摘要:本文主要论述了水电站引水随动地热相关处理措施,从引水隧洞的环境和施工布置及安全措施等进行分析,并提出相关的处理措施。
关键词:水电站 引水隧洞地热处理 安全措施
中图分类号:[TM622]文献标识码: A 文章编号:
1、188金宝博平台概述
我局主要承担四川乡城水电站首部枢纽188金宝博平台合同项目的施工,其中包括引水隧洞S0+000~S3+600(全长3600m)段的施工等。洞身开挖断面为马蹄形断面,过流断面为圆形,采用钢筋混凝土衬砌及喷混凝土衬砌两种衬砌型式,混凝土衬砌厚度:30cm、40cm、50cm三种,纵坡i=0.0026,内径为6.0m、7.8m;该引水隧洞洞段共分三个工作面施工。由于该引水隧洞洞身较长,工作量较大,工期紧张,因而隧洞开挖、隧洞衬砌与灌浆作业存在平行交叉作业的重叠施工时段。引水隧洞S3+600以前段因洞内温度高、渗水量大等原因,严重影响了我部188金宝博平台进度。为改善洞内施工环境,提高工作效率,特制定本方案。
2、地质描述
(1)地质概况
引水隧洞沿线为构造剥蚀类型的高原高山区,山体地形多以条形山为主,海拔高程约3500~4830m。进水口至尚拥村,地面为一宽缓的阶地,地势相对平缓,坡度较小,地表高程在3000~3050m左右,隧洞上覆岩体厚度一般为50~100m。尚拥村至水洼村,山势较高,起伏变化大,山体坡度较大,一般在40~60°,坡顶平缓处为冰水堆积阶地,引水隧洞上覆岩体厚度绝大部分在100m之上,最大厚度达400m。引水线路分布2条区域性断层,分别为乡城断层(F50)和雨洼断层(F51),小断层以近南北向断裂为主,少量为北西向。隧洞区地下水主要为基岩裂隙水和构造裂隙水。沿洞线冲沟发育,多常年流水,绝大部分隧洞处于地下水位之下。
进水口洞脸岩体岩性为板岩夹砂岩,局部有炭质板岩,岩体强~弱风化,裂隙较发育,且上覆岩体较单薄,洞轴线与岩层走向夹角较小,对围岩稳定不利,需做好支护措施。洞身段大部份为IV~V类围岩,其岩性多为炭质板岩与泥质板岩,节里发育,裂隙密集,岩石非常破碎。在施工中应采取可靠的施工工艺并进行监测、支护,以满足围岩稳定和变形要求。
(2)地热成因
引水隧洞沿线物理地质现象较发育,分布高程较高。除风化、卸荷外,主要以坍滑、泥石流、冻土及冰冻为主。我局所施工的引水隧洞首部(S0+000~S3+600)因一些特殊的地质因素,该洞段存在地热现象。业主在招标时未考虑到此类不良地质因素的存在,使我局目前的施工难度较大。据相关资料可查,地热形成原因为:
地球是一个庞大的热库,蕴藏着巨大的热能,地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃~1300℃。地球可以看作是半径约为6370km的实心球体。地球的构造主要分为三层:地球的外表是“地壳”,它的厚度各处很不均一,由几千米到70km不等。地壳的下面即中间层也叫“地幔”,它主要是由熔融状态的岩浆构成,厚度约为2900km。地壳的内部相当于蛋黄的部分叫做“地核”,地核又分为外地核和内地核。
3、隧洞施工环境
引水隧洞Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段均采用手风钻在架子台车上钻爆全断面开挖成型,周边采用光面爆破控制,爆破石渣采用2.2m3侧卸装载机装10t自卸汽车运到指定渣场。出渣完毕后,用CAT320反铲处理工作面安全,并清除掌子面下部残渣,为下一循环的开挖创造条件。隧洞通道底部垫渣采用CAT320反铲(1m3)装10t自卸汽车运到指定渣场。洞身混凝土用钢模台车进行浇筑,由拌和系统集中拌制,6m3混凝土搅拌运输车水平运输,HBT-60混凝土输送泵泵送入仓。
引水隧洞S0+000~S3+600段由于特殊地质条件,如地热及地下水丰富等因素,使隧洞的施工难度增大,施工效率降低,施工成本增高。由于隧洞围岩地热的存在,地下水的温度也随之增高。据温度计实测,隧洞开挖掌子面顶拱处温度50℃,掌子面下部温度47℃,洞身地下水平均温度43℃,1#施工支洞洞口温度38℃。根据能量守恒定律,隧洞内环境温度也相应上升,洞内环境温度平均在45℃左右;再加之乡城电站海拔约3000m的特殊地理坏境条件,严重影响我部工作效率。隧洞内施工人员与设备在此环境下施工,设备利用率大大降低,施工效率大大减损。另外,由于地热的存在,炭质板岩变得非常破碎,隧洞塌方的频率增高。
为此,为增强施工效率,提高施工质量,加快施工进度,我局拟采取增设通风井、增设隧洞风机、增设喷雾机与制冷机,同时增加排水设备等措施来满足隧洞施工需要。
4、道路布置
除现有施工道路外,1#、2#通风竖井施工需新增2条施工便道,便道宽4m,S1便道长约345m,S2便道长约430m,两条便道长约780m,便道开挖方量按实计。
5、施工通风
引水隧洞以压入式通风为主,通风机采用SDF-NO11(2×75kw)隧道施工专用对旋轴流通风机,通风管采用硬质风管。
主风机(2×75kw)布置在1#施工支洞进口,进入引水隧洞后,通风管沿引水隧洞引水隧洞每延伸300m左右距离即设置1台风机(2×55kw)与前面的风机进行接力通风,以保证风速和风压不低于施工通风散烟的要求。
6、施工排水
(1)第一施工段
引水隧洞洞口高程为2917.50m, S0+1000.00处高程为2915.5m,比引水隧洞洞口低2.00m,S0+024.85~S0+1000.00段需水泵排水。
在S0+050桩号布置20m3水箱一个,配置1台37kw水泵。沿隧洞左侧布置φ150钢管,用15kw潜水泵将工作面积水抽到水箱内集中,然后再用37kw水泵水泵排到洞外。
(2)第二施工段
1#施工支洞洞口高程为2928m,与主洞交叉点高程2912.086m,高差15.9m,而S0+1000桩号点高程2915.50m ,由于1#施工支洞上游工作面是顺坡开挖,地下水及施工废水可通过排水沟或在底部垫渣下面埋设φ150钢管自流流至交叉口集水井中,然后用15kw潜水泵将自流到交叉点的积水抽到集水箱(20m3)中。在集水箱处配置2台55kw水泵,沿1#支洞右侧布置φ150钢管,然后再通过两台55KW的水泵排到洞外。
(3)第三施工段
S2+162.245~S3+600.00施工段,在S2+162.245桩号布置20m3水箱一个,配置两台55kw水泵,沿1#支洞右侧布置φ150钢管。工作面附近的积水通过15kw潜水泵抽到集水箱中,然后用两台55kw水泵排到洞外。
7、安全保证措施
杜绝各类重大事故,施工死亡事故为零,职业病发病率为零,重伤事故控制在0.6‰ ,轻伤事故控制在2‰ 。不发生重大人身伤亡事故;不发生重大施工机械设备损坏事故;不发生重大火灾事故;不发生负同等级及以上责任的重大交通事故。
针对本188金宝博平台的安全管理,我局将严格贯彻执行党和国家有关职业健康安全生产方针、政策,认真贯彻执行《安全生产法》,以及我局《安全生产管理方法》,坚持“安全第一,预防为主,防管结合”。