堆积大量块石、石灰岩（即硅化物）等，直线距离约300m。在修建水库后，由于河水位的提高，可能导致现在过水的伏流段因淤积而堵塞，而朱家大洞的底部上游进口高程EL1448.38m，下游出口高程EL1460m，其底部高程高于水库的死水位EL1418m。如果现在过水的伏流洞因蓄水而堵塞，而朱家大洞的底部高程又较高，势必导致水库在伏流洞段不能连通，形成上、下库,上库库容不能利用，从而降低响水火电厂供水的保证率。并且当洪水流量达到校核洪水流量时，朱家大洞的断面也不能满足过流要求，使伏流段上游水位超过设计高程造成不必要的淹没损失。基于以上原因，必须对伏流洞段进行改建处理。
1.2 工程地质与地形地貌
伏流段出露基岩为二叠系上统茅口组(P1m)灰白色厚层块状灰岩，岩层产状：N30～40′E，SE∠5～8′。伏流段山体无较大断层穿过，主要发育EW，S∠75º～85º、N50º～70ºE，NW∠75º～85º和N45ºW，NE∠43º三组裂隙，方解石胶结为主，地表沿裂隙多形成小溶洞及溶槽。岩体完整性好，强度较高。Fl断层从下游伏流出口附近通过，断层带附近裂隙发育，岩体较破碎。朱家大洞高10～15m，宽15～30m，洞内堆积大量的巨块石、碎石及灰华物，推测洞底堆积物厚5～20m。此溶洞曲折展布，洞顶天然稳定。隧洞穿越Plm厚层灰岩，围岩分类II类。建筑物设计地震烈度为VI度。
2施工方案优化
2.1 优化方案的重要性与必要性
对伏流洞原设计方案优化与调整，基于以下原因：
1、由于伏流洞地质条件复杂，前期勘探受到制约，造成提供的设计资料与现场实际出入较大，再加上伏流洞段为天然的溶洞群，其需改扩建的天然溶洞天然状态下存在10～50m高与15～30m宽空间、洞顶及边墙悬挂大量倒悬的钟乳石、洞内堆积大量巨块石、石灰岩(即硅化物)、洞内分布两个大厅并分别由一根独立钟乳石柱支撑着顶拱且顶拱跨度较大，局部存在裂缝等，在现有基础上还需下挖20m宽、20～30m深的断面，最终形成宽20～40m、高30～65m断面，其施工难度及施工安全可想而之，且施工中存在许多不可预见的制约工期与安全的因素；
2、伏流洞出口顶部为纵向跨度约40m、横向跨度约50m的平行平板岩层，厚度较薄（最薄约15m）且前缘倒悬并存在大量裂缝及夹层，中部由一根约1m直径的钟乳石柱支撑且柱底部座落在堆积物上，再加上现出口高程EL1460m较高，按原设计开挖至EL1440m，其高度达45m、横向跨度达50m的空间，如何采取措施确保施工期与运行期安全至关重要，再加上施工受现场条件制约；
3、伏流洞天然状态下的洞室断面及顶拱跨度均较大且处于稳定状态，但受施工扰动及运行蓄水改变状态后，其永久运行安全评价将制约整个枢纽的社会经济效益。因此，施工前需采取特殊措施先期将顶拱大量倒悬钟乳石进行安全处理，其安全处理费用较高且处理安全过程中的安全较突出；其次EL1450m以下部位下挖前，对顶拱的永久处理措施复杂、难度及工程量较大、工期较长及投资较大，且处理完毕后对顶拱运行期安全难以正确评价。
4、按原设计方案施工，需对出口左侧塌滑体进行全部清除，将会带来施工期与运行期边坡稳定的永久处理，并可能引发更多新的技术难题，同时导致工程量与投资的增加及影响工程进度与施工期干扰等问题。对伏流洞施工方案进行优化与调整后，不需再对塌滑体进行处理，节省大量工程量与工程投资，减少施工期干扰，并避免因塌滑体处理带来一系列不必要的工程量与投资增加、施工干扰及引发的其它技术难题。
基于以上因素，必须对伏流洞施工方案进行全面优化与调整。
2.2 优化方案的比较与最终选取
鉴于伏流洞设计与施工的特殊性及复杂性，其天然溶洞群自身是稳定的，但受施工期干扰与扰动及水库蓄水后运行期将改变天然状况，再加上伏流洞作为永久建筑物，其施工期与运行期的稳定与安全及结构设计需按永久建筑物来设计与施工。结合伏流洞原设计的资料及现场的实际情况，分别组织参建各方对其附近的地形地质条件反复进行踏勘，再与原设计对比，在确保工程使用功能的前提下，从有利于工程进度与安全的角度出发，有针对性地提出多方案进行比较，具体如下：
方案一：沿现需改扩建处理进口左侧的旁通洞,缓坡降至现伏流洞过水洞室,修建浆砌石挡砂坎及对现有伏流过水洞出口淤积进行清理并修建挡砂坎,避免蓄水运行期堵塞现有伏流通道,确保低水位过水及水库供水,同时将原设计洞室EL1450m以上巨块石进行清理,形成宽10～15m的高水位过水通道,最后蓄水前采用大块石及粘土将现伏流过水洞进口封堵。该方案技术可行简单，但查清现伏流过水洞的洞室断面及过流能力难度较大，且现伏流洞出口清淤与修建挡砂坎施工所需增设的临时道路修建难度及工程量大，还需在过流条件下进行，施工中存在许多不可预见的因素。
方案二：在不考虑需改扩建处理洞室左侧旁通洞的过流能力的情况下，采取EL1450m以上高水位过水通道及EL1440m以上的低水位过水隧洞的方案：即将原设计需改建处理洞室的EL1450m以上的巨块石进行清理，形成宽10～15m的通道，作为高水位过水通道；同时在原设计洞室右侧山体内重新设置长约200m、10m宽×11m高的隧洞，作低水位运行的过水通道，确保水库供水。该方案施工技术方案可行且简单，其施工条件较好，但右侧山体岩溶情况无法查清。
方案三：考虑需改扩建处理的洞室左侧的旁通洞有部分过流能力，仍采取EL1450m以上高水位过水通道及EL1440m以上的低水位过水隧洞的方案：即将原设计需改建处理洞室的EL1450m以上的巨块石进行清理，形成宽10～15m的通道，作为高水位过水通道；同时在原设计洞室右侧山体内重新设置长约200m、7m宽×8m高的隧洞，作低水位运行的过水通道，确保水库供水。该方案施工技术方案可行且简单，其施工条件较好，但右侧山体岩溶情况无法查清。
经参建各方多次现场踏勘并采取导洞探测方式相，结合现场的实际情况及设计资料，反复研究论证，最终选取方案二，采取EL1450m以上的高水位过水通道与EL1450m以下低水位过水隧洞相结合方案，即高水位过水通道将原洞轴线EL1450m以上巨块石处理成15～20m宽通道，低水位隧洞避开原洞轴线，调整至原洞轴线靠右侧山体岩石较完整的位置，其标准断面尺寸为8m(宽)×9.66m(高)、约265m长，其调整后布置见图。

施工安全控制与管理
伏流洞工程施工安全控制与管理除具有常规洞挖施工所必须注重的部分外，还具有天然溶洞群顶拱悬挂的大量倒悬钟乳石处理及洞内巨块石、碎石及灰华物等处理过程中的特殊的施工安全管理，其常规洞挖施工安全控制与管理主要从火工产品管理、爆破后顶拱危悬石处理、施工期洞内围岩稳定监测与巡视、洞挖中支护工作的及时跟进等方面着手管理与控制；其洞顶拱倒悬钟乳石处理及洞内巨块石、碎石及灰华物等处理过程中施工安全管理主要采取：先期采用1.5寸管分段分片区搭设脚手架并形成操作平台（设置好安全护栏并挂安全网）至存在倒悬钟乳石的部位，并对操作平台进行加固，以确保施工时自身稳定与安全,人工拴好安全绳在操作平台上采用手风钻造浅孔、孔内毫秒微差爆破，爆破后先对脚手架进行检查确认安全（避免爆破块石砸坏操作平台）后，人工携带铁锤对爆破后存在的局部松动体及尖角进行敲打处理，避免施工期因扰动使松动块石掉落危及设备与人员安全；其洞内溶塌体处理为便于开挖施工和交通要求，采用从外向内分层开挖处理，仍采用1.5寸管在需处理的部位搭设操作平台并加固及设置相关安全设施，人工采用手风钻造浅孔并装药联网后，拆除脚手架，随后进行爆破，然后挖机清理弃渣，再人工处理松动体及尖角，最大限度地消除可能存在的潜在的安全隐患，确保施工与运行期安全。通过有针性地采取措施进行安全管理与控制，并对施工期的安全管理工作进行综合统筹考虑，围绕关键环节有针对性地重点开展工作，在施工期对可能潜在的安全隐患进行彻底整改，不留隐患及死角，致使伏流洞施工过程中未发生轻伤以上的事故，为工程的顺利开展并最终取得良好的社会经济效益提供有能的安全保障。
伏流洞施工
4.1施工原则
鉴于伏流洞施工的特殊性与复杂性，原则上采取边施工边设计的思路，在总体施工方案的指导下，一切从现场实际出发，不讲求线型及结构必须与设计相符，只要有利于满足工程使用功能及有利于施工安全、进度与投资控制，均灵活地调整或优化；
4.2开挖与支护施工
概况：经优化方案后，开挖主要包括土石方明挖、顶拱倒悬钟乳石处理、洞内溶塌体处理及石方洞挖四部分，支护主要是挂网锚喷及进口洞脸锚索处理，主要工程量：土石方明挖6.76万m3、洞内溶塌体处理5.7万m3及石方洞挖5.8万m3、锚杆3094根、喷砼0.6万m3及60t级30m深锚索20根等。
施工布置：根据工程特点及现场条件，在施工布置的规模和容量满足施工总进度及施工强度要求前提下，采取尽量紧凑、合理、方便使用，具体如下：
施工道路布置：鉴于伏流洞进、出口均有红（果）响（水）公路和红威公路通过, 为满足伏流洞工程施工要求，只需从盘响公路接线，分别沿山坡缓坡降进出口，路基宽7m，路面6m宽，泥结石路面，其长度分别为0.8km及0.5km。
施工风水电布置：由于伏流洞距大坝料场风水电系统较近，因此，伏流洞布置与料场布置统筹考虑，具体如下：施工用风分别在进出口明渠布置一台20m3电动空压机，接4寸管沿洞壁布置至相应工作面，其开挖与支护设备用风再采用1.5寸软管就近连接供给;施工用水:分别采用水泵从现伏流通道的进出口提取到相应水池,再用1.5寸钢管沿洞身布置就近供给;施工用电:分别在伏流洞理出口布一台400KVA变压器,从低压侧接线沿洞身布置就近供给。
弃渣场：受施工条件的制约，前期进口采取沿进口公路沿线堆放，将其扩宽满足后继施工需要，后期所有弃渣均转运至2号弃渣场，平均运距1.5km,可利用的洞渣均堆放于进口明渠两侧,作后继浆砌石砌筑用。
主要施工设备配置：1.2m3斗容挖机2台, 20m3电动空压机2台,潜孔钻5台,手风钻10台,自卸汽车10台, 3m3侧卸装载机2台,D85推土机1台,25t自行式振动碾1台等。
开挖施工：经优化施工方案后,其开挖主要包括土石方明挖、顶拱倒悬钟乳石处理、洞内溶塌体处理及石方洞挖四部分。土石方明挖：由于进出口明挖边坡开挖高度不大，设备可直接至开挖作业面，土方开挖采用1.2挖掘机修便道至开口线，自上至下、台阶式逐层开挖,临近永久边坡仍采取挖掘机按设计坡度进行修整，局部人工修整；石方采取梯段爆破开挖,以潜孔钻为主、手风钻为辅造孔，孔内毫秒微差梯段爆破，永久边坡的坡面采用光面爆破；永久马道采取预留保护层开挖；
顶拱倒悬钟乳石处理: 先期采用1.5寸管分段分片区搭设脚手架并形成操作平台至存在倒悬钟乳石的部位,人工采用手风钻造浅孔、孔内毫秒微差爆破，随后人工采用铁锤对爆破后存在的局部松动体及尖角进行敲打处理；
洞内溶塌体处理: 根据招标文件，隧洞内溶塌堆积体主要有巨块石、碎石及灰华物，堆积物厚度为5～20m。为便于开挖施工和交通要求，洞内堆积物采用分层开挖方式，5～8m为一开挖层，施工方法：巨块石及局部地段采用移动式空压机供风，手风钻钻孔，进行松动爆破或解小，局部大面积的开挖可临时从大坝标调用液压钻机钻孔，隧洞边墙下部开挖随洞内溶塌堆积体分层开挖的同时进行；
石方洞挖:主要是低水位隧洞开挖，从出口沿隧洞轴线单工作面掘进，采用分层开挖，上导洞先期贯通，再从进口位置采取后退法开挖到设计断面，其上导洞采取自制架子台车上手风钻造孔、孔内毫秒微差梯段、周边光爆的方式，确保洞室成洞完整，爆破后立即通风排烟，随后先期人工进行找顶处理危悬石，采用装载机装渣；下部采用手风钻从垂直与水平两个方向同时造孔、孔内毫秒微差梯段爆破，采取挖机装渣；洞挖均转运至坝体填筑用，运距4.5km。
支护施工:经优化施工方案后,其支护主要有挂网锚喷及进口洞脸锚索处理两部分, 锚杆在ф50钢管搭设的脚手架形成的操作平台上采取电钻按设计要求的间排距造孔, 高压风水联合冲洗，M20砂浆锚杆，锚固深度在5m以内的锚杆采用先注浆后安装锚杆；锚固深度大于5m的锚杆采用先安装锚杆后注浆的方式施工，锚杆杆体连接采用套筒连接，砂浆泵注浆， 砂浆封孔；挂网钢筋在加工厂按2～4m2编制，人工转运至工作面点焊接在锚杆上，距基岩面高度3～5cm；喷射混凝土采用干喷法，采用自下而上分段分片依次施工，并在受喷面按规范要求埋设厚度标识，10cm厚砼分两次喷身，一次喷射层厚3～5cm，后一层喷射在前一层砼终凝后进行；排水孔施工采用电钻造孔，高压风水联合吹孔。锚索在1.5寸管搭设的脚手架操作平台上采用XY—2地质钻机造孔,高压风水联合冲洗,人工编制锚束,人工搬运及安装。
4.3 永久处理施工
处理原则：开挖完毕后会同参见各方现场踏勘,并针对不同部分、不同地质分别采取不同的处理原则:即进、出口明渠边墙均采用1m厚M20浆砌石护坡，并按15m长度设置永久变形缝,底板铺50cm厚石渣并采用25t振动碾碾压密实;洞壁土质边坡部位,先清理松动的残积物,随后采用M20浆砌石护坡进行防护,其厚度及坡度随现场情况综合确定,但需保证安全运行; 溶槽较深且不能清彻底清除部位，按深度为宽度的2倍进行清除，随后采用M20浆砌石进行回填处理，但需过渡连接顺畅；较完成的岩石边坡部位,将边坡松动部分进行清除,随后进行素喷C20砼10cm厚进行保护;低水位隧洞边顶拱围岩稳定、成洞条件好的洞段，不需作任何处理；高水位通道及低水位隧洞土质及软弱基础段底板，先将其基础进行清理到较设计底板高程低50cm的位置，随后铺设50cm的石渣并采用25t振动碾碾压密实，其余基岩底板部分，将松渣清理干净即可；对EL1450m以上高水位大厅位置靠左侧,仍存在大量巨块石，为确保运行期安全，采用M20浆砌石及C20素混凝土挡墙护坡;低水位隧洞进口洞脸边坡及进口5m范围以及低水位出口靠右侧边坡均采用挂网锚喷支护方式进行处理（锚杆Φ25L=4.5m@1.5×1.5m,局部加密,钢筋网Φ8@20×20cm,喷C20砼10cm厚）;低水位出口靠左侧较破碎边坡,采用C20素砼进行贴坡保护,其长度及高度现场定,但需过渡连接顺畅;洞壁渗水较严重部位,设置排水孔。
处理施工施工：按永久处理施工原则，结合各工序施工技术要求分别组织施工，具体如下：
岸坡或底板清理施工：岸坡采用人工自上而下逐一进行，底板先期采用挖机进行初清，随后人工按要求从内到外进行清理；
浆砌石砌筑施工：所用石料采用挖机从前期堆积在进口明渠两侧有用料中挑选，装15t自卸汽车运至所需用料部位，人工扛运砌筑，所需砂由料场砂石系统供应，水泥采用贵州兴义顶效瑞安PO.42.5普硅水泥,砂浆按试验室出具的配料单严格拌制,砌筑坐浆饱满;
支护施工：参见4.2开挖与支护施工中的支护施工部分。
混凝土施工：采用常规钢模板立模，局部木模补缝，布置在基岩上拉筋加固，混凝土由拌和楼集中拌制，6m3砼搅拌运输车运至浇筑部位，传统梭槽溜筒入仓，仓内人工平仓，50软轴插入式振捣器振捣，人工拆模与人工洒水养护。
底板石渣摊铺与碾压：底板按要求开挖到位后，采用洞渣转运至摊铺洞段卸料，挖机摊铺，局部人工辅助，25t自行式振动碾碾压密实。
施工经过与处理效果
伏流洞工程于04年10月14日开工，于04年12月4日对伏流洞原设计方案进行优化并最终确定高低水位通道相结合方案，于05年3月24日低水位过水隧洞上半洞贯通，于05年1月20日L1450m以上高水位过水通位贯通，于05年2月26日EL1450m以上高水位过水通道施工完毕并具备验收条件，于05年5月15日伏流洞开挖施工全部完毕，于05年7月底伏流洞永久处理全部完毕并具备验收条件，标志着伏流洞施工全部完毕。
经施工方案优化与调整后所形成的最终结构，其伏流洞的结构稳定、过流能力与供水保证率、淤砂等参数满足永久建筑物的运行要求，并达到工程预期的使用功能与效果。
6总结
通过库区伏流洞施工方案的优化与调整后的施工情况来看，虽增设一条260余m的隧洞，但总的工程量较投标有较大幅度减小，其施工难度大大降低、施工进度加快、施工安全得到有力保证、工程投资有较大幅度节省，工程达到预期的使用功能与效果，且低水位隧洞的洞渣直接转运上坝填筑，取得洞挖出渣与坝体填筑施工双赢效果，并最终取得良好的社会经济效益，充分说明方案优化是正确的。