论文部分内容阅读
摘要：混凝土拱圈梁广泛应用于公路及城市桥梁工程中，水利水电工程隧洞中钢拱架喷护混凝土形成混凝土拱圈梁的施工也比较常见，但竖井中运用混凝土拱圈梁的案例极为罕见。察汗乌苏水电站调压井竖井开挖过程中采用混凝土拱圈梁加强井壁支撑，对整个井壁的稳定起到了良好的效果，保证了施工安全，确保了施工进度。
关键词：察汗乌苏水电站；竖井；混凝土拱圈梁
中图分类号：TV331文献标识码： A
1.工程概述
察汗乌苏水电站工程位于新疆维吾尔自治区巴音郭勒蒙古自治州和静县境内的开都河上，是开都河中游河段水电规划九个梯级中的第七个电站。该水电站调压井布置在引水隧洞末端和压力钢管洞首端间，采用阻抗、地埋式布置，竖井为圆形断面，开挖直径30m，井顶高程1672.30m，井底高程（隧洞段底板高程）1593.20m，垂直高差达79.1m，采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度从顶至底分别为1.5m、2.0m、2.5m。
竖井围岩主要为微风化～新鲜岩体，仅上部有少量强风化和弱风化岩体，岩体中断裂构造不发育，主要为小断层及裂隙，岩体完整性较好，多呈中厚层状结构，围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类，断裂带或裂隙密集带为Ⅳ类，稳定性较差～基本稳定。其中Ⅱ类约占15%，Ⅲ类约占65%，Ⅳ类约占20%。
2.施工背景
（1）井口拱圈梁
①根据现场开挖后围岩揭露情况，井口5m高度范围围岩以千枚岩夹板岩为主，强风化，主要发育顺层裂隙及层面、层理，且性状较差，多充填岩粉及锈膜，主要发育一组裂隙L1组，其产状NW280～295°NE∠42°，受L1组及层面影响，靠山体侧及靠河侧井壁稳定性较差。
②竖井开挖支护施工自上而下进行、混凝土施工自下而上进行，竖井施工时段长，由于围岩为千枚岩夹板岩，岩体大多呈块裂结构且顺层裂隙发育，只进行浅层支护不足以确保长期暴露的井口稳定，竖井施工时存在较大安全隐患。
（2）井壁拱圈梁
根据井壁开挖后围岩揭露显示，井壁围岩岩体相对较完整，但局部受结构面切割，稳定性较差，靠山体侧和靠河侧井壁存在几条大小不等、分布不均、裂隙深浅不一的大致为铅向向下延伸的断层带且裂隙较发育。施工过程中，岩体受结构面切割及发育裂隙影响，浅层支护完成后出现裂隙微张现象，局部因块裂结构岩体影响出现掉块现象，给竖井施工带来较大安全隐患。
3.施工方案
（1）井口拱圈梁：井口上部5m范围在半径方向扩挖2m，然后采用C25钢筋混凝土浇筑至原设计的喷护混凝土轮廓线处。
（2）井壁拱圈梁：从井口拱圈梁下部开始计算，净距离每隔10m高差将井壁2m高度范围在半径方向扩挖20cm，然后制作四榀格栅钢拱架布置在扩挖段内，将四榀格栅钢拱架用钢筋连接成整体后喷护C20混凝土填满扩挖段至原设计的喷护混凝土轮廓线处形成拱圈梁。
（3）原设计的井壁挂网钢筋在拱圈梁处贯穿拱圈梁且与拱圈梁钢筋焊接成整体。
4.主要施工方法
4.1井口拱圈梁施工
（1）井口扩挖
井口上部5m范围在半径方向扩挖2m，将原设计的开挖直径30m增加到34m。扩挖段在该段原设计结构部分开挖完成后进行，首先测量队根据要求放出轮廓线位置并做出明显标记，扩挖轮廓线采用光面爆破，5m高度的铅向轮廓线造孔和2m宽度的水平轮廓线造孔均采用手风钻机进行，孔距分别为弧长60cm和40cm。中间爆破孔只在半径为16.2m处布置一排，采用D7液压履带钻机造孔，孔距为2m。
（2）井圈混凝土施工
井圈混凝土衬砌高度为5m，厚度为2m，内圈半径为15m，外圈半径为17m，在内外圈各布置一层钢筋网，水平筋均采用Φ25钢筋，立筋均采用Φ22钢筋，混凝土标号为C25W6F200二级配。
井圈混凝土分两层进行浇筑，每层厚度为2.5m。模板采用自制定型大型钢模板，定型大型钢模板宽×高为3m×3m，由20块3015钢模板组合拼装焊接而成，其中宽度方向为10块，高度方向为2块，拼装模板背面竖向采用16#槽钢、横向采用8#槽钢加固连接。混凝土在拌和系统集中拌制，搅拌运输车运输，直接通过溜筒入仓浇筑。
4.2井壁拱圈梁施工
（1）开挖方法
每段井壁拱圈梁高度为2m，开挖时单独作为一层进行，首先由测量队放出原设计开挖轮廓线并作好详细、明显标识，采用手风钻机向弧外以1:0.2坡比角度从原设计开挖轮廓线处开钻先开挖上部1m高度，上部1m范围欠挖部分采用手持风镐处理完后下部1m高度直接用手风钻机按照扩挖轮廓线造垂直孔。扩挖部分所有手风钻机造孔均采用光面爆破。
（2）格栅钢拱架施工
每段井壁拱圈梁扩挖段高度为2m，布置四榀格栅钢拱架，每榀格栅钢拱架断面尺寸为25cm×25cm，4个角主筋分别采用1根Φ28钢筋，箍筋为直径12mm圆钢、间距30cm，拱架四个面箍筋间对角采用直径12mm螺纹钢蛇形连接。四榀拱架均匀布置在扩挖段内并用直径25mm螺纹钢作为连接筋以100cm为间距将四榀拱架连接为整体。最后采用C20喷护混凝土喷厚30cm将扩挖段喷满至原设计喷护混凝土轮廓线形成混凝土拱圈梁起到对井壁的支撑加固作用。
格栅钢拱架具体布置型式详见下图：格栅钢拱架布置型式图。
（3）挂网钢筋施工
为确保井壁挂网喷护的整体性，挂网钢筋在格栅钢拱架安装且固定牢固后进行施工。原设计的井壁挂网钢筋在井壁拱圈梁处仍按原设计布置位置穿过格栅钢拱架向下延伸，挂网钢筋与格栅钢拱架钢筋交叉位置采用扎丝绑扎牢固后进行喷护混凝土喷护施工。
5.效果分析
由于该调压井竖井开挖直径达到30m，深度近80m，属于大直径、大深度竖井开挖，井壁岩石的稳定是开挖施工顺利进行的保证。
（1）针对井口围岩条件差，稳定性差的特点，井口5m高度范围采用钢筋混凝土浇筑在井口形成井圈拱圈梁技术措施后，有效保证了井口围岩的长期稳定，确保了竖井施工安全。
（2）井壁增加拱圈梁并将挂网钢筋设置在拱圈梁内，使喷护混凝土的挂网钢筋与拱圈梁连成整体，不但因拱圈梁的存在增加了井壁围岩的稳定性，而且因网喷混凝土钢筋与拱圈梁的整体连接增强了网喷混凝土的牢固性，避免了因向下延伸发育裂隙的影响对网喷混凝土的连续破坏，确保了竖井施工安全，是竖井施工进度顺利进行的有效保证。
6.结语
察汗乌苏水电站调压井竖井混凝土拱圈梁的有效应用，有效地提高了岩体抗破坏能力，保障围岩稳定，成功地解决了井壁围岩稳定性差给竖井施工带来的安全难题，同时也打破了混凝土拱圈梁或钢拱架施工的部位界限。可供今后水电、煤矿等大中型竖井设计及施工借鉴和参考。
作者简介
杨小华（1980-），男，四川宜宾人，工程师，从事水利水電工程施工技术与管理工作。
关键词：察汗乌苏水电站；竖井；混凝土拱圈梁
中图分类号：TV331文献标识码： A
1.工程概述
察汗乌苏水电站工程位于新疆维吾尔自治区巴音郭勒蒙古自治州和静县境内的开都河上，是开都河中游河段水电规划九个梯级中的第七个电站。该水电站调压井布置在引水隧洞末端和压力钢管洞首端间，采用阻抗、地埋式布置，竖井为圆形断面，开挖直径30m，井顶高程1672.30m，井底高程（隧洞段底板高程）1593.20m，垂直高差达79.1m，采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度从顶至底分别为1.5m、2.0m、2.5m。
竖井围岩主要为微风化～新鲜岩体，仅上部有少量强风化和弱风化岩体，岩体中断裂构造不发育，主要为小断层及裂隙，岩体完整性较好，多呈中厚层状结构，围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类，断裂带或裂隙密集带为Ⅳ类，稳定性较差～基本稳定。其中Ⅱ类约占15%，Ⅲ类约占65%，Ⅳ类约占20%。
2.施工背景
（1）井口拱圈梁
①根据现场开挖后围岩揭露情况，井口5m高度范围围岩以千枚岩夹板岩为主，强风化，主要发育顺层裂隙及层面、层理，且性状较差，多充填岩粉及锈膜，主要发育一组裂隙L1组，其产状NW280～295°NE∠42°，受L1组及层面影响，靠山体侧及靠河侧井壁稳定性较差。
②竖井开挖支护施工自上而下进行、混凝土施工自下而上进行，竖井施工时段长，由于围岩为千枚岩夹板岩，岩体大多呈块裂结构且顺层裂隙发育，只进行浅层支护不足以确保长期暴露的井口稳定，竖井施工时存在较大安全隐患。
（2）井壁拱圈梁
根据井壁开挖后围岩揭露显示，井壁围岩岩体相对较完整，但局部受结构面切割，稳定性较差，靠山体侧和靠河侧井壁存在几条大小不等、分布不均、裂隙深浅不一的大致为铅向向下延伸的断层带且裂隙较发育。施工过程中，岩体受结构面切割及发育裂隙影响，浅层支护完成后出现裂隙微张现象，局部因块裂结构岩体影响出现掉块现象，给竖井施工带来较大安全隐患。
3.施工方案
（1）井口拱圈梁：井口上部5m范围在半径方向扩挖2m，然后采用C25钢筋混凝土浇筑至原设计的喷护混凝土轮廓线处。
（2）井壁拱圈梁：从井口拱圈梁下部开始计算，净距离每隔10m高差将井壁2m高度范围在半径方向扩挖20cm，然后制作四榀格栅钢拱架布置在扩挖段内，将四榀格栅钢拱架用钢筋连接成整体后喷护C20混凝土填满扩挖段至原设计的喷护混凝土轮廓线处形成拱圈梁。
（3）原设计的井壁挂网钢筋在拱圈梁处贯穿拱圈梁且与拱圈梁钢筋焊接成整体。
4.主要施工方法
4.1井口拱圈梁施工
（1）井口扩挖
井口上部5m范围在半径方向扩挖2m，将原设计的开挖直径30m增加到34m。扩挖段在该段原设计结构部分开挖完成后进行，首先测量队根据要求放出轮廓线位置并做出明显标记，扩挖轮廓线采用光面爆破，5m高度的铅向轮廓线造孔和2m宽度的水平轮廓线造孔均采用手风钻机进行，孔距分别为弧长60cm和40cm。中间爆破孔只在半径为16.2m处布置一排，采用D7液压履带钻机造孔，孔距为2m。
（2）井圈混凝土施工
井圈混凝土衬砌高度为5m，厚度为2m，内圈半径为15m，外圈半径为17m，在内外圈各布置一层钢筋网，水平筋均采用Φ25钢筋，立筋均采用Φ22钢筋，混凝土标号为C25W6F200二级配。
井圈混凝土分两层进行浇筑，每层厚度为2.5m。模板采用自制定型大型钢模板，定型大型钢模板宽×高为3m×3m，由20块3015钢模板组合拼装焊接而成，其中宽度方向为10块，高度方向为2块，拼装模板背面竖向采用16#槽钢、横向采用8#槽钢加固连接。混凝土在拌和系统集中拌制，搅拌运输车运输，直接通过溜筒入仓浇筑。
4.2井壁拱圈梁施工
（1）开挖方法
每段井壁拱圈梁高度为2m，开挖时单独作为一层进行，首先由测量队放出原设计开挖轮廓线并作好详细、明显标识，采用手风钻机向弧外以1:0.2坡比角度从原设计开挖轮廓线处开钻先开挖上部1m高度，上部1m范围欠挖部分采用手持风镐处理完后下部1m高度直接用手风钻机按照扩挖轮廓线造垂直孔。扩挖部分所有手风钻机造孔均采用光面爆破。
（2）格栅钢拱架施工
每段井壁拱圈梁扩挖段高度为2m，布置四榀格栅钢拱架，每榀格栅钢拱架断面尺寸为25cm×25cm，4个角主筋分别采用1根Φ28钢筋，箍筋为直径12mm圆钢、间距30cm，拱架四个面箍筋间对角采用直径12mm螺纹钢蛇形连接。四榀拱架均匀布置在扩挖段内并用直径25mm螺纹钢作为连接筋以100cm为间距将四榀拱架连接为整体。最后采用C20喷护混凝土喷厚30cm将扩挖段喷满至原设计喷护混凝土轮廓线形成混凝土拱圈梁起到对井壁的支撑加固作用。
格栅钢拱架具体布置型式详见下图：格栅钢拱架布置型式图。
（3）挂网钢筋施工
为确保井壁挂网喷护的整体性，挂网钢筋在格栅钢拱架安装且固定牢固后进行施工。原设计的井壁挂网钢筋在井壁拱圈梁处仍按原设计布置位置穿过格栅钢拱架向下延伸，挂网钢筋与格栅钢拱架钢筋交叉位置采用扎丝绑扎牢固后进行喷护混凝土喷护施工。
5.效果分析
由于该调压井竖井开挖直径达到30m，深度近80m，属于大直径、大深度竖井开挖，井壁岩石的稳定是开挖施工顺利进行的保证。
（1）针对井口围岩条件差，稳定性差的特点，井口5m高度范围采用钢筋混凝土浇筑在井口形成井圈拱圈梁技术措施后，有效保证了井口围岩的长期稳定，确保了竖井施工安全。
（2）井壁增加拱圈梁并将挂网钢筋设置在拱圈梁内，使喷护混凝土的挂网钢筋与拱圈梁连成整体，不但因拱圈梁的存在增加了井壁围岩的稳定性，而且因网喷混凝土钢筋与拱圈梁的整体连接增强了网喷混凝土的牢固性，避免了因向下延伸发育裂隙的影响对网喷混凝土的连续破坏，确保了竖井施工安全，是竖井施工进度顺利进行的有效保证。
6.结语
察汗乌苏水电站调压井竖井混凝土拱圈梁的有效应用，有效地提高了岩体抗破坏能力，保障围岩稳定，成功地解决了井壁围岩稳定性差给竖井施工带来的安全难题，同时也打破了混凝土拱圈梁或钢拱架施工的部位界限。可供今后水电、煤矿等大中型竖井设计及施工借鉴和参考。
作者简介
杨小华（1980-），男，四川宜宾人，工程师，从事水利水電工程施工技术与管理工作。