一种竖井式尾水调压室平洞开挖施工方法与流程

1.本发明属于水利水电工程建设施工技术领域，尤其水利水电建设中大型洞室开挖设计技术领域，具体涉及一种竖井式尾水调压室平洞开挖施工方法。


背景技术：

2.大型地下水电站一般会布置尾水调压室用于机组发电尾水的调压，尾水系统采用“两机一室一洞”的布置方式，尾水调压室下部由一道中隔墙分隔为二室。隔墙以上洞室贯通，按照正常洞室进行开挖，隔墙以下为井挖。尾水调压井跨度大，技术复杂、工序多、施工干扰大，施工难度高。
3.现有技术中大型地下水电站竖井式尾水调压室主要采用井挖方式进行开挖，先形成溜渣井，爆破后石渣采用竖井溜渣至尾水隧洞内，经尾水洞或尾水连接管出渣至渣场；开挖中调压井内的机械通过在尾水调压室顶部设置的桥机吊运至调压井内。现有方法存在以下不足：竖井式开挖井口直径大，安全防护困难，施工人员人身安全难以保证，安全隐患突出；大型机械进入调压井内吊运过程中存在一定的安全风险；大型机械设备不能完全在调压井内布置，施工进度缓慢，不能满足总进度计划目标；随着调压井的下挖深度越来越深，需要设置临时爬梯供施工人员上下作业，而爬梯位置只能在开挖区内设置，每次爆破时需拆除爬梯或者加强防护，通道布置困难，人员上下通道安全隐患大。


技术实现要素：

4.本发明针对以上现有技术中的不足公开了一种竖井式尾水调压室平洞开挖施工方法。本发明通过竖井式尾水调压室采用平洞开挖施工方法，有效的降低了施工过程中存在的各种风险，充分利用大型机械设备进入尾水调压井进行施工，加快了施工进度，减少了施工设备的投入。
5.本发明通过以下技术方案实现：
6.一种竖井式尾水调压室平洞开挖施工方法，所述竖井式尾水调压室包括顶拱、中隔墙及其分隔形成的平行并联布置的左调压室和右调压室，其特征在于：开挖采用平洞开挖施工方法，由上至下分层、各层分区开挖；其中：
7.将中隔墩以下左调压室和右调压室分别采用由上至下分层逐级开挖，开挖中设置“之”字型临时斜坡道，作为开挖支护的施工通道；设置尾调中支洞、两个中隔墙联系洞、尾调下支洞作为各调压室与外界的连通通道；“之”字型临时斜坡道最大坡度小于17％；
8.开挖均采用液压钻、潜孔钻分层分梯段开挖，利用大型机械装载机、反铲、自卸汽车出运渣。
9.本发明竖井式尾水调压室由上至下分层最大分层高度小于12.5米，由上至下依次是：第ⅰ层为顶拱层；第ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、ⅵ层为左调压室和右调压室由上至下逐级分层；第ⅶ、
ⅷ
层为尾水连接管层。
10.进一步第ⅰ层开挖采用尾调通风洞连接布置斜坡施工通道。
11.进一步第ⅱ、ⅲ层开挖设置“之”字型临时斜坡道与上层汇水洞和尾调通气洞连接布置，斜坡道最大坡度15.8％，作为第ⅱ、ⅲ层挖运施工通道。
12.进一步第ⅲ、ⅳ、v层开挖设置“之”字型临时斜坡道与尾调中支洞及一联系洞连接布置，斜坡道最大坡度17％，作为第ⅲ、ⅳ、v层挖运施工通道。
13.进一步第
ⅴ
、ⅵ层开挖设置“之”字型临时斜坡道与尾调下层施工支洞及一联系洞连接布置，斜坡道最大坡度14％，作为第
ⅴ
、ⅵ层挖运施工通道。
14.进一步第ⅶ、
ⅷ
层开挖采用尾水连接管作为挖运施工通道。
15.本发明竖井式尾水调压室平洞开挖施工方法将尾水调压井石方井开挖调整为平洞分层分区开挖；根据分层高度在调压井四周设置连通外部的连通通道并在尾水调压井内设置“之”字型临时斜坡通道，作为开挖支护的施工通道。本发明施工方法解决了溜渣井口防护难的问题，能够确保施工人员的安全，能够充分利用大型机械设备，降低石方井挖使用桥机吊运机械设备上下的安全风险；施工中不需要设置人员上下通行的爬梯通道，减少了使用通道的安全隐患；本发明施工方法能够加快现场施工进度，提高施工质量，有效降低施工成本，确保总体施工进度满足要求。
附图说明
16.图1是本发明实施例尾水调压室开挖分层横向示意图；
17.图2是本发明实施例尾水调压室开挖分层纵剖面图。
18.图中，1是隔墙，2是结构预裂线，3是开挖尾水调压室，4是尾水连接管，5是保护层，6是分层线，7是施工斜道；其他标记，1#联通洞，2#联通洞，ⅰ至
ⅷ
是分层层数，图中各空心箭头表示开挖方向，百分数表示施工斜道坡度。
具体实施方式
19.下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
20.本发明施工方法在某沟水电站尾水调压室开挖施工中应用，该水电站尾水调压室位于主变洞下游，与主厂房、主变洞平行布置，与主变洞之间岩柱厚42.00m。尾水系统采用“两机一室一洞”的布置方式，调压室下部由一道中隔墙分隔为二室，二机共用一室，中隔墙厚14.60m，顶高程2009.50m，中隔墙以上二室连通，调压室顶拱高程2030.75m，尾水调压最大开挖尺寸166.1m
×
24.0
×
79.75m(长
×
宽
×
高)，采用圆拱直墙型断面布置，开挖采用分层分区方式进行。尾水调压室开挖及喷锚支护工程量大、工序繁多、技术和施工质量要求高，且与周边施工项目相关联。尾水调压室跨度24.00m，其工程量大、技术复杂、工序多、施工干扰大，施工难度较高。
21.采用本发明施工方法，该水电站尾水调压室开挖在克服受不利地质条件影响停工3个月影响的提交下，仍然提前合同工期5个月完成施工。不仅节约了施工成本，也大大缩短了施工工期。
22.下面以某沟水电站尾水调压室开挖施工为例对本发明施工方法进行进一步详细说明。
23.在某沟水电站尾水调压室开挖施工中，将调压室中隔墩以下石方井挖调整为平洞分层分区开挖，并在尾水调压井内设置“之”字型临时斜坡道，作为开挖支护的施工通道，增加尾调中支洞、中隔墙1#、2#联系洞、尾调下支洞作为调压井与外界的连通通道。平洞开挖均采用液压钻、潜孔钻分层分梯段开挖，利用大型机械装载机、反铲、自卸汽车出运渣，加快了施工进度，满足总进度计划目标。
24.如图1、2所示：根据洞室结构布置分层并设置相应的施工通道。
25.第i层施工通道：尾调通风洞；
26.第ⅱ、ⅲ层施工通道：厂房上层汇水洞及尾调通气洞承担第ii层全部挖运任务，并承担第iii层50％挖运任务，尾水调压室内设置“之”字型临时斜坡道，斜坡道最大坡度15.8％，作为第ⅱ、ⅲ层挖运通道。
27.第ⅲ、ⅳ、v层施工通道：尾调中支洞及1#联系洞承担第iii层剩余50％挖运任务，承担第ⅳ层全部挖运任务，承担第v层50％挖运任务，尾水调压室内设置“之”字型临时斜坡道，斜坡道最大坡度17％。
28.第
ⅴ
、ⅵ层施工通道：尾调下层施工支洞及2#联系洞承担第v层50％挖运任务，及第vi层全部挖运任务，尾水调压室内临时斜坡道最大坡度14％。
29.第ⅶ、
ⅷ
层施工通道：1#～4#尾水连接管，分层开挖。
30.具体施工过程说明如下：
31.(1)第ⅰ层。
32.1)分层分区：尾水调压室第ⅰ层开挖高程为el.2030.75～el.2019.00，总高度为11.75m，分为四区进行开挖，
ⅰ‑
1区为中导洞(el.2030.75～el.2021.00)开挖，断面尺寸为12m
×
9.75m(宽
×
高)，
ⅰ‑
2区为中导洞底板岩台减底开挖，断面尺寸为12m
×
2.0m(宽
×
高)，
ⅰ‑
3、
ⅰ‑
4区为上下游侧扩挖(el.2029.45～el.2019.00)，扩挖宽度6m。
33.2)开挖参数：尾水调压室第ⅰ层开挖采用yt28手风钻钻孔，自制2台平台车为施工平台，开挖设计轮廓线采用光面爆破，采用液压反铲进行危石清理，采用侧卸装载机配合25t自卸汽车出渣。中导洞及上下游侧ⅱ、ⅲ类围岩循环进尺2.8～3.5m，ⅳ类围岩循环进尺控制在2.2～2.8m左右；中导洞底板岩台开挖循环进尺为4m。
34.3)技术控制：
35.尾水调压室第ⅰ层开挖遵循“预支护、短进尺、弱爆破，及时支护、早封闭、勤量测的施工原则，以确保洞室的稳定。
36.尾水调压室顶拱层开挖时，一次揭露的跨度尽量小、开挖揭露结构面应及时做好临时和系统支护，支护应及时跟进或紧跟掌子面。
37.为减小爆破对围岩扰动，在进行第ⅰ层爆破施工时必须严格控制单响药量，以降低爆破振动影响，确保围岩整体稳定。
38.底板岩台采用手风钻造竖直孔，周边光面爆破，分段开挖长度为4m。
39.(2)第ii层。
40.1)分层分区：尾水调压室第ii层开挖总体施工方案为周边结构线深孔预裂+薄层开挖，中隔墙部位底板预留保护层3m，梯段爆破开挖分为
ⅱ‑
1区和
ⅱ‑
2区。其中，第
ⅱ‑
1区开挖高度6.0m；第
ⅱ‑
2区开挖高度为4.5m。
41.2)开挖参数：尾水调压室第ⅱ层施工通道为尾调通风洞、尾调连接洞及厂房上层
汇水洞。考虑到第ⅱ层施工通道问题，结合尾水调压室总体结构布局，第ⅱ层开挖高度确定为10.5m(el.2019.00～el.2008.50)。永久边墙部位深孔预裂爆破开挖采用100y潜孔钻机垂直钻孔一次成型爆破，钻孔时搭设造孔定位样架，确保边墙开挖成型质量。
42.3)技术控制：
43.尾水调压室中隔墙部位底板保护层开挖采用yt28手风钻进行钻孔施工，尽量减小爆破对中隔墙的损坏。
44.尾水调压室第ⅱ层边墙结构线部位预裂爆破孔采用100y潜孔钻钻孔，
ⅱ‑
1区和
ⅱ‑
2区梯段爆破采用液压钻机钻孔，液压反铲进行边墙危石清理，开挖石渣采用侧卸装载机配合25t自卸汽车出渣。
ⅱ‑
1区和
ⅱ‑
2区报层开挖循环进尺10m。
45.为减小爆破对围岩扰动，在进行第ⅱ层爆破施工时必须严格控制单响药量，以降低爆破振动影响，确保围岩整体稳定。
46.尾水调压室第ⅱ层边墙结构线钻孔应搭设样架，样架应具有足够的刚度稳定性，样架搭设前应测量放样，搭设完成，钻机就位后应测量校核钻机孔位，钻孔校正完成后，加固钻机，进行钻孔施工。
47.(3)第ⅲ～
ⅴ
层。
48.1)分层分区：尾水调压室第ⅲ～
ⅴ
层施工通道为厂房上层汇水洞、尾调中支洞、尾调下支洞。考虑到第ⅲ～
ⅴ
层施工通道问题，结合尾水调压室总体结构布局，第ⅲ层开挖高度确定为10.0m(el.2008.50～el.1998.50)、第ⅳ层开挖高度确定为7.0m(el.1998.50～el.1991.50)、第
ⅴ
层开挖高度确定为11.0m(el.1991.50～el.1980.50)。
49.2)开挖参数：尾水调压室第ⅲ～
ⅴ
层永久边墙部位深孔预裂爆破开挖，每层开挖采用100y潜孔钻机钻孔一次成型爆破，钻孔时搭设造孔定位样架，确保边墙开挖成型质量；中部主爆孔采用d7液压钻机梯段钻爆。
50.尾水调压室第ⅲ～
ⅴ
层边墙结构线部位预裂爆破孔采用100y潜孔钻钻孔，中部主爆孔采用d7液压钻机梯段爆破，液压反铲进行边墙危石清理，开挖石渣采用侧卸装载机配合25t自卸汽车出渣。开挖循环进尺10m。
51.3)技术控制：
52.为减小爆破对围岩扰动，在进行爆破施工时必须严格控制单响药量，以降低爆破振动影响，确保围岩整体稳定。
53.尾水调压室边墙及中隔墙边墙结构线钻孔应搭设样架，样架应具有足够的刚度稳定性，样架搭设前应测量放样，搭设完成，钻机就位后应测量校核钻机孔位，钻孔校正完成后，加固钻机，进行钻孔施工。
54.(4)第ⅵ～
ⅷ
层。
55.尾水调压室第ⅵ层开挖分层高度为11.5m，1#、2#尾调井均分为7区开挖。ι区为φ3m溜渣井(与ⅶ层贯通)及溜渣井扩挖，ⅱ～ⅶ区为梯段爆破开挖及底板预留保护层开挖。
56.尾水调压室第ⅶ层开挖高度为9.0m，前期已完成尾水岔管中导洞开挖，主要为保护层开挖，分为3小层，采用yt28手风钻(竖直孔)钻孔，由尾水连接管或1#、2#尾水洞作为出渣施工通道。
57.尾水调压室第
ⅷ
层开挖高度为9.0m～9.5m，分为2小层进行开挖，
ⅷ‑
1层为梯段爆破开挖，
ⅷ‑
2层的底板保护层开挖，分层高度分别为6.5m、2.5～3m，由1#～4#尾水连接管或
1#、2#尾水洞作为出渣施工通道。