二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的设计与施工

二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的设计与施工

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时间:2018-09-22

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1、二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的设计与施工鲁智敏1,甘国华2(1.二滩水电工程公司,四川攀枝花617000;2.中国人民武装警察部队水电第三总队,四川成都610036)   摘 要:二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞两个大断面隧洞的斜交构成了一个复杂的地下空间结构。该结构的稳定和安全,是确保6号机组按期发电及运行期安全的根本保证。该交汇段的支护设计采用三维有限元分析方法,确定了合理的支护范围及支护措施,保证了开挖工作的顺利进行;此外,对于交汇段的长期稳定,考虑将2号尾水洞延伸至导流洞内,形成洞中有洞的格局,并通过结

2、构分析计算,确定采用钢筋混凝土衬砌的结构形式。二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的设计与施工具有一定的参考价值,可供类似工程借鉴。   关键词:二滩水电站;交汇段;开挖与支护;钢筋混凝土;设计与施工1概述   为减少地下开挖工程量,降低造价,二滩水电站2号尾水洞在设计上考虑部分利用左岸导流洞的出口段作为其出口段。左岸导流洞及2号尾水洞设计开挖断面分别为20.5m×25.0m和19.5m×18.5m,两洞以斜交的方式构成了一个巨大而复杂的地下空间结构,交叉口处最大断面为38.48m×17.50m。该交汇段地处坚硬完整

3、的玄武岩内,岩体物理力学指标E=35GPa,γ=0.17,最大主应力30MPa,方位N26°E。从早期导流洞及2号尾水洞开挖揭示的地质情况看,该区域主要发育有两组陡倾角及两组缓陡倾角节理:(1)N70°WNE∠70°;(2)N35°~45°ENW∠65°;(3)N10°ENW∠15°~20°;(4)N50°ESW∠30°。由于这些节理的存在,致使导流洞在交汇段的开挖平均超挖1.5m左右;又因交汇段处于高地应力区,早期开挖过程中还伴随有岩爆现象发生。2开挖程序与支护设计2.1交汇段开挖程序及开挖方法   交汇段开挖前,2号

4、尾水洞顶拱及台阶开挖已分别至0+191.49和0+176.49,边墙及顶拱混凝土衬砌至0+167.244和0+151.313。此时导流洞正处于施工导流期,洞内水位为1016.72m。在交汇区地段导流洞混凝土衬砌后的过水断面为17.5m×23.0m,2号尾水洞与左导交汇处最大断面达38.48m×17.50m。由于该交汇段的施工处于6号机发电的关键线路上,为确保交汇段开挖岩体的稳定及施工安全,在交汇段开挖前,先从尾水调压井交通洞开挖一个平行于导流洞的锚索施工支洞,通过该支洞对交汇段的顶拱区域预先进行加固处理。   交汇段的开

5、挖程序为:(1)拱部开挖。由于拱部断面尺寸大,拱部的开挖分Ⅰ~Ⅳ区进行,开挖后立即进行喷锚支护;(2)台阶开挖。台阶高度为12m,分两层开挖,每层台阶高约6m,每层开挖后立即进行边墙的喷锚支护。交汇段开挖程序见图1(A)。   交汇段的开挖在导流洞下闸并排除洞内积水后进行。拱部开挖采用Atlas两臂钻钻孔,光面爆破,轮式装载机配合30t自卸汽车出渣。为解决开挖爆破后2号尾水洞内的排烟问题,导流洞下闸后,在拱部1019.00m高程处先开挖一个小洞作为通风排烟孔。台阶开挖采用潜孔钻、梯段爆破方式进行。此外,在2号尾水洞与左岸

6、导流洞边墙开挖贯穿前,为确保不至损坏开挖线以外原导流洞的左边墙混凝土,从导流洞一侧沿开挖线用手风钻钻一些周边孔,孔深穿过左导边墙混凝土,间距约0.15m,间隔装药、分段进行预裂爆破。交汇段开挖期间,由于其它承包商正在离交汇段较近的左导堵头进行封堵混凝土施工,因此,整个交汇段开挖过程中严格控制装药量,以减少爆破振动对邻近结构的影响、保证交汇段的开挖质量。由于采用的方法恰当、措施有力,交汇段的开挖质量令人满意。2.2支护设计2.2.1交汇段开挖支护设计   交汇段早先设计的开挖支护措施一般采用直径32mm、长度8m、间距1.

7、5m交错布置的系统锚杆并喷10cm厚素混凝土。由于交汇段是一个复杂的大跨度空间结构,考虑到3台机组共用1个尾水洞的重要性以及交汇段剩余工程的施工又处于6号机发电的关键线路上,承包商对此部位岩体的开挖稳定及安全极为重视。为保证交汇段开挖稳定及安全,确定合理的岩石开挖支护措施,承包商专门聘请了一名资深的地质工程师,采用三维非线性弹塑有限元分析法,根据地应力、围岩分类、岩体物理力学指标以及各结构面的分布情况,研究了交汇段在施工期和运行期的围岩稳定性。根据分析结果和结论,确定了交汇段最终施工采取的开挖支护方式见图1(B)。   

8、交汇段开挖支护分3个阶段进行:(1)先从尾调交通洞开挖一个平行于导流洞的锚索施工支洞(断面2.5m×2.5m),通过该支洞对交汇段的顶拱区域预先进行加固处理。主要采用7根75t和3根45t的锚索,深入导流洞拱部混凝土内50cm,下部灌浆长度不小于6 m,然后从上部张拉;(2)交汇段拱部开挖过程中,拱部采用长度11m、

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