土石方开挖与支护施工方案

广东粤电宏发水电站工程土建工程施工土石方开挖与支护施工方案11工程简介广东粤电宏发水电站位于广东省英德市境内，装机容量50MW，是一座利用长湖水库弃水进行发电的水电站工程。长湖水库是一座以发电为主、兼顾灌溉、航运的综合利用水电枢纽工程，主要由大坝、左岸输水隧洞、地下厂房、地面开关站及永久公路等组成，工程规模为Ⅱ等大(2)型。新建宏发水电站布置在大坝右岸下游，为单机单变的独立系统。电站由长湖水库（已有）、新建引水系统、厂房系统及永久路桥等组成。引水系统由电站进水口、引水隧洞、调压井、压力管道组成，引水系统中心线总长529.621m，其中无压段长3.032m（进水口拦污栅前），有压段长526.589m。有压段以调压室闸门槽中心线（桩号0+437.182）为界，前为压力引水道，后为压力管道。压力引水道中心线长455.721m（其中引水隧洞长439.833m，进水口有压段长15.887m），压力管道中心线长70.869m。引水隧洞内径7.5m，采用钢筋混凝土衬砌。调压井为阻抗式开敞圆筒型钢筋混凝土结构，内设快速事故闸门，闸门门槽兼做阻抗孔。调压井底下对应洞段为7.5m×7.5m矩形断面（桩号0+431.882～0+443.342），前后各接14m长的方圆渐变段，均采用钢筋混凝土衬砌。调压井后渐变段末端至厂房上游侧的管段为钢衬段（桩号0+457.342～0+509.855），管道内径7.5m，长36.514m，在厂前通过16m长渐变段将7.5m内径的圆断面渐变为12.4m×9.1m（宽×高）的蜗壳进口断面。厂房系统由地面主厂房、副厂房以及地面升压站组成。厂房采用岸边式地面厂房的型式，布置于大坝下游右岸约400m处。厂房纵轴走向为NE675911，与引水压力管道轴线垂直，平面尺寸（长×宽）为38.5m×23.0m。升压站由主变压器场、出线架场和GIS开关组成，其中变压器场与出线架场布置在厂房上游靠山侧，占地面积为497.7m2，场地高程45.0m。GIS开关室布置于大坝下游左岸长湖1#、2#机开关站旁边，平面尺寸为12.6m×12.0m，场地高程52.5m。由于厂区开挖会破坏原有灌溉渠，为保证下游灌溉，采用隧洞+箱涵+U型槽的形式连接上下游渠道，总长为96.04m。隧洞为圆拱直墙断面，净高3.4m、净宽2.2m，圆拱中心角为180°，长54.74m。箱涵为2.5m×2.5m的方形断面，长21.30m。U型槽断面尺寸为2.5m×2.5m，长19.99m。整个灌溉渠改造均采用钢筋混凝土结构。本工程为Ⅱ等大(2)型工程，其主要建筑物如引水系统建筑物、厂房系统建筑物为2级，次要建筑物如灌溉引水涵洞、排洪涵为3级，临时建筑物为4级。工程于2011年3月30日开工，总工期为18个月。广东粤电宏发水电站工程土建工程施工土石方开挖与支护施工方案22工程地质2.1区域地质概况工程区位于英德市东面雪山嶂~三姐妹山的中南部，属粤北中低山丘陵区，地势自北东向南西倾斜，山脉多为北东—南西向展布，山体较雄厚，植被茂盛。在区域东、西两侧分布南北向溶蚀盆地，北江干流从区内西侧由北向南通过，工程所在的滃江由北东向南西贯穿区内，在英德市区汇入北江。本区出露地层有；下古生界（Pz1）青灰色砂岩及灰色页岩；泥盆系下中统桂头群（D1-2gt）灰白色、灰红色砂岩、石英砂岩、千枚状砂岩、砂质千枚岩及页岩；石炭系下统大塘阶（C1ds）含燧石结核的生物石灰岩、隐晶质灰岩、泥质岩、细粒石英砂岩夹劣质煤层；下第三系丹霞群（Edn）砾岩及粉砂岩；第四系（Q）坡积、坡洪积、冲洪积层砂质粘土、粉质粘土、细砂及砾石。地质构造：区内主要发育2条北东向的南山断层及神前断层和北西向的吴坑顶断层，断层带宽约10m~30m，挤压破碎，延伸较短。区域内未见大的地震迹象发生，工程区位于区域稳定区。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001比例1:400万），本场区50年超越概率10%，地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为6度。2引水隧洞工程地质评价经工程地质勘察，对引水隧洞作如下工程地质评价：（1）进水口段：嗽叭口直接接冲沟，基础为弱风夹强风化岩，覆盖层较薄，约2m左右，为淤泥，建议挖除。闸门井为岸边塔式，地面高程67m~76m，山坡坡度45°~50°，较陡，从上向下为1m左右坡积层，3m左右全风化和1m左右强风化，以下为弱风化岩夹强风化，基础为弱风化岩，工程地质条件较好。洞脸边坡为顺向坡，地层为中缓倾角，小于山坡坡度，加之该段断层裂隙发育，岩体破碎，稳定性差，应加强边坡支护处理措施。弱风化岩进洞，进洞点上覆弱风化岩厚约20m，弱风化带夹有较多全-强风化夹层，风化不均，陡倾角裂隙极发育，岩石支离破碎，洞口发育f69、f72两条断层，宽0.1m~1m，强风化状，胶结较差,倾向反坡向，对洞脸边坡稳定影响不大，对隧洞围岩稳定有一定影响，需加强支护，进洞口段0m~25m为Ⅴ类围岩，25m~39mⅣ类围岩，地下水位高程54.82m，设计进洞底板高程约39.5m，洞径7.5m，需全断面钢支撑进洞，成洞条件稍差。（2）洞身段：隧洞（桩号0+039.00m~0+509.855m）：埋深12m~71m左右，桩号0+039.00m~0+484.00m广东粤电宏发水电站工程土建工程施工土石方开挖与支护施工方案3隧洞围岩为弱风化状，上覆弱风化岩厚度0m~40m，岩体破碎，夹有全-强风化夹层，岩石透水率较低，为Ⅲ、Ⅳ围岩；桩号0+484m~0+509.855m隧洞围岩为强风化状，上覆强风化岩厚度11m~17m，透水性较强，为Ⅳ~Ⅴ类围岩。通过隧洞线的断裂有f62、f63和f74三条，f62规模较大，宽0.5m~3.0m，全-强风化状，胶结差，与洞线夹角80°，对围岩稳定有影响，需做好围岩支护工作；f63、f74规模小，宽0.1m~0.5m，与洞线夹角45°~75°，对围岩稳定影响小，断层带、风化夹层及过沟段为Ⅳ~Ⅴ类。调压井所处位置地面高程75m~115m，山坡坡度45°~50°，较陡，从上向下为4m左右坡积层，4.7m左右全风化带和25.3m左右强风化带，以下为弱风化带，强风化带夹有较多全风化及弱风化岩，陡倾角裂隙发育，岩石破碎，工程地质条件较差。洞脸边坡为顺向坡，地层为中缓倾角，小于山坡坡度，该段多为风化土边坡，稳定性差，应加强边坡支护处理措施。调压井围岩分类从上向下为：0m~17mⅤ类围岩；17m~54.16mⅣ类围岩。（3）洞线布置离现有大坝右坝头截水墙位置最近距离约15m，截水墙底部高程约24m，低于隧洞底板高程41.5m，由于大坝右岸山体单薄，三面临空，裂隙极发育，岩体破碎，引水隧洞的爆破开挖，对大坝原有防渗效果可能会产生一定不利影响，需做好防渗处理。2.3厂房区工程地质评价宏发水电站采用引水式岸坡厂房，厂址位于大坝下游约340m。厂址地形相对较开阔平坦，右侧冲沟有一定水量，需做好排水措施。厂房后边坡地形较陡，覆盖层薄，局部基岩裸露，边坡高度大于90m，山坡坡度30°~50°，节理裂隙发育，断层走向与厂房轴线（边坡走向）夹角约50°，岩层走向与厂房轴线（边坡走向）夹角约25°，裂隙、断层、层理互相切割，岩体被切割成块体，有少量不稳定岩块，厂基开挖对边坡稳定有一定影响。所以施工中应注意做好边坡支护和清除不稳定体的工作，建议对厂后高陡边坡进行喷锚加固处理。厂址上覆坡积层较薄且分布范围小，地面多为弱-强风化千枚状砂岩及千枚岩，岩质较坚硬，完整性一般，承载力较高，断层规模较小，胶结较好，作一般处理即可，厂房工程地质条件较好。3施工总体布置根据各隧洞的长度、地质条件、工期等因素，施工中必须遵循“弱爆破、短进尺、少扰动、强支护、稳扎稳打”的指导思想。灌溉洞和引水洞根据实际围岩状况采用全断面或广东粤电宏发水电站工程土建工程施工土石方开挖与支护施工方案4环形开挖预留核心土法开挖。隧洞口段围岩堆积体较破碎，埋深较浅地质条件较差，按设计该段拱顶部分采用Φ25mm锚杆超前支护。进洞前先进行边仰坡开挖及支护，并做好防排水实施，以保证进洞安全。灌溉洞在施工之前先做好施工平台的整理及边坡的防护，并做好防排水措施，以确保施工顺利进行。同时，需做好隧洞的施工监控量测工作，隧洞施工过程中拱顶下沉、周边收敛等各项现场监控量测项目，能为掌握围岩力学形态变化、支护结构工作状态，提供重要依据，从而达到优化设计、指导施工、预报险情的目的，为隧道最终建成提供安全可靠性分析。（1）供水、供风、供电系统在灌溉隧洞出口方向冲沟外侧平整场地，布置一台22m3/min空压机，在其旁边设20m3蓄水池一座。从长湖电站生活区往空压机处架设一条380V电路线作为灌溉隧洞及调压井场地开挖用电，并在该处设配电房。待引水隧洞的施工支洞口围堰修筑完之后，再择场地安放空压机及变压器等设施，进行施工支洞及引水隧洞的施工。（2）隧洞内通风排水及电力线路敷设在施工支洞左侧设一台75KW射流风机通风。隧洞动力线、照明线安装在右侧的起拱线部位。高压水管和高压风管安装在右侧临时水沟上方。隧洞底部设置施工道路，洞内排水在掌面由水泵抽水排到洞外，做好道路横向排水坡，确保道路平顺、不积水。（3）隧洞口洞外防护及排水工程本隧洞在洞口外均需做好引、排水和防护设施，防止水害及山体滑坡、落石，确保施工安全。4主要施工方法本隧洞按新奥法原理施工，灌溉隧洞出碴采用装载机倒碴到洞外装车倒运到碴场。施工支洞及引水隧洞，调压井采用装载机及自卸车出碴，通风方式采用机械通风。隧洞洞口围岩破碎段，采用环形开挖预留核心土法开挖施工，超前支护采用φ50注浆小导管或Φ25砂浆锚杆，系统锚杆为φ25组合注浆锚杆或Φ22砂浆锚杆、喷射砼、钢筋网和钢架联合支护。钻孔采用手持风动凿岩机打眼、装药爆破，装载机配自卸车出碴，初期支护及液压衬砌台车二次衬砌施工。实施掘进（钻、爆）、出碴（装、运、卸）、喷锚（锚、喷）、衬砌（拌、运、灌、捣）等四条机械化作业线。广东粤电宏发水电站工程土建工程施工土石方开挖与支护施工方案54.1土石方明挖施工本工程土石方开挖工程约21万m3，主要集中在引水隧洞与进水口、调压井、发电厂房及永久交通工程部位。土石方明挖施工时将根据实际地形及开挖体型，开挖施工时按自上而下分层开挖的方式进行。开挖顺序为：施工道路及集渣平台修建场地清理土方开挖石方钻爆开挖保护层开挖。4.1.1场地清理施工前测量放出设计开挖边线，对开挖范围内的原始地形、地貌进行复测，核实开挖原始断面，确定开挖及清理范围，人工配合液压反铲清理开挖区内的植被、杂物，并在开挖开口边线外做好排水沟。清理的植被、杂物，表土等，按监理工程师指定位置堆放。4.1.2土方开挖自上而下分层进行开挖，分层高度6～12m。高处采用人工或反铲开挖，甩渣至下部集渣平台，装载机挖装，20t自卸汽车运输弃渣。下部开挖时，反铲、推土机经施工道路进入工作面，反铲直接挖装或配合推土机推集，装载机挖装，20t自卸汽车运至业主指定的位置堆放。土方边坡采用反铲按设计边坡剥离，人工配合修坡。4.1.3石方开挖石方开挖采用手风钻浅孔爆破和深孔梯段爆破结合的开挖方式，自上而下、边坡预裂、分层开挖，按钻孔、爆破、出渣等各道工序依次进行，形成多工作面流水作业。石方开挖施工程序见下图。工作面平整测量放线、布孔装药、爆破推渣至集渣平台钻机钻孔安全处理石方开挖施工程序框图装载机挖装下一循环反铲挖装自卸车运输弃渣广东粤电宏发水电站工程土建工程施工土石方开挖与支护施工方案6（1）浅孔爆破开挖出口边坡开口处以及工作面狭窄、不便大型钻机施工等部位，采用手风钻钻孔，边坡预裂施工，分层高度1～3m。爆破参数根据现场实验确定。（2）梯段开挖大面积石方开挖采用大型钻机进行深孔梯段爆破，大面积爆破梯段高度结合相临马道高差而定，两层马道间预裂一次成形。梯段开挖出渣分层高度为4～6m。采用微差爆破，孔径φ90mm，爆破孔间排距为3.0m×2.0m，其他爆破参数根据现场实验确定。为减小爆破对边坡破坏，爆破孔与预裂孔间设一排缓冲孔。爆破采用毫秒延期非电微差起爆网络，最