锦屏一级水电站出线竖井移动平台双提升系统施工

云南水力发电　１２８　Ｙ１Ⅱ　ＡＮ　ＷＡｎ　Ｐ（　ＥＲ　第２８卷　第１期　锦屏一级水电站出线竖井移动平台双提升系统施工　张开雄，赖流元　（水利水电第十四工程局有限公司路桥市政工程分公司，云南昆明６５００５１）　摘要：通过对工期、围岩特点的分析，采取了合理分区，加大一次扩挖洞径，二次扩挖采用移动大平台双提升系统的施工方案，有　效解决了高地应力围岩强度相对较低的大理岩竖井施工中的围岩岩爆、蠕变等问题。该措施加快了竖井施工进度。。　关键词：锦屏一级电站；出线竖井；移动大平台；双提升系统；施工技术　中围分类号：１３４５５．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—３９５１（２０１２）０１—０１２８—０４　ＩＸ）Ｉ：１０．３９６９／３．ｉｓｔｍ．１００６—３９５１．２０１２．０１．０４０　１工程概述　１．１工程概况　ＧＩＬ电缆联系洞是从主变室第二副厂房下游边　墙纵０＋１８２桩号、高程１　６４６．９０　ｍ处开口，先以　锦屏水电站两条出线竖井布置于主变室下游侧　中部，为主厂房永久出线通道，其断面直径为ｌ３．１Ｏ　１１．１１８％的坡度升坡开挖２３．８０　ｍ，转弯后再以同样　的坡度升坡开挖至高程１　６５６　Ｉｎ，最后水平开挖至１　ｍ，底板高程为１　６５５．８０　ｉｎ，顶部高程为１　９０７．００　ｍ，　井高２５１．２　ＩＩ１，洞室轴线间距３１．７　ｍ。出线竖井底　部通过出线下平洞、电缆联系洞与主变室相接，上部　通过出线上平洞与高程１　８８５　ｉｎ出线平台相接。　两条出线洞上平洞位于出线竖井的顶部，底板　高程为１　８８５　ｍ，两条出线洞上平洞的尺寸均为　２８．１５　ｍ×１１．７　ｍ×２２　ｍ（长×宽×高），在两侧边墙　的高程１　８９９．９　ｉｎ处均设有岩台。由一条联系洞将　两条出线洞上平洞连接，其尺寸为１９．６　ｍ×７．８５　号出线竖井。其开挖断面尺寸为３．１０　ｍ　Ｘ　３．２２　ＩＩ１　（宽×高）城门洞型断面。　１．２工程地质　两条出线竖井布置于第３、４、５层厚层状大理岩　内，围岩类别以Ⅲ，类为主，近顶部卸荷岩体段属　Ⅲ　～Ⅳ。类围岩，断层及煌斑岩发育段属Ⅳ。类围　岩。应注意中下部发育的‘。断层、煌斑岩脉、竖井　深埋段高地应力问题，以及局部掉块，特别是　断　层及煌斑岩脉遇裂隙切割形成的不稳定块体。厂区　内地应力高，最大主应力　量值普遍在２０～３０　ＭＰａ　ｍ×１７．５７　ｍ（长Ｘ宽×高）。出线拼装洞经扩挖后作　为出线洞上平洞的施工通道，其渐变断面尺寸为　１１．７０　ｍ（宽）×１０．５５　ｍ（高）～１１．７０　１１１（宽）×　１７．５７　ｍ（高）。　１７号施工支洞从泄洪洞０＋７４４．２５桩号开口，　以２％的升坡开挖至②出线竖井（至竖井轮廓线后　继续开挖９　ｍ），长约７６．６　ｍ；１８号施工支洞从１７号　施工支洞０＋３０．６桩号上游边墙开口，以２％的升坡　之间，最大值达３５．７　ＭＰａ；最大主应力（　．）方向较稳　定，一般为Ｎ３０￣一６０。Ｗ，与区域应力场方向基本一　致。　２出线竖井开挖施工　２．１出线竖并开挖施工方案　２．１．１工期情况　由于该工程中坝肩开挖滞后１年多致使出线竖　开挖至①出线竖井（至竖井轮廓线后继续开挖９　ｍ），长约３０．４　ｍ；两条施工支洞的开挖断面均为６．５　ｉｎ×６．０　ｍ（宽×高），总长度为１０７　ｍ。　第二层排水廊道ＰＳ２０＋００１．２５～０＋１４５段是　出线竖井扩挖的出渣通道，ＰＳ２０＋００１．２５　０＋０９７　段扩挖的断面为５．５　ＩＴＩ×５．０　ｍ（宽×高），ＰＳ２０＋　１０２～０＋１４５段扩挖的断面为８．０　ｍ×７．０　ｍ（宽×　高），ＰＳ２０＋０９７～０＋１０２段为渐变段。　＊收稿日期：２０１１—０８—２０　井开工滞后１年多，图纸也滞后提供了１年多。蓝　图中竖井顶部的结构也较原投标文件发生了变化，　致使出线上平洞无法直接完成出线竖井顶部的开　挖，因此顶部开挖方案调整后，工期进一步滞后。为　保证出线竖井工期不影响发电目标，需要加快竖井　施工进度。另外由于出线竖井工期滞后，出线竖井　施工与主变室施工在进度上存在相互干扰，出线竖　作者简介：张开雄（１９７５一），男，云南大理人，工程师，主要从事土建施工技术工作。　张开雄，赖流元锦屏一级水电站出线竖井移动平台双提升系统施工　１２９　井施工时段内主变室难以保证竖井施工的通道。　２．１．２围岩特点及变形情况　１）围岩特点。结合锦屏一级电站已开挖导流　洞、辅助洞、各施工支洞、及地下厂房其它先期开挖　的洞室群开挖后的情况研究与分析，厂区高地应力　条件下强度相对较低的大理岩变形存在如下特点：　①在岩石相关完整部位，开挖后１２　ｈ至１年以后均　有岩爆或由于地应力引起的片绑、内鼓、弯折或其它　掉块等现象。②在高地应力条件下，围岩的松弛深　度随时问的推移，松弛深度不断加深。　２）围岩变形情况研究。对锦屏一级电站地下　厂房洞室群开挖后围岩的分析和研究，高地应力地　区强度相对较低的大理岩存在如下特点：在高地应　力的作用下，围岩的变形呈现弹性变形的同时，随着　时间的推移，围岩也呈现蠕变状态，未加约束则围岩　蠕变直至发生蠕变破坏，蠕变破坏一般会由围岩表　层往里不断发展，因此必须注意对表层围岩的保护　和加固。围岩应力释放分为强烈释放阶段和缓慢持　续的释放阶段，与主应力垂直的相对完整的围岩地　段，在开挖后即强烈释放应力，出现岩爆或霹雳破　坏，然而在岩爆或霹雳破坏阶段结束后应力仍会持　续释放，围岩开始产生蠕变，围岩的松驰深度会不断　加深，围岩表面的裂缝随着增多增大，围岩会出现折　断、片绑。最后会再次发生破坏或使围岩失稳。　２．１．３开挖原则确定　根据上述特点，针对围岩的特点及本工程竖井　的工期情况确定开挖原则为：分区开挖，逐步释放围　岩应力；控制围岩表面掉块，防止应力进一步集中破　坏；允许围岩变形，适时进行初期支护，提高支护效　果；约束围岩蠕变量级，确保洞室稳定；增加工作面，　加快施工进度。　２．２出线竖井井身开挖支护　２．２．１施工方案　根据上述分析研究和确定的施工原则，为满足　工期要求、施工期间的安全和洞室的稳定，该工程采　取了在出线竖井穹顶开挖支护期间同步进行下部井　身第一次扩挖施工，加快了施工进度。研究了移动　大平台双提升系统的开挖支护施工方案，锚杆支护　滞后开挖工作面２～４排炮，喷混凝土施工紧跟开挖　工作面，解决了高地应力低强度围岩条件下竖井适　时支护的问题，同时该方案也加快了施工进度。在　分区开挖方面采取了反井钻机、１次扩挖、２次扩挖　的施工方案，使地应力在开挖过程中得到逐步适放，　确保工程安全。合理的进行分区，１次扩挖导井采　用　６．０　ｍ直径，解决了大断面竖井最终扩挖时的扒　渣难题，加快了施工进度。本工程竖井开挖支护具　体方案如下：　１）增加ｌ７号、１８号施工支洞，扩挖下部２层排　水廊道。作为出线竖井穹顶施工期间竖井高程　１　８２１　１３１以下竖井的施工通道。　２）出线上平洞施工完成后采用反井钻机施工　竖井　１．４　１１３的先导井。然后在进行出线竖井穹顶　施工时利用１７号、１８号施工支洞及２层排水廊道进　行　６．０　ｎｌ直径的竖井高程１　８２１　ｉｎ以下第１次扩挖　施工，第１次扩挖施工采用提升吊篮自下而上钻爆　法扩挖施工。　３）穹顶施工完成后进行　６．０　ｍ直径竖井高程　１　８２１～１　８８５　１１１段的第１次扩挖施工，第１次扩挖施　工采用自下而上钻爆法扩挖施工。　４）第１次扩挖施工完成后，采用移动大平台双　提升系统钻爆法从上而下进行出线竖井２次扩挖及　支护施工。采用大移动平台，双提升系统施工，开挖　后及时封闭围岩，待地应力有一定程度的释放后再　利用移动大平台施作锚杆，一般情况下锚杆施工滞　后开挖工作面，锚杆施工同开挖爆破施工平行作业。　提升系统中的小吊笼进行材料运输及作为人员上下　的施工通道，移动大平台主要负责锚杆施工。有效　的解决了竖井中锚杆滞后施工与开挖平行作业，及　时处理地应力造成的变化需进行的加强支护以及加　快进度的问题。　３施工方案及措施要点　３．１提升系统方案　３．１．１提升系统组织成　提升系统由移动大平台吊笼、小吊笼、安全盘、　卷扬机、限位器、防坠器、井口平台、吊点支撑梁、重　量限制器、定滑轮等组成。大移动平台吊笼直径９．５　ｎｌ，小吊笼尺寸为１．１　ｍ×１．５　ｍ×３．０　ｍ，大移动平　台和小吊笼为各自独立的提升系统。其中吊装支撑　梁布置与高程１　９０１　ｎｌ岩壁吊车梁处，即定滑轮至出　线竖井底部垂直高度为２４０　１２１，设计大吊笼施工平　台由两台ＪＭ一１０，９　ｍ／ｍｉｎ型卷扬机和ｊＩ２８钢丝绳　提升；小吊笼由１台ＪＭ一５，９　ｍ／ｍｉｎ型卷扬机和ｊ６２２　钢丝绳提升，大吊笼钢丝绳作为小吊笼稳绳和制动　绳。　３．１．２提升系统设计的要点　移动大平台多提升系统设计重点是：大平台运　行时的平衡和旋转控制措施，平台上钻爆施工时平　１３０　云南水力发电　２０１２年第１期　台的稳定措施，平台运行时的安全措施。　１）提升系统设计要点。提升系统卷扬机和钢　丝绳的选取主要根据系统本身自重（含钢丝绳、吊　笼、滑轮等等）和提升系统载重量、运行时的动载来　进行选取，钢丝绳安全系数　大于ｌ４。同时需对　吊点支撑梁、岩壁吊车梁等进行荷载验算。　提升系统配置防坠器、上限位器、下限位器、重　移动大平台双提升系统二次扩挖示意图见图ｌ。　①出线洞上　洞　量限制器等安全设施。　采用声信号和光信号的组合。有从井底信号工　给卷扬机司机的信号装置，即井底、井口、卷扬机司　机声光信号同步。信号装置必须与卷扬机的控制回　路相闭锁，只有在信号工发出信号后，卷扬机才能启　动。同时配置对讲器作为辅助信号。　２）大平台运行时的平衡和旋转控制措施。移　动大平台提升系统采用双卷扬机，卷扬机上设置同　步器，大平台上设置动滑轮，动滑轮固定在大平台梯　形支架上。另外，在移动大平台中间设置堆料区，在　堆料区设置固定堆料装置，防止堆料偏压致使大平　台偏斜。　在大平台外周边焊接防旋转钢筋与竖井周边竖　向焊接下的钢筋共同形成移动大平台的防旋转装　置。　３）平台上钻爆施工时平台的稳定措施。为防　止在平台上反复造孔施工的振动对提升系统各连接　部件、钢丝绳、滑轮、上部支撑梁的影响，以及施工人　员至大平台边缘施工时对平台的偏压，在大平台四　周设置钢丝绳吊装装置及钢丝绳，当大平台处于施　工装态时，大平台四周钢丝绳与系统锚杆连接，并用　紧绳器紧固，使四周钢丝绳承担平台重量及施工荷　载。　３．１．３提升系统运行　移动大平台主要作为锚杆和特殊情况下喷混凝　土使用的施工平台，该平台不能用于物资的吊运。　施工时根据作业部位上下移动至施工部位，利用平　台吊点上钢丝绳固定后进行施工作业。　移动大平台下部设置安全吊盘，安全吊盘主要　用于盖住一次扩挖时的导井，确保施工人员安全，该　吊盘的吊装为活动式，爆破及扒渣作业时安全吊盘　挂到大移动吊盘提升系统后动行至竖井井口平台，　钻爆及喷锚作业时，安全吊筋盖到一次扩挖导井井　口。　小吊笼主要负责人员和材料的运输，人员和材　料必须分开运送，严禁人员和材料在同１吊笼中运　送，一般情况下，人员到工作面后，再进行材料运送。　围１　出线竖井移动大平台双提升系统二次扩挖示意图　３．２竖井施工措施要点　３．２．１一般施工措施要点　竖井扩挖规格线控制，从洞外控制网经测量导　线引控制点到井口附近，在井口平台布置激光准直　仪，利用激光束导向掌子面，井下用钢尺放样，并定　期检查准直仪的精度，同时检查上１排炮的超欠挖　情况。　采用手风钻造垂直孔，光面爆破。每排炮扒渣　完成后将安全盘安放到一次扩挖导井口，并检查确　认安放稳固后施工人员方能至工作面进行钻爆作　业。　由于１次扩挖导井直径达６　ｍ，因此，２次扩挖　时采用人工扒渣。人工扒渣完成后，采用装载机配　合自卸车出渣。　喷混凝土、挂网、随机锚杆施工在排炮开挖后进　行支护，系统锚杆支护滞后开挖３—５排炮后同开挖　作平行作业。　锚杆施工采用手风钻造孔，锚固剂或普通水泥　砂浆注浆，人工安装锚杆；每排炮后，下部出渣，上部　工作面在移动大平台上进行锚杆施工。　张开雄，赖流元锦屏一级水电站出线竖井移动平台双提升系统施工　１３１　喷混凝土施工时，用吊笼将材料运至工作面，采　用喷锚机放置在开挖工作面进行施喷。　３．２．２特殊部位施工要点　１）隧洞交叉部位措施。出线洞上平洞与联系　洞交叉部位，１７号、１８号施工支洞与出线竖井相贯　处，第２层排水廊道与出线竖井相贯处，ＧＩＬ电缆联　系洞与出线竖井相贯处等等，均需采用“短进尺、弱　爆破”的方法。因上述与竖井相交叉的洞室开挖已　提前完成，因此，在竖井开挖至相交洞室部位前与竖　井相交的洞室需完成系统支护，并在洞口增设锁口　锚杆。　２）高地应力部位的施工要点。①反井钻机钻　１．４　ｍ导孔、人工手风钻扩挖至６　Ｉｌｌ，最后再扩挖到　设计断面，实现分区开挖，逐步卸荷。②由于应力释　放持续时间较长，部分洞段在开挖初期未发生岩爆，　而在后期发生片绑、内鼓、弯折或其它掉块等现象。　因此，在开挖后及时进行混凝土初喷封闭，视实际情　况打设随机预应力锚杆或带垫板锚杆，限制岩爆烈　度。待释放一部分应力后再进行系统喷锚支护或进　行挂网喷混凝土，一般在开挖３—５排炮，再进行锚　杆支护施工，约束蠕变破坏。③在开挖前对顶拱易　发生岩爆的部位布置超前锚杆，超前锚杆参数为：　声２５、Ｌ＝４．５　ｍ，间距１．０—１．５　ＩＴＩ，外倾５ｏ～１５ｏ。　３．３安全措施　１）提升系统严格采取限载措施。对井口平台、　小吊笼提升系统、大移动平台提升系统均严格按照　设计要求载物、运输，定期清理大移动平台上堆放的　杂物、喷锚回弹料等。　２）严格提升系统运输程序。系统运行时，先将　喷机及钻机利用移动大平台底盘增设的吊环牢固固　定于大平台中间，然后将大平台运行到工作面。大　平台停放稳定后，采用小吊笼运输人员，人员到工作　面后再用小吊笼运送其它材料到工作面。施工完成　后，施工人员将设备和剩余部分材料固定于大吊笼　中间，由小吊笼将多余材料运输至井口，然后人员再　通过小吊笼离开工作面，最后将大吊笼吊起。　３）所有移动大平台上运输的材料均必须堆放　于移动大平台中间的材料运输堆放区，并固定牢固　后方能启动提升系统进行运输。　４）２次扩挖井口措施。２次扩挖前须先进行锁　口支护，锁口支护采用增设两圈锁口锚杆及挂网喷　混凝土支护。竖井井口采用工字钢横梁搭设全封闭　平台（中间预留吊物孔），上铺满５　ｉｎｍ厚的花纹钢　板，防止洞口碎石等坠落伤人。　５）１次扩挖导井防护措施。为防止人员坠落或　坠物，１次扩挖的声６．０　ＨＩ导井井口采用安全盖盖　紧，安全盖采用　２５钢筋按间排距１１３０哪制作１方　型框架（长、宽均为６．５　ｍ），≯６．５钢筋网覆盖，铺满　薄木板。安全盖在爆破和扒渣时由设在移动大平台　上的装置吊离，扒渣完成后盖至井口，并作固定。　６）安全检查。每１排炮、每个班均应安排专人　进行安全检查，安全检查处理人员按顺序进行以下　工作：检查处理井内照明，检查吊笼卷扬机上下起动　正常，检查钢丝绳、滑轮支撑梁等提升系统的情况。　提升系统正常后乘座吊笼（或通过井壁爬梯）进入井　内，从上往下检查清理井壁浮渣危石，检查处理井内　通信，检查修复井壁破损爬梯，检查清理移动吊盘被　卡物，检查吊盘卷扬机上下起动正常，吊盘下降定　位，检查处理瞎炮。　７）扒渣安全措施。安全检查处理结束，扒碴人　员进人扒渣，工具为三角耙、撬棍等。所有扒碴人员　在扒渣之前必须系好安全绳，并在第２层排水廊道　内拉起警示带，派专人警戒。为便于扒渣，掌子面挖　成锅底状。扒渣结束立即将安全盖对导井口进行覆　盖。　８）竖井周边随着开挖进度设置通长的施工爬　梯，提升系统异常时作为施工人员安全通道。　４结语　本工程采取了分区开挖，加大一次扩挖的洞径，　加快工期的同时，使地应力在施工过程中得到了逐　步释放，减少高地应力对工程施工的危害。采取移　动大平台双提升系统的施工方案，解决了竖井下挖　后难以对上部已开挖段进行支护的难题。锚杆支护　利用移动大平台适当滞后于开挖工作面，锚杆支护　与开挖平行施工，对围岩的蠕变情况起到了一定程　度的约束，并加快了施工进度，满足工程的安全。目　前锦屏一级电站出线竖井工程已施工结束，工程质　量控制良好。