小浪底地下厂房顶拱的开挖与支护蓄能器

小浪底地下厂房顶拱的开挖与支护

小浪底地下厂房顶拱的开挖与支护 2011年12月09日 来源： 小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市以北40km的黄河干流上，是三门峡以下唯一能够获得较大库容的控制性工程。地下厂房布置在左岸泄水建筑物的西北部，长251.5m，宽25m，顶拱最大开挖宽度26.2m，上覆岩层厚度70～120m。厂房上下游有多条发电洞、母线洞和尾水管洞与主厂房垂直交叉。地下厂房顶拱的施工对整个地下厂房区域的稳定极其重要。　　在地下厂房顶拱拱座附近有3层连续分布的泥化夹层，沿轴线方向分布范围达100多m。顶拱以上有4层泥化夹层，其高程分别为170m、177m、196m、207m。每层厚度为0.5～2.0cm，且连续性较好，对地下厂房顶拱和拱座的稳定极其不利。　　黄委会设计院对地下厂房的支护方案进行核算，保留了地下厂房原设计的一期支护，顶拱及边墙均采用系统张拉锚杆，其直径32mm，间排距1.5m×1.5m，长度6m和8m两种，交错呈梅花形布置，钢筋网喷混凝土厚度20cm，钢筋网为φ8@0.2m×0.2m。在此基础上确认二期支护方案为顶拱1500kN系统预应力锚索。地下厂房顶拱采用喷锚作为永久支护(见图1)。图1　地下厂房顶拱支护及开挖分块1　地下厂房顶拱的开挖与一期支护　　地下厂房顶拱开挖在高程156～165.05m，最大开挖跨度26.2m，分5个断面进行开挖和岩石支护。 1.1　开挖顺序　　地下厂房顶拱跨度较大，围岩稳定性较差。从施工质量控制、施工安全以及施工进度考虑，顶拱分5块开挖(见图1)。厂房顶拱的施工交通洞为8号交通洞(见图2中的No.8 AT)。根据施工设计要求，相邻的前后断面间开挖时最少应有30m的安全距离。为了加快施工进度，各个作业面之间又不互相干扰，并且能够合理利用机械设备，对顶拱开挖施工顺序设计如图2所示：①首先开挖1断面0+00.00～0+75.00；②2、3断面扩挖，桩号为0+37.00～0+52.20，扩挖顺序如图2中A、P，A1～A4为斜向扩挖断面，P1～P12为垂直向扩挖断面；③后续1、2、3断面按图2所示序号进行开挖；④为了进行4、5断面开挖时不影响1、2、3的后续支护作业(锚索施工)，在进行4、5断面开挖前制作一个门式活动脚手架横跨1、2、3断面，以便顺利地进行中间断面的支护。图2　顶拱开挖施工顺序 1.2　开挖循环　　根据新奥法岩石支护理论，为保持洞挖断面周围的初始应力和岩石强度，避免过量的地层移动，必须进行及时支护。因此，开挖后需要及时进行一期支护，使岩石、喷混凝土和岩石锚杆共同组成有效的承载拱。开挖与岩石支护的循环顺序为：开挖放线→钻孔→装药→爆破→撬挖→出渣→喷第1层混凝土→岩石锚杆施工→挂钢筋网→喷第2层混凝土。　　开挖布孔原则是结构面周边孔较密，其它孔较稀。结构面周边孔间距0.5m，中间孔间排距1m，非结构面周边孔(开挖断面周边孔)间距0.9m左右。所有孔均需根据边长进行调整。使用三臂凿岩台车ATLAS 353型液压钻机，正常钻孔深度为4.2m，一般爆破进尺为每循环3.8m。一般情况下结构周边孔每孔装药6×160g(每孔6卷，每卷160g)，非结构周边孔每孔装药17×150g，中间孔每孔装药25×150g，底部孔每孔26×150g。但当地质条件发生变化，就必须根据实际情况调整药量，以保证达到最佳的爆破效果。采用火雷管引爆导爆索及非静电雷管，最后引爆炸药卷。炸药为岩石乳化炸药。爆破后立即排烟，一般排烟0.5h。然后用挖掘机(反铲)进行危石和浮石撬挖，以确保后续施工作业安全。出碴采用 Cat 966Fserle Ⅱ型装载机，配合自卸汽车出碴等级。岩石支护作业首先进行第1层喷混凝土施工，厚度为10cm，喷混凝土C20，初凝时间不大于5 min，终凝时间不大于30min。喷第1层混凝土后进行岩石锚杆施工。若遇到不利地质条件，根据情况可决定打一定数量的随机锚杆(如超前锚杆、结构锚杆等)。接着进行挂钢筋网施工，钢筋网为φ8@0.2m×0.2m，网片尺寸2.0m×2.0m。最后进行第2层喷混凝土，其厚度为10cm。2层喷混凝土共厚20cm。至此，一期支护完成。2　地下厂房二期支护　　地下厂房顶拱1500kN后张预应力锚索由10股公称直径15.24mm的高强低松弛钢绞线组成。钢绞线表面涂防腐剂和润滑油，并用PE塑料管包裹。　　锚索结构分3部分，内锚固段、自由段和外锚头。内锚固段是将锚索承担的全部应力传递给围岩的部分，内锚固段钢绞线外的PE管被剥除，油渍被清洗干净。自由段钢绞线的PE软管不剥除，靠钢绞线与软管间的润滑油可使钢绞线在PE管内滑动。外锚固段进行锚索张拉(施加预应力)和保护端头，它包括混凝土承压板以及外锚头和端帽等。 2.1

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