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土木工程畢業(yè)論文-水利水電工程建筑
摘要:興水之利,謂之水利;利水之力,建二次能源,稱水電;壩、渠道、隧洞、水電站等為體現(xiàn)人類改造,開發(fā)水利水電的水工建筑物。關(guān)鍵詞:水利 水電 水工建筑物
前言
人類到今天,資源變得如此的稀缺性。從發(fā)現(xiàn)資源到開發(fā)資源到資源的枯竭。我們不得不反思“為什么是這樣子?”,答案很明確資源是有限的,而人類的需求是無限的。我們要尋找循環(huán)的、清潔的、環(huán)保的資源是社會發(fā)展的永恒的指南針。
水,作為萬物之源是如此的珍貴。從原始社會到社會,事實(shí)證明,人類的力量是弱小的,但人類的智慧是強(qiáng)大的。作為一個古老而文明的國家,從古到今在水利水電世界上都作出了突出的貢獻(xiàn)。例如:京杭大運(yùn)河、都江堰水利工程、引灤入津及正在建設(shè)的南水北調(diào)等;水電有葛洲壩、劉家峽、小浪底、二灘、三峽等。
中國,作為一個地形地質(zhì)復(fù)雜(幾乎包括世界所有種類的地形地質(zhì))。同樣中國也是一個災(zāi)難重重的國度——自然災(zāi)害頻頻發(fā)生,如旱、澇、泥石流、地震等。人類發(fā)展的也是人類改造自然的歷史。
實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置是我們共同的愿望。此時同時,神州大地將崛起體現(xiàn)人類意志的標(biāo)志性上午建筑。隨著人類對資源的無限需求,作為屬水電工程建設(shè)的每一個人都是一種挑戰(zhàn)(自然、地形、地質(zhì)、氣候更加的復(fù)雜,不便,將付出更大的代價)。然而,我們有信心有進(jìn)步才有發(fā)展,有發(fā)展才可以讓我們騰飛在蔚藍(lán)色的天空之上。
作為普通人接觸的水電工程是看得見摸的著的東西,實(shí)際上它是表面的、膚淺的。而本質(zhì)的靈魂的東西才是它本身最偉大的世界。
萌芽篇
我是一點(diǎn),小小的一點(diǎn)。何為“海”,海納百川,分開則為水與每。也就是我要每天與水接觸;“長”則表示為時間的概念。我出生于一個交通不發(fā)達(dá),電力緊張的地方。人們對水的需求變得怨天尤人。大自然是無情的是隨機(jī)的不會依照人類的意志來執(zhí)行每一次命令。
我只相信一點(diǎn),聚點(diǎn)成線,聚線成面,聚面成體。
篇
我是于2000年進(jìn)入四川電力學(xué)院的,當(dāng)時我的選擇是水工。從小我對水利水電方面就產(chǎn)生很大的興趣,我有時感覺我應(yīng)該屬于這個世界的一樣。我愿用一生來在這個世界行走→飛翔。
在這里,我真正的尋找到了自己的天堂,這里條件很好。有很多實(shí)驗(yàn)室,里面有許多的儀器、模型,了解到水工歷史的具體體驗(yàn)。
那時,老師給了我很多關(guān)心和機(jī)會,我非常的感謝我的父親及所有關(guān)心我的人,他們在我最需要的時候幫了我,給我勇氣面對任何困難,并戰(zhàn)勝它。
本人以施工放來對水電工程的一點(diǎn)理解。
第一章 土石壩施工
土石壩包括各種碾壓式土壩、堆石壩和土石混合壩。土石壩具有就地取材,對壩基地質(zhì)條件要求不高,結(jié)構(gòu)簡單節(jié)約三材和易于施工等優(yōu)點(diǎn)。隨著大型高效機(jī)具的采用,壩體防滲結(jié)構(gòu)和材料的改進(jìn),施工人數(shù)的大量減少,施工工期的進(jìn)一步縮短以及施工費(fèi)用的顯著降低等,為土石壩的發(fā)展開辟了廣闊前景。當(dāng)今國內(nèi)外不僅中低壩廣泛采用土石壩,而且興建的高土石壩也也來也多。砼面板堆石壩的性和快速施工,已成為壩工建設(shè)中具有很強(qiáng)競爭力的一種新壩性,更是使土石壩“錦上添花”。
第一節(jié) 料場規(guī)劃
土石壩施工中,料場的合理規(guī)劃和使用,是土石壩施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一,它不僅關(guān)系到壩體的施工質(zhì)量、工期和工程造價,甚至還會到周圍的農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)。
施工前,應(yīng)配合施工組織設(shè)計,對各類料場作進(jìn)一步的勘探和總體規(guī)劃、分期開采計劃。使各種壩料有計劃、有次序地開采出來,以滿足壩體施工的要求。
選用料場材料的物理力學(xué)性質(zhì),應(yīng)滿足壩體設(shè)計施工質(zhì)量要求,勘探中的可供開采量不少于設(shè)計需要量的2倍。在儲量集中繁榮主要料區(qū),布置大型開采設(shè)備,避免經(jīng)常性的轉(zhuǎn)移;保留一定的備用料場(為主要料場總儲量的20%~30%)和近料場,作為壩體合龍以及搶筑攔洪高程用。
在料場的使用時間及程序上,應(yīng)考慮施工期河水位的變化及施工導(dǎo)流使上游水位抬高的影響。供料規(guī)劃上要近料、上游易淹料先用;遠(yuǎn)料,下游不淹料后用。含水量高料場夏季用;含水量低料場雨季用。施工強(qiáng)度高時利用近料,強(qiáng)度低時利用遠(yuǎn)料,平衡運(yùn)輸強(qiáng)度,避免窩工。對料場高程與相應(yīng)的填筑部位,應(yīng)選擇恰當(dāng),布置合理,有利于重車下坡。作到就近取料,低料低用,高料高用;避免上下游料過壩的交叉運(yùn)輸,減少干擾。
充分合理地利用開挖棄渣料,對降低工程造價和保證施工質(zhì)量具有重要的意義。作到棄渣無隱患,不影響環(huán)保。在料場規(guī)劃中應(yīng)考慮到挖、填各種壩料的綜合平衡,作好土石方的調(diào)度規(guī)劃,合理用料。料場的覆蓋剝離層薄,有效料層厚,便于開采,獲得率高。減少料物堆存、倒運(yùn),作好料場的防洪、排水、防止料物污染和分離。不占或少占農(nóng)業(yè)耕地,作到占地還地、占田還田。
總之,在;料場的規(guī)劃和開采,考慮的因素很多而且又很靈活。對擬定的規(guī)劃、供料方案,在施工中不合適的即使進(jìn)行調(diào)整,以取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
第二節(jié) 土石料開挖運(yùn)輸
土石壩施工中,從料場的開挖、運(yùn)輸,到壩面的平料和壓實(shí)等各項(xiàng)工序,都可由互相配套的工程機(jī)械來完成,構(gòu)成“一條龍”式的施工工藝流程,即綜合機(jī)械化施工。在大中型土石壩,尤其在高土石壩中,實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化施工,對提高施工技術(shù)水平,加快土石壩工程建設(shè)速度,既有十分重要的意義。
一、開挖運(yùn)輸方案
壩料的開挖與運(yùn)輸,是保證上壩強(qiáng)度的重要環(huán)節(jié)之一。開挖運(yùn)輸方案,主要具壩體結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)、壩料性質(zhì)、填筑強(qiáng)度、料場特性、運(yùn)距遠(yuǎn)近、可供選擇的機(jī)械型號等多種因素,綜合比較確定。土石壩施工中開挖運(yùn)輸方案主要有以下幾種。
1.正向鏟開挖,自卸汽車運(yùn)輸上壩
正向鏟開挖、裝載,自卸汽車運(yùn)輸直接上壩,通常運(yùn)距小于10km。自卸汽車可運(yùn)各種壩料,運(yùn)輸能力高,設(shè)備通用,能直接鋪料,機(jī)動靈活,轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力較強(qiáng),管理方便,設(shè)備易于獲得,在國內(nèi)外的高土石壩施工中,獲得了廣泛的,且挖運(yùn)機(jī)械朝著大斗容量、大噸位方向發(fā)展。在施工布置上,正向鏟一般都采用立面開挖,汽車運(yùn)輸?shù)缆房刹贾贸裳h(huán)路,裝料時停在挖掘機(jī)一側(cè)的同一平面上,既汽車魚貫式地裝料與行駛。這種布置形式,可避免或減少汽車的倒車時間,正向鏟采用60°~90°的轉(zhuǎn)角側(cè)向卸料,回轉(zhuǎn)角度小,生產(chǎn)率高,能充分發(fā)揮正向鏟與汽車的效率。
2.正向鏟開挖、膠帶機(jī)運(yùn)輸
國內(nèi)外很多水利水電工程施工中,廣泛采用了膠帶機(jī)運(yùn)輸土、砂石料。國內(nèi)的大伙房、岳城、石頭河等土石壩施工,膠帶機(jī)成為主要的運(yùn)輸工具。膠帶機(jī)的爬坡能力大,架設(shè)簡易,運(yùn)輸費(fèi)用較低,比自卸汽車可降低運(yùn)輸費(fèi)用1 /3~1/2,運(yùn)輸能力也較高,膠帶機(jī)合理運(yùn)距小于10km,膠帶機(jī)可直接從料場運(yùn)輸上壩;也可與自卸汽車配合,作長距離運(yùn)輸,在壩前經(jīng)漏斗由汽車轉(zhuǎn)運(yùn)上壩;與有軌機(jī)車配合,用膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)上壩做短距離運(yùn)輸。,國外已發(fā)展到可用膠帶機(jī)運(yùn)輸塊徑為400~500mm的石料,甚至向運(yùn)輸塊徑達(dá)700~1000mm的更大堆石料發(fā)展。
3.斗輪式挖掘機(jī)開挖,膠帶機(jī)運(yùn)輸,轉(zhuǎn)自卸汽車上壩
當(dāng)填筑方量大,上壩強(qiáng)度高的土石壩,料場儲量大而集中,可采用斗輪式挖掘機(jī)開挖,它的生產(chǎn)率高,具有連續(xù)挖掘、裝載的特點(diǎn),斗輪式挖掘?qū)⒘限D(zhuǎn)入移動式膠帶機(jī),其后接長距離的固定式膠帶機(jī)至壩面或壩面附近經(jīng)自卸汽車運(yùn)至填筑面。這種布置方案,可使挖、裝、運(yùn)連續(xù)進(jìn)行,簡化了施工工藝,提高了機(jī)械化水平和生產(chǎn)率。石頭河土石壩采用DW-200型斗輪式挖掘機(jī)開采土料,用寬1000mm、長1200余m、帶速150m/min膠帶上壩,經(jīng)雙翼卸料機(jī)于壩面用12t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)卸料,日強(qiáng)度平均達(dá)4000~5000m^3,最高達(dá)10000m^3(壓實(shí)方)。美國圣路易土石壩施工中,采用特大型斗輪式挖掘機(jī),開采的土料經(jīng)兩個卸料口輪流直接裝入100t的底卸汽車運(yùn)輸,21個工作小時裝車1000車,取土高度12m,前沿開挖寬度18.3m。
4.采砂船開挖,有軌機(jī)車運(yùn)輸,轉(zhuǎn)膠帶機(jī)(或自卸汽車)上壩
國內(nèi)一些大中型水電工程施工中,廣泛采用采砂船開采水下的砂礫料,配合有軌機(jī)車運(yùn)輸。在我國大型載重汽車尚不能充分滿足需要的情況下,有軌機(jī)車仍是一種效率較高的運(yùn)輸工具,它具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單修配容易的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)料場集中,運(yùn)輸量大,運(yùn)距較遠(yuǎn)(大于10km),可用有軌機(jī)車進(jìn)行水平運(yùn)輸。有軌機(jī)車運(yùn)輸?shù)呐R建工程量大,設(shè)備投資較高,對線路坡度和轉(zhuǎn)彎半徑的要求也較高。有軌機(jī)車不能直接上壩,在壩腳經(jīng)卸料裝置至膠帶機(jī)或自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)上壩。
壩料的開挖運(yùn)輸方案很多,但無論采用何種方案,都應(yīng)結(jié)合工程施工的具體條件。組織好挖、裝、運(yùn)、卸的機(jī)械化聯(lián)合作業(yè),提高機(jī)械利用率;減少壩料的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù);各種壩料鋪填及設(shè)備應(yīng)盡量一致,減少輔助設(shè)施;充分利用地形條件,統(tǒng)籌規(guī)劃和布置;運(yùn)輸?shù)缆返馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),對提高工效,降低車輛設(shè)備損耗,具有重要作用。
二.開挖運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備容量確定
分期施工的土石壩,應(yīng)根據(jù)壩體分期施工的填筑強(qiáng)度和開挖強(qiáng)度來確定相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備容量,可按qd=K*K1*Vd/T*N
式中qd——壩體分期填筑強(qiáng)度,m^3/h;Vd——壩體分期填筑方量,m^3;K——施工不均勻系數(shù),可取1.2~1.3;K1——考慮沉降,削坡、損失等系數(shù),可取1.15~1.2;T——分期時段的有效工作日數(shù),d;按分期時段的總?cè)諗?shù),扣除節(jié)假日、降雨及氣溫影響可能的停工日數(shù),即為有效工作日數(shù);N——每日的工作小時數(shù),以20h計。壩體分期施工的開挖強(qiáng)度qc(m^3/h)為 qc=K2*qd*rd/rn 式中 K2——開挖及運(yùn)輸中的損失系數(shù),可取1.05~1.10;rd——土料的設(shè)計干表觀密度,t/m^3;rn——土料的天然干表觀密度,t/m^3。
滿足上壩填筑強(qiáng)度要求的挖掘機(jī)數(shù)量Nc為 Nc=qc/Pc 式中 Pc——一臺挖掘機(jī)的生產(chǎn)率,m^3/h。
滿足上壩填筑強(qiáng)度要求的汽車總數(shù)量Na為 Na=qc/Pa 式中 Pa——一輛汽車的生產(chǎn)率,m^3/h 。配合一臺挖掘機(jī)所需的汽車數(shù)量n,其總的生產(chǎn)率應(yīng)略大于一臺挖掘機(jī)的生產(chǎn)率,因此應(yīng)滿足nPa>Pc。
為了充分發(fā)揮自卸汽車的運(yùn)輸效能,應(yīng)根據(jù)挖掘機(jī)械的斗容選擇具有適當(dāng)斗容量(或載重量)的汽車。挖掘機(jī)裝滿一車斗數(shù)的合理范圍應(yīng)為3~5斗,通常要求裝滿一車時間不超過3.5~4min,卸車是不超過2min。
第三節(jié) 土料壓實(shí)
土石料的壓實(shí),是土石壩施工質(zhì)量的關(guān)鍵。維持土石壩自身穩(wěn)定的土料內(nèi)部主力(粘結(jié)力和摩擦力)、土料的防滲性能等,都是隨土料密實(shí)度的增加而提高。例如,干表觀密度為1.4t/m^3的砂壤土,壓實(shí)后若提高到1.7t/m^3,其抗壓強(qiáng)度可提高4倍,滲透系數(shù)將降低至1/2000。由于土料壓實(shí)結(jié)果,可使壩坡加陡,加快施工進(jìn)度,降低工程投資。
一.土料壓實(shí)特性
土料壓實(shí)特性,與土料自身的性質(zhì),顆粒組成情況、級配特點(diǎn)、含水量大小以及壓實(shí)功能等有關(guān)。
對于粘性土和非粘性土的壓實(shí)有顯著的差別。一般粘性土的粘結(jié)力較大,摩擦力較小,具有較大的壓縮性,但由于它的透水性小,排水困難,壓縮過程慢,所以很難達(dá)到固結(jié)壓實(shí)。而非粘性土料則相反,它的粘結(jié)力小,摩擦力大,具有較小的壓縮性,但由于它的透水性大,排水容易,壓縮過程快,能很快達(dá)到壓實(shí)。
土料顆粒粗細(xì)作成也影響壓實(shí)效果。顆粒愈細(xì),空隙比就愈大,所以含礦物分散度愈大,就愈不容易壓實(shí)。所以粘性土的壓實(shí)干表觀密度低于非粘性土的壓實(shí)干表觀密度。顆粒不均勻的砂礫料,比顆粒均勻的細(xì)砂可能達(dá)到的干表觀密度要大一些。土料的含水量是影響壓實(shí)效果的重要因素之一。用原南京水利實(shí)驗(yàn)處擊實(shí)儀(南實(shí)儀)對粘性土的擊實(shí)試驗(yàn),得到一組擊實(shí)次數(shù)、干表觀密度與含水量的關(guān)系曲線。
非粘性土料的透水性大,排水容易,壓實(shí)過程快,能夠很快達(dá)到壓實(shí),不存在最優(yōu)含水量,含水量不做專門控制。這是非粘性土料與粘性土料壓實(shí)特性的根本區(qū)別。壓實(shí)功能大小,也影響著土料干表觀密度的大小,擊實(shí)次數(shù)增加,干表觀密度也隨之增大而最優(yōu)含水量則隨之減小。說明同一種土料的最優(yōu)含水量和最大干表觀密度并不是一個恒定值,而是隨壓實(shí)功能的不同而異。
一般說來,增加壓實(shí)功能可增加干表觀密度,這種特性,對于含水量較低(小于最優(yōu)含水量)的土料比對于含水量較高(大于最優(yōu)含水量)的土料更為顯著。
二.土石料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)
土料壓實(shí)得越好,物理力學(xué)性能指標(biāo)就越高,壩體填筑質(zhì)量就越有保證。但土料的過分壓實(shí),不僅提高了壓實(shí)費(fèi)用,而且會產(chǎn)生剪力破壞,反而達(dá)不到應(yīng)有的技術(shù)效果?梢妼瘟系膲簩(shí)應(yīng)有一定的標(biāo)準(zhǔn),由于壩料性質(zhì)不同,因而壓實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)也各異。
(一)粘性土料(防滲體)
粘性土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),主要以壓實(shí)干表觀密度和施工含水量這兩指標(biāo)來控制。1.用擊實(shí)試驗(yàn)來確定壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn);2.用最優(yōu)飽和度于塑限的關(guān)系;最大干表觀密度;3.施工含水量確定。
(二)砂土及砂礫石
砂土及砂礫石是填筑壩體或壩殼的主要材料之一,對其填筑密度也應(yīng)有嚴(yán)格要求。它的壓實(shí)程度與粒徑級配和壓實(shí)功能有密切的關(guān)系,一般用相對密度Dr來表示:Dr=(emax-e)/(emax-emin) 式中emax——砂石料的最大空隙比;emin——砂石料的最小空隙比;e——設(shè)計空隙比。
在施工現(xiàn)場,對相對密度進(jìn)行控制仍不方便,通常將相對密度換算成相應(yīng)的干表觀密度rp(t/m^3),作為控制的依據(jù).rp=rmax*rmin/[rmax-Dr(rmax-rmin)] 式中rmax——砂石料最大干表觀密度, t/m^3; rmin——砂石料最小干表觀密度, t/m^3,設(shè)計的相對密度,于地震等級、壩高等有關(guān)。一般土石壩,或地震烈度在5讀以下的地區(qū), Dr不宜低于0.67;對高壩,或地震烈度為8~9度時, Dr應(yīng)不小于0.75。對砂性土,還要求顆粒不能大小和過于均勻,級配要適當(dāng),并有較高的密實(shí)度,防止產(chǎn)生液化。
。ㄈ┦岸咽w(壩殼料)
石渣或堆石體作為壩殼材料,可用空隙率作為壓實(shí)指標(biāo)。根據(jù)國內(nèi)外的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),碾壓式堆石體空隙率應(yīng)小于30%,控制空隙率在適當(dāng)范圍內(nèi),有利于防止過大的沉陷和濕陷裂縫。一般規(guī)定其壓實(shí)空隙率為22%~28%左右(壓實(shí)平均干表觀密度為2.04~2.24t/m^3)以及相應(yīng)的碾壓參數(shù)。
三.壓實(shí)機(jī)械及壓實(shí)參變數(shù)
壓實(shí)機(jī)械對工程進(jìn)度,工程質(zhì)量和造價有很大的影響。壓實(shí)機(jī)械的選擇原則:應(yīng)根據(jù)筑壩材料的性質(zhì)、原狀土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、填筑、施工強(qiáng)度及作業(yè)面積的大小等,選擇性能能達(dá)到設(shè)計施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的碾壓設(shè)備類型。如按不同材料分別配置不同的壓實(shí)機(jī)械,就會出現(xiàn)機(jī)械閑置的情況。所以確定機(jī)械種類和臺數(shù)時,還應(yīng)從填筑整體出發(fā),考慮互相配合使用的可能。
1.羊腳碾
羊腳碾的羊腳插入土中,不僅使羊腳底部的土料受到壓實(shí),而且使側(cè)向上午土料也受到擠壓,從而達(dá)到均勻的壓實(shí)效果。羊腳碾僅適用于壓實(shí)粘性土料和粘土,不適合壓非粘性土。土料壓實(shí)層在一定深度的范圍內(nèi),可以獲得較高的壓實(shí)干表觀密度,但土體的干表觀密度沿深度方向的分布不均勻。羊腳碾的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是能夠翻松表面土層,可省去刨毛工序,保證了上下土層的結(jié)合質(zhì)量。此外,羊腳碾還能起到混合土料的作用,可以使土料級配和含水量比較均勻。羊腳頂端接觸應(yīng)力的過大或過小,都會降低碾壓效果。
2.氣胎碾
氣胎碾適用于壓實(shí)粘土料,也適合于壓實(shí)非粘性土料,如粘性土、粘土、砂質(zhì)土和沙礫料等,都可以獲得較好的壓實(shí)效果。氣胎碾的充氣輪胎,在壓實(shí)過程中具有一定的彈性,可以和壓實(shí)的土料同時發(fā)生變形,輪胎與土料的接觸應(yīng)力,主要取決于輪胎的充氣壓力,與輪胎的荷載大小無關(guān)。
3.振動碾
振動碾是一種以碾重靜壓和振動力共同作用的壓實(shí)機(jī)械,較之沒有振動的壓實(shí)機(jī)械,土中應(yīng)力可提高4~5倍,因而它能有效地壓實(shí)堆石體、砂礫料和礫質(zhì)土;也可用與壓實(shí)粘性土和粘土。
4.夯實(shí)機(jī)械(重錘)
夯板使用于壓實(shí)沙礫料、礫質(zhì)土和粘性土,也可用于壓實(shí)粘土。
第四節(jié) 壩體填筑
土石壩的壩基開挖、基礎(chǔ)處理及隱蔽工程等驗(yàn)收合格后,就可以全面展開壩體填筑。壩體填筑包括基本作業(yè)(卸料、平料、壓實(shí)及質(zhì)檢)和輔助作業(yè)(灑水、刨毛]清理壩面和接觸縫處理)。
一.壩面流水作業(yè)
土石壩填筑必須嚴(yán)密組織,保證各工序的銜接,通常采用分段流水作業(yè)。分段流水作業(yè),是根據(jù)施工工序數(shù)目,將壩面分段,組織各工種的專業(yè)隊(duì)伍,依次進(jìn)入各工段施工。對同一工段來講,各專業(yè)隊(duì)按工序依次連續(xù)施工;對各專業(yè)隊(duì)來講,依次連續(xù)地在各工段完成固定的專業(yè)工作。進(jìn)行流水作業(yè),有利于施工隊(duì)伍技術(shù)水平的提高,保證施工過程中人、地和機(jī)具的充分利用,避免施工干擾,有利于壩面連續(xù)有序的施工。
1.組織流水作業(yè)原則
1)流水作業(yè)方向和工作段大小的劃分,要與相應(yīng)高程的壩面面積相適應(yīng),并滿足施工機(jī)械正常作業(yè)要求。寬度應(yīng)大于碾壓機(jī)械能錯車與壓實(shí)的最小寬度,或卸料汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑的2倍,一般為10~20m;長度主要考慮碾壓機(jī)械的作業(yè)要求,一般為40~100m。其布置形式(A.垂直壩軸線流水;B.平行壩軸線流水;C.交叉流水)。
2)壩體填筑工序,按基本作業(yè)進(jìn)行劃分(輔助作業(yè)可穿插進(jìn)行,不過多占用基本作業(yè)時間),其數(shù)目與填筑面積大小,鋪料方式、施工強(qiáng)度和季節(jié)等有關(guān)。一般多劃分為鋪料和壓實(shí)2個工序;也有劃分為鋪料、壓實(shí)、質(zhì)檢3個工序或鋪料、平料、壓實(shí)、質(zhì)檢4個工序。為保證個工序能同時施工,壩面劃分的工作段數(shù)目至少應(yīng)等于相應(yīng)的工序數(shù)目;在壩面較大或強(qiáng)度較低的情況下,工作段數(shù)可大于工序數(shù)。
3)完成填筑土料的作業(yè)時間,應(yīng)控制在一個班以內(nèi),最多不超過一個半班,冬夏季施工為防止熱量和水分散失,應(yīng)盡量縮短作業(yè)循環(huán)時間。
4)應(yīng)將反濾料和防滲料的施工緊密配合,統(tǒng)一安排。
2.擬定流水作業(yè)程序
1)擬定工序數(shù)目n.
2)擬定流水作業(yè)單位時間t(h):t=a*T/n式中T--一個班內(nèi)有效工作時間,h/班;n-- 工序數(shù)目;a-- 同一段各工序循環(huán)一次所用的班數(shù),一般取1~1.5.
3)計算工作段面積w(m^2):w=q/h*t/T式中q-- 壩體填筑相應(yīng)高程的松土上壩強(qiáng)度,m^3/班;h-- 每層鋪松土厚度,m;T--一個班內(nèi)有效時間,h/班;t-- 單位時間(h).
4)計算工作段數(shù)目m,即:m=S/w 式中S--壩體相應(yīng)高程的填筑面積,m^2;w--工作段面積,m^2。
若m<n時,流水作業(yè)不能正常進(jìn)行,需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,使兩者相等。調(diào)整途徑為合并某些工序以減少n;縮短流水單位時間t以增加m。
二.卸料及平料
通常采用自卸汽車、膠帶機(jī)直接進(jìn)入壩面卸料,由推土機(jī)平鋪成要求的厚度。自卸汽車倒土的間距應(yīng)使后面的平料工作減少,而且便于鋪成要求的厚度。在壩面各料區(qū)的邊界處,鋪料會有出入,通常規(guī)定其它材料不準(zhǔn)進(jìn)入防滲區(qū)邊界線的內(nèi)側(cè),邊界外側(cè)鋪土距邊界線的距離不能超過5cm。
為配合碾壓施工,防滲體土料鋪筑應(yīng)平行于壩軸線方向進(jìn)行。
1.自卸汽車卸料
自卸汽車可分為后卸、底卸和側(cè)卸三種。底卸式汽車可邊行駛邊卸料,但不能運(yùn)輸大粒徑的塊石或漂石;側(cè)卸式汽車適用運(yùn)輸反濾料及有固定卸料點(diǎn)的運(yùn)輸。自卸汽車上壩的運(yùn)輸線路布置,取決于壩址兩岸地形條件,樞紐布置,壩的高低,上壩強(qiáng)度等因素。主要有兩種布置方式:一種為汽車自兩岸(或一岸)岸坡上壩公路上壩,因此采用由兩岸向中央(或一岸想另一岸)進(jìn)占方式;另一種為汽車沿壩坡“之”字形公路上壩。
。1)土料 當(dāng)用自卸汽車防滲土料時,為了避免重型汽車多次反復(fù)在已壓實(shí)的填筑土層上行駛,會使土層產(chǎn)生彈簧土、光面與剪力破壞,嚴(yán)重影響結(jié)合層的質(zhì)量,應(yīng)采取進(jìn)占法卸料與平料。即汽車卸料方向向前進(jìn)展,一邊卸料,推土機(jī)也隨即平料,交替作業(yè),汽車在剛平好的松土上行駛,重車行駛壩面路線應(yīng)盡量不重復(fù)。
。2)砂礫料,一般粒徑較小,推土機(jī)很容易在料堆上平土,因此,可采用常規(guī)的后退法卸料,即汽車卸料方向后退擴(kuò)展。
。3)堆石料 堆石料往往含大量的大塊徑石料,不僅影響推土機(jī)、汽車在卸料上行駛,還容易損壞推土機(jī)履帶和汽車的輪胎;而且也難以將堆石料散開?刹捎眠M(jìn)占法卸料,推土機(jī)隨即平料,這樣大粒徑塊石易推至鋪料前沿的下部,細(xì)部粒料填入堆石體上部的空隙,使表面平整,便于車輛通行。
2.膠帶機(jī)上壩布置及卸料
。1)上壩布置 上壩膠帶機(jī)應(yīng)根據(jù)地形、壩長、施工場地具體條件、運(yùn)輸強(qiáng)度以及施工分期等因素進(jìn)行布置。布置方式主要有:①岸坡式布置;②壩坡式布置。
。2)膠帶機(jī)壩面卸料 與鋪土厚度或壓實(shí)工具有關(guān),可適用于粘性土、砂礫料、砂質(zhì)土。其優(yōu)點(diǎn)是可利用壩坡直接上壩,不需專門道路,但要配合專門機(jī)械或人工散料,隨著壩體升高,將經(jīng)常移動膠帶機(jī),一般有以下幾種卸、散料方式:①搖臂膠帶機(jī)卸料、推土機(jī)散料;②搖臂膠帶機(jī)卸料,人工——手推車散料。
三.碾壓
壩面的填筑壓實(shí),應(yīng)按一定的次序進(jìn)行,避免發(fā)生漏壓與超壓。防滲體土料的碾壓方向,應(yīng)平行壩軸線方向進(jìn)行,不得垂直于壩軸線方向碾壓,避免局部漏壓形成橫穿壩體的集中滲流帶。碾壓機(jī)械行駛的行與行之間必須重疊20~30cm左右,以免產(chǎn)生漏壓。此外,壩料分區(qū)之間的邊界也容易成為漏壓的薄弱帶,必須特別注意要互相重疊碾壓。
根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),碾壓機(jī)械行駛速度大小,對壩料(如粘性土)壓實(shí)效果有一定的,各種碾壓機(jī)械的行駛速度,一般應(yīng)通過試驗(yàn)確定。自行式碾壓機(jī)械的行駛速度以1~2檔為宜。羊腳碾、氣胎碾可采用進(jìn)退錯距法或轉(zhuǎn)圈套壓法兩種。
四.結(jié)合部位施工
土石壩施工中,壩體的防滲土料不可避免地與地基、岸坡、周圍其他建筑的邊界相結(jié)合;由于施工導(dǎo)流、施工方法、分期分段分層填筑等的要求,還必須設(shè)置縱橫向的接坡、接縫。所以這些結(jié)合部位,都是影響壩體整體性和質(zhì)量的關(guān)鍵部位,也是施工中的薄弱環(huán)節(jié),處理工序復(fù)雜,施工技術(shù)要求高,且多系手工操作,質(zhì)量不易控制。接坡、接縫過多,還會影響到壩體填筑速度,特別是影響機(jī)械化施工。對結(jié)合部位的施工,必須采取可靠的技術(shù)措施,加強(qiáng)質(zhì)量控制和管理,確保壩體的填筑質(zhì)量滿足設(shè)計要求。1.壩基結(jié)合面;2.與岸坡及砼建筑物結(jié)合;3.壩體縱橫向接坡及接縫。
五.反濾層施工
反濾層的填筑方法,大體可分為削坡體、檔板法及土、砂松坡接觸平起法三類。土、砂松坡接觸平起法能適應(yīng)機(jī)械化施工,填筑強(qiáng)度高,可做到防滲體、反濾料與壩殼料平起填筑,均衡施工,被廣泛采用。根據(jù)防滲體土料和反濾層填筑的次序,搭接形式的不同,可分為先土后砂法和先砂后土法。
無論是先砂后土法或先土后砂法,土砂之間必然出現(xiàn)犬牙交錯的現(xiàn)象。反濾料的設(shè)計厚度,不應(yīng)將犬牙厚度在內(nèi),不允許過多削弱防滲體的有效斷面,反濾料一般不應(yīng)伸入心墻內(nèi),犬牙大小由各種材料的休止角所決定,且犬牙交錯帶不得大于其每層鋪土厚度的1.5~2倍。
第五節(jié) 砼面板堆石壩墊層與面板的施工
一.墊層施工
墊層為堆石體坡面上最上游部分,可用人工碎料或級配良好的砂礫料填筑。墊層須與其他堆石體平起施工,要求墊層坡面必須平整密實(shí),坡面偏離設(shè)計坡面線最大不應(yīng)超過3~5cm,以避免面板厚薄不均,有利于面板應(yīng)力分布。施工程序:①先沿坡面上下無振碾壓數(shù)遍,隨即將突出及凹陷處加以平整;②然后用振動碾沿坡面自下而上用振動碾壓數(shù)遍,再次對凹突處進(jìn)行平整;③在坡面上涂抹三次陽離子瀝青乳膠,每涂抹一次用手或機(jī)械噴撒一些粒徑小于3mm的砂子,并再在坡面上自下向上用振動碾碾壓。涂抹瀝青乳膠的目的是:用以粘結(jié)墊層坡面的松散材料不被振動滾落,可防止雨水對墊層坡面的沖刷,提高墊層的阻水性和使面板易于沿墊層坡面滑移,避免開裂。
二.砼面板的分縫止水及施工
砼防滲面板包括主面板及砼底座。面板砼應(yīng)滿足設(shè)計和施工強(qiáng)度、抗?jié)B、抗侵蝕、抗凍及溫度控制的要求。1.面板的分縫止水;2.砼面板施工,底座的基坑開挖、處理、錨筋及灌漿等項(xiàng)目,應(yīng)按設(shè)計及有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行,并在壩體填筑前施工。砼面板,是面板堆石壩擋水防滲的主要部位,同時也是影響進(jìn)度與工程造價的關(guān)鍵。在確保質(zhì)量的前提下,還必須進(jìn)一步快速的施工技術(shù),如施工機(jī)具的研制、砼輸送和澆筑方案的選擇、施工工藝及技術(shù)措施等方面的。
第六節(jié) 質(zhì)量檢查控制及事故處理
土石壩施工的整個過程中,加強(qiáng)施工質(zhì)量的檢查與控制,是保證施工質(zhì)量的重要措施;同時,對施工中出現(xiàn)的質(zhì)量事故,必須及時地認(rèn)真處理,確保壩體的安全運(yùn)用。
一.質(zhì)量檢查控制
施工質(zhì)量是直接影響壩體土料物理力學(xué)性質(zhì),從而影響到大壩安全的重要因素。我國在已查明滑坡原因的107座土壩中,因施工質(zhì)量差而滑坡潰壩的有73座,占68%。土石壩施工中,質(zhì)量檢查控制的項(xiàng)目較多,從壩基的開挖及處理、直到壩體的填筑,都應(yīng)按國家和部頒發(fā)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、工程的設(shè)計和施工圖、技術(shù)要求以及工地制定的施工規(guī)定進(jìn)行。
二.事故處理
最常見的事故是土石壩的防滲土體發(fā)生裂縫、滑坡、壩體及壩基漏水等。
1.干縮、凍融裂縫
干縮裂縫多發(fā)生在施工期上下游壩坡或壩頂?shù)奶钪嫔,其特征是性差,呈龜裂狀。如不及時處理,將加速水力劈裂或不均勻沉陷裂縫的產(chǎn)生和,造成嚴(yán)重的危害。其防止方法是及時做好護(hù)坡和保護(hù)層。對已出現(xiàn)的裂縫,可視深淺的不同,采用開挖回填或?qū)⒘芽p全部鏟除重新回填處理。
2.沉陷裂縫
由于岸坡過陡或坡率變差大,地基不均勻沉降,黃土濕陷變形,壩體施工期填筑高度過大及壩體壓實(shí)不夠等原因而產(chǎn)生沉陷裂縫。這種裂縫有橫向和縱向兩種,而以橫向裂縫危害更大。對橫向裂縫,不論其大小,都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的處理,防止貫穿壩體漏水失事。如裂縫深度在1.5m以內(nèi),可沿縫開挖成梯形斷面,應(yīng)挖至裂縫尖滅后再加深0.2~0.5m。以防止遺漏“多”字形成或“紡錘形”裂縫的存在;在裂縫水平方向的開挖寬度,應(yīng)延伸裂縫尖滅后再加長1~2m。裂縫開挖后應(yīng)避免日曬雨淋,防止雨水滲入縫內(nèi),回填時要注意新老土料的結(jié)合。
3.滑坡裂縫
土壩的滑坡多出現(xiàn)在均質(zhì)土壩的施工期或初期運(yùn)行中,據(jù)裂縫的不同特點(diǎn),可分成滑弧形式和塑流滑動兩大類。
第七節(jié) 雨季和冬季施工
受外界氣象環(huán)境的影響,尤其是對防滲土料影響更大。雨季會給土料增大含水量;而冬季土料又會凍結(jié)成塊,都會影響壓實(shí)效果和施工質(zhì)量。此外,為了保證壩體的施工速度,降低工程造價,也需要解決好雨季和冬季中的施工措施問題。
一.雨季施工
土石壩防滲體土料,在雨季施工總的原則是“避開、適應(yīng)和保護(hù)”。一般情況下應(yīng)盡量避免在雨季進(jìn)行土料施工;選擇對含水量不敏感的非粘性土料適應(yīng)雨季施工,爭取小雨日施工,以增加施工天數(shù);在雨日不太多,降低強(qiáng)度大,花費(fèi)不大的情況下,采取一般性的防護(hù)措施也常能奏效。
運(yùn)輸?shù)缆芬彩怯昙臼┕さ年P(guān)鍵之一。一般的泥結(jié)碎石路面,當(dāng)遇雨水侵泡時,路面容易破壞,即使天晴壩面可復(fù)工,但因道路影響了運(yùn)輸而不能即時復(fù)工,不少工程有過此教訓(xùn)。所以應(yīng)加強(qiáng)雨季路面維護(hù)和排水措施,在多雨地區(qū)的主要運(yùn)輸?shù)缆,可考慮采用砼路面。
二.冬季施工
寒冷地區(qū),當(dāng)日平均氣溫低于0°C時,粘性土料按低溫季節(jié)施工。日平均氣溫低于-10°C時,一般不宜填筑土料,否則應(yīng)進(jìn)行技術(shù)論證。冬季施工的主要問題在于;土的凍結(jié)使土體強(qiáng)度增高,不易壓實(shí);而凍土的融化卻使土體的強(qiáng)度和土坡的強(qiáng)度和土坡的穩(wěn)定性降低;處理不好,將使土體產(chǎn)生滲漏或塑流滑動。外界氣溫降低時,土料中水份開始結(jié)冰的溫度低于0°C,即所謂過冷現(xiàn)象。1.負(fù)溫下的土料填筑;2.負(fù)溫下的沙礫料填筑;3.架設(shè)暖棚。
第二章 水工隧洞施工
水工隧洞施工的主要是開挖、出渣、襯砌或支護(hù)、灌漿工作等。常用的開挖掘進(jìn)方法為鉆孔爆破法,也有采用掘進(jìn)機(jī)直接開挖的。襯砌和支護(hù)的型式,常用現(xiàn)澆鋼筋砼以及噴錨支護(hù)。隧洞灌漿的目的是為了加固圍巖或充填襯砌與圍巖之間的空隙。
鉆爆法開挖掘進(jìn)的施工過程為測量放線、鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)散煙、安全檢查與處理、裝渣運(yùn)輸、洞室臨時支護(hù)、洞室襯砌或支護(hù)、灌漿及質(zhì)量檢查等。同時還需要進(jìn)行排水、照明、通風(fēng)、供水、動力供電等輔助作業(yè),以保證隧洞施工的順利進(jìn)行。
上述各項(xiàng)工作,絕大部分是在地面以下,施工場地狹窄的情況下進(jìn)行的,施工干擾大,勞動條件差,施工組織復(fù)雜,安全問題突出。如果遇到不良的地質(zhì)和水文地質(zhì)情況,如大的斷層和破碎帶、大的溶洞和地下暗河、高壓含水層等,將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和安全。正確處理安全、質(zhì)量、進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)的關(guān)系,采用有效的機(jī)械設(shè)備與新的施工技術(shù),加強(qiáng)安全措施,嚴(yán)密組織施工。
第一節(jié) 隧洞開挖
一.開挖方式
隧洞開挖方式有全斷面開挖法和導(dǎo)洞開挖法兩種。開挖方式的選擇主要取決于隧洞圍巖的類別、斷面尺寸、施工機(jī)械化程度和施工水平、合理選擇開挖方式對于加快施工進(jìn)度,節(jié)約投資,保證施工安全和施工質(zhì)量均有重要的意義。
。ㄒ唬┤珨嗝骈_挖法
是在整個斷面上一次鉆爆開挖成型。在隧洞斷面不大,圍巖穩(wěn)定性好,不需要臨時支護(hù)或局部支護(hù),又有完善的機(jī)械設(shè)備時,可采用這種開挖方式。全斷面開挖上午凈空面積大,個工序相互干擾小,有利于機(jī)械化作業(yè),施工組織較簡單、掘進(jìn)速度快。但這種方式受到機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)條件和斷面尺寸的限制。全斷面開挖又分為垂直掌子面掘進(jìn)和臺階掌子面掘進(jìn)兩種。
。ǘ⿲(dǎo)洞開挖法
導(dǎo)洞開挖法就是先開挖斷面的一部分,稱為導(dǎo)洞,然后開挖至整個設(shè)計斷面。這種開挖方式,可利用導(dǎo)洞進(jìn)一步了解和掌握地質(zhì)情況,并在擴(kuò)大開挖時增大爆破臨空面,提高爆破效果。根據(jù)導(dǎo)洞與擴(kuò)大部分的開挖次序,有導(dǎo)洞專進(jìn)法和并進(jìn)法兩種。
根據(jù)導(dǎo)洞在橫斷面位置的不同有下導(dǎo)洞、上導(dǎo)洞、中導(dǎo)洞、雙導(dǎo)洞等;1.下導(dǎo)洞開挖法,導(dǎo)洞布置在斷面的下部,又稱漏斗棚架法;2.上導(dǎo)洞開挖法,對稱頂拱掘進(jìn)法,常用的“上導(dǎo)洞邊挖邊襯,先拱后墻襯砌法”。
二.導(dǎo)洞的形狀和尺寸
導(dǎo)洞一般采用上窄下寬的梯形斷面,這樣的斷面受力條件較好,也便于利用斷面底角,布置風(fēng)、水、電等管線。
三.炮孔布置和裝藥量計算
。ㄒ唬┡诳撞贾 布置在開挖面上的炮孔,按其作用不同為掏槽孔、崩落孔和周邊孔等三種。
1.掏槽孔 布置在開挖面中心部位,首先炮出一個小的槽穴,其作用是增加爆破臨空面,提高周圍炮孔的爆破效果。
2.崩落孔 均勻布置在掏槽孔與周邊孔之間,爆破順序次于掏槽孔,其作用是爆落巖體。崩落孔通常與開挖面垂直,要求孔底落在同一平面上,以保證掘進(jìn)后的開挖面平整。
3.周邊孔 布置在開挖面的四周,一般最后起爆(采用預(yù)裂爆破例外),其作用是控制開挖輪廓線。
。ǘ┡诳讛(shù)目和深度 隧洞開挖斷面上的炮孔總數(shù)N,常用下面經(jīng)驗(yàn)公式估算,即N=k1*(f*S)^1/2式中k1--系數(shù),一個臨空面用2.0;f--巖石的堅(jiān)固系數(shù);S--開挖斷面面積,m^2.
。ㄈ┭b藥量 隧洞爆破中,炸藥用量多少直接影響開挖斷面的輪廓、掘進(jìn)速度、圍巖穩(wěn)定和爆破安全。此外,爆落石塊的大小還影響裝渣運(yùn)輸。由于巖性質(zhì)和巖層的構(gòu)造差別甚大,斷面大小、爆落塊度及炸藥性質(zhì)也不完全相同,因此裝藥輛必須經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。開工前,可按下式估算 Q=K*S*L 式中Q--一次掘進(jìn)中的炸藥用量,kg;K--單位炸藥消耗量,kg/m^3;S--開挖斷面面積;L--崩落孔炮孔深度,m。
四.鉆孔作業(yè)
鉆孔作用在掘進(jìn)循環(huán)時間中占有很大的比重。鉆孔的機(jī)具有風(fēng)鉆和鉆孔臺車。
五.裝渣運(yùn)輸作業(yè)
隧洞裝渣和出渣是一項(xiàng)很繁重的工作,約占循環(huán)時間的50~60%,也是影響掘進(jìn)速度的關(guān)鍵。包括裝渣和運(yùn)輸兩項(xiàng)工作。
六.隧洞臨時支護(hù)
隧洞在開挖過程中,穩(wěn)定性差的圍巖容易發(fā)生坍塌和個別石塊跌落,為了確保施工安全,必須對開挖出來的空間進(jìn)行有效的支護(hù)。只有在圍巖穩(wěn)定的情況下,才可以不加臨時支護(hù)。(分噴錨支護(hù)和構(gòu)架支撐)
七.隧洞開挖的輔助作業(yè)
隧洞開挖的輔助作業(yè)有通風(fēng)、防塵、防有害氣體、供水、排水、供電、照明等。很明顯,這些輔助工作是改善洞內(nèi)勞動條件和工程順利進(jìn)行的必要保證。
八.隧洞開挖循環(huán)作業(yè)
指在一定時間內(nèi),使開挖面掘進(jìn)一定的深度(即循環(huán)進(jìn)尺)所完成的各項(xiàng)工作。
第二節(jié) 隧洞襯砌與灌漿
在現(xiàn)澆砼或鋼筋砼襯砌、砼預(yù)制塊或拱石襯砌、噴錨支護(hù)等。
一.隧洞襯砌
現(xiàn)澆襯砌的施工程序與一般水工基本相同,也需要分縫(段)、分塊、立模、扎筋、砼運(yùn)輸入倉、振搗密實(shí)。
二.隧洞灌漿
隧洞灌漿有回填灌漿和固結(jié)灌漿兩種。
第三節(jié) 隧洞噴錨支護(hù)
是采用噴射砼、鋼筋錨桿、鋼筋網(wǎng)對洞室圍巖進(jìn)行單獨(dú)或聯(lián)合支護(hù)的統(tǒng)稱。
鋼筋砂漿錨桿,可在鉆孔內(nèi)先注入砂漿后插入錨桿,或先插錨桿后注入砂漿,待砂漿凝結(jié)硬化后即形成鋼筋砂漿錨桿。
噴射砼水泥用量較大,而且又摻有速凝劑,所以凝結(jié)硬化快,必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。一般在噴射砼后1~2小時即開始灑水養(yǎng)護(hù),灑水次數(shù)一保持砼有足夠的濕潤狀態(tài)為宜,養(yǎng)護(hù)時間不小于7~14天。
實(shí)踐篇
云鵬電站引水隧洞開挖及支護(hù)。
云鵬電站引水隧洞巖性為長石石英砂巖與灰質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖互層,進(jìn)口段巖體完整性較差~很差,其余較好。在地下水位以下,統(tǒng)籌安排化整為零,以新奧法為依據(jù),噴錨支護(hù)按期完成任務(wù)。
就云鵬電站引水隧洞最樂觀的安排是采用隧洞掘進(jìn)機(jī)。其原因?yàn)椋孩僭跅l件適合情況下,掘進(jìn)速度快,本電站引水隧洞沿線地表坡度30~40°,有零星基巖出露,大部分坡表被第四系覆蓋,厚度約5m,被5#沖溝口切割,但深度不大,除進(jìn)、出口段外,隧洞埋深多在15~45m間。
引水隧洞沿線穿過三疊系上統(tǒng)鳥格組上段T3地層,巖性為長石石英砂巖與灰質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖互層,薄~中厚層狀結(jié)構(gòu)巖層產(chǎn)狀N60°~70°W,SW∠70~80°,以弱、微風(fēng)化巖石為主。沿線穿過1條Ⅱ級結(jié)構(gòu)面(F13),3條Ⅲ級結(jié)構(gòu)面(F14、F15、F16),此外層間擠壓面較為發(fā)育。
隧洞進(jìn)水口段,地形相對較為平緩,表面坡積層2~4m,全風(fēng)化底界埋深34.24m,強(qiáng)風(fēng)化底界埋深60.4m,弱風(fēng)化底界埋深80.14m,全、強(qiáng)風(fēng)化層較厚。進(jìn)水口最大開挖深度約40m,基礎(chǔ)地基為強(qiáng)風(fēng)化巖體,該地段巖層陡傾角向坡外,且強(qiáng)風(fēng)化巖體結(jié)構(gòu)面松弛,節(jié)理連通性好,抗剪強(qiáng)度較底,洞臉邊坡穩(wěn)定條件差,需加強(qiáng)支護(hù)處理,除引水隧洞進(jìn)、出口段巖體完整性較差~很差,其余洞段巖體完整性一般較好。所有洞段均在地下水位以下。
采用掘進(jìn)機(jī)開挖隧洞的速度可比鉆爆法快50%以上。
②開挖洞壁光滑,糙率低,其曼寧糙率系數(shù)約在0.0154~0.016之間,更相當(dāng)于鉆爆法不加襯砌洞室糙率系數(shù)的一半左右。因此水頭損失也比鉆爆法所需斷面的70%左右。
、蹨p少支護(hù)及襯砌工程量。洞型多為光滑圓形,有利于圍巖穩(wěn)定,對圍巖的破壞遠(yuǎn)小于鉆爆法。
、芫蜻M(jìn)機(jī)采用電力驅(qū)動,無爆破后的煙塵廢氣,而且多數(shù)可用電瓶車牽引出渣,無內(nèi)燃機(jī)廢氣。一般單頭掘進(jìn)可達(dá)10~12km,節(jié)省施工支洞及進(jìn)路,縮短了工期。
、輰鷰r及地面建筑物施工較小,不產(chǎn)生爆破需動,對多洞近距離開挖有利。本電站三條隧洞間距僅11m左右。
此起彼伏,盡管掘進(jìn)機(jī)是代表最先進(jìn)的生產(chǎn)力,但對于現(xiàn)實(shí)及特殊地區(qū)、將出現(xiàn)如下缺點(diǎn):①設(shè)備比較復(fù)雜,價格較貴,安裝費(fèi)時,對于洞長較短時,采用掘進(jìn)機(jī)并不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)洞徑為3~4m時,使用掘進(jìn)機(jī)的洞長不宜短于2~3km;洞徑若為4~7m,則不宜短于4~5km。而本電站最長引水隨洞為272.332m,開挖洞徑6~7m;②采用掘進(jìn)機(jī)要求較大的曲率半徑,因?yàn)檎拙蜻M(jìn)機(jī)機(jī)身長度較大,一般達(dá)16~20m,加之機(jī)后聯(lián)接的輔助設(shè)備限制了轉(zhuǎn)彎半徑不能小于150~450m;③采用掘進(jìn)機(jī)施工,洞徑變化不能太大,掘進(jìn)機(jī)直徑可由1.2m到12m,對于一定的掘進(jìn)機(jī)設(shè)備,其洞徑變化不能大于+-10%;④巖石條件合適時才能發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)的效能。實(shí)踐證明,堅(jiān)硬多節(jié)理的巖體對掘進(jìn)機(jī)工作不利,速度減慢,刀具磨損嚴(yán)重。在這方面,本工程滿足要求;⑤運(yùn)輸及維修工作較復(fù)雜,其設(shè)備大、長、重,對運(yùn)輸及維修有特殊要求;⑥初期設(shè)備投資大,國外開挖洞徑為2.4m隧洞,掘進(jìn)機(jī)施工費(fèi)用為鉆爆法的88%,但設(shè)備費(fèi)為鉆爆法的3~4倍左右。
據(jù)本工程地形、不能滿足要求。因此,本工程放棄了掘進(jìn)機(jī),而采用鉆爆法。
第一章 鉆爆開挖
通過鉆孔、裝藥、引爆炸藥而破碎巖土介質(zhì)的地下隧洞的開挖,稱鉆爆法。
地下隧洞鉆爆開挖施工前一般須作好以下工作:1.詳細(xì)了解、地質(zhì)情況,作出洞線方向巖體質(zhì)量評價及等級劃分,掌握洞線方向巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀,如斷層節(jié)理、破碎帶等地質(zhì)缺陷的性質(zhì);2.據(jù)鑿巖機(jī)械、爆破器材性能條件選擇開挖方法;3.開挖斷面上(工程界稱掌子面)的鉆孔布置,包括孔數(shù)、深度、方位,不同類型鉆孔參數(shù)的設(shè)計;4.裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
本電站引水隧洞分上平段、下平段、中間斜井段,其鉆爆開挖方法亦有不同。
一.平洞段開挖
其開挖方法的選定,主要是依據(jù)地質(zhì)條件,斷面大小,施工機(jī)械的作業(yè)高度和范圍。據(jù)本工程實(shí)際情況采用全斷面開挖法,就是在整個設(shè)計斷面上一次鉆爆實(shí)現(xiàn)一個進(jìn)尺的開挖方法。特點(diǎn)是施工凈空大,可布置大型高效施工機(jī)械,便于機(jī)械化施工,施工組織比較簡單。對于一個進(jìn)尺深度的巖體爆破而言,炸藥用量多于分部開挖的用量,因此爆破震動的相對也較大,但完成一個進(jìn)尺深度的開挖需要多次鉆爆,對圍巖的擾動次數(shù)增多。
全斷面開挖之后,如支護(hù)不及時,則圍巖變位往往較大,因此對中軟質(zhì)且裂隙發(fā)育的巖體的圍巖穩(wěn)定不利;若能采取合理的技術(shù)措施,嚴(yán)格遵循開挖與支護(hù)協(xié)調(diào)進(jìn)行,在中軟質(zhì)巖體中進(jìn)行較大斷面的全斷面開挖,也是可行的。
全斷面開挖對洞軸線方向巖體性狀的預(yù)見性較差,這就要求事先做好地質(zhì)勘測工作。
二.斜井開挖
斜井的開挖一般分為兩類:正挖法(即自上而下開挖法)和反挖法(即自下而上開挖法)
第二章 支護(hù)
我們進(jìn)行開挖破壞了巖體,使圍巖的應(yīng)力集中。唯一的辦法用更強(qiáng)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度的材料去抗消這種應(yīng)力,使它達(dá)到新的平衡。
事實(shí)證明,除了圍巖的表層支護(hù),還需要深入巖體(內(nèi)部)如:錨桿、灌漿等。
隧洞在開挖過程中,穩(wěn)定性較差的圍巖容易發(fā)生坍塌和個別石塊跌落,為了確保施工安全,必須對開挖出來的空間進(jìn)行有效的臨時支護(hù)。只有在圍巖穩(wěn)定的情況下,才可以不加臨時支護(hù)。
臨時支護(hù)可分為噴錨支護(hù)和構(gòu)架支撐兩類。出特殊情況外,應(yīng)優(yōu)先選用噴錨支護(hù)。本工程用的是鋼支撐,鋼支撐適用于破碎而不穩(wěn)定的巖層,它能承受很大的山巖壓力、耐久性好、所占空間小。鋼支撐可以多次,也可以留住永久性襯砌中不再撤除。(本工程采用后者)
第三章
物質(zhì)世界是靈活多變的東西,隧洞的開挖與支護(hù)同樣如此。不斷的探索和尋找新的、安全、經(jīng)濟(jì)、快捷的施工方案是我們共同的希望。
立志篇
昨天,我也許在世界取得了一點(diǎn)薄績,但從今天開始一切從零開始。時間在前進(jìn),思維方式也應(yīng)該前進(jìn)。我們每個人就是一個局域網(wǎng),我們共同的目標(biāo)是Internet。
忘記昨天,把握今天,開創(chuàng)未來。努力實(shí)現(xiàn)理論邏輯向?qū)嵺`邏輯過渡,不斷的提升自己的經(jīng)驗(yàn)值。
成功是我唯一追求的目標(biāo),在沒有成功之前我決不退縮。盡管前面有許多黑色,但我相信黎明就在前面。
欲于意志作為指南針,以務(wù)實(shí)的鐵器為信念,明天一定是黎明(意志——生命的永恒動力)。
資料
1.武漢水利電力大學(xué) 楊康寧主編.水利水電工程施工技術(shù)第二版.北京:水利水電出版社,1997.6
2.成都水力發(fā)電學(xué)校 廖德全主編.水利工程施工第三版.北京:中國水利水電出版社,1996.5
3.天津大學(xué) 祁慶和主編.水工建筑物第三版.北京:中國水利水電出版社,1997.5
4.徐招才 劉申合邊編.水電站第一版.北京:中國水利水電出版社,1994.10
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