在选用封堵方法时,主要考虑:施工简单,造价经济等因素,参照已建工程—湖北省白莲河工程导流涵管的封堵,最终决定采用定向爆破断流,山坡土闭气,快速筑好进口围堰之后,在静水条件下立即浇筑水工混凝土抢作为临时堵头,继面抽水,再浇筑隧洞的永久混凝土堵头。
隧洞堵头的位置,设在靠上游或坝基下部,并与坝基防渗帷幕连接成防渗系统。因导流隧洞断面较大,堵头体积也大,为防止产生温度裂缝,须分段分层浇筑,并有降温措施。堵头中部设有灌浆廊道,对接缝和固壁岩层进行固结灌浆。
1-爆破石渣 2-山坡土前闭气段 3-草袋黄土后闭气段
4-临时堵头混凝土墙 5-隧洞上覆岩体
3·3封堵示意图
3.8.2 堵头长度和稳定计算 本设计上下游隧洞均设堵头
混凝土塞的最小长度可根据极限平衡重要条件由下式求出:
I?kp (3·9)
A?f??c式中:l,A—堵头长度,断面面积,其中A=171.65m2; K—安全系数,一般取1.1-1.3,本设计取1.2; P—作用水头之推力; ?—混凝土容重,??24t取0.62;
m3 F—混凝土与岩石孔隙压缩系数(或混凝土)的摩阻系数,一般取0.6-0.65,
?—导流隧洞或涵管的周长,m
C—混凝土与岩石的粘结力,一般取(5?20)?104Pa ,取105Pa。
由设计资料知坝顶高程为539m,安全超高1m,计算时取坝前最大水头,上游取坝前最
3高水位538.0m,下游据200年一遇的最大流量6900m,查水位与流量关系曲线,得出
s下游水位最高为429.1m。
一、上游:
P?1000?9.8?104.6?171.65?1.76?108N
将各数值代入式(3·9),得堵头的最小长度为:
1.2?1.76?108l??40.0(m) 171.65?2400?0.62?51?105实际采用l?40.0m。
图3·4
二、下游:
1P?1000?9.8?14.46?14.46?11??1.12?107N
2堵头长度为:
1.2?1.12?107l??2.46(m) 171.65?2400?0.62?51?105实际采用:l?2.5m。
图3·5 下游
4 隧洞的施工设计
导流隧洞施工,地下建筑物的施工,主要包括洞室岩石开挖、出渣、临时支护、混凝土衬砌、洞室灌浆及质量检查等。同时还须妥善解决施工动力供应、洞外交通运输、通风、散烟、除尘、排水和照明等问题。 4.1 隧洞开挖方式的比较及选取
目前常用的隧洞开挖方式有掘进机式开挖和钻孔爆破式开挖。
钻孔爆破法开挖:一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低,尤其适合岩石坚硬,长度相对短的洞室施工。
掘进机式开挖:目前已生产的掘进机大多适用于圆形断面,地质条件良好,岩石硬度适中、岩性变化不大的隧洞。对于非圆形断面隧洞的开挖,通常通过调整底盘倾角来实现。掘进机一般多用于平洞的全断面开挖,对大型隧洞的开挖,也可先采用掘进机开挖导洞,而后采用传统的钻爆方法开挖。
掘进机开挖和传统钻爆法开挖的比较:
⑴利用机械切割,挤压破碎,能使掘进、出渣、衬砌支护等作业平行;连续地进行,工作条件比较安全,节省劳力,整个施工过程能较好地实现机械化和自动化控制。
⑵在地质条件单一,岩石硬度适宜的情况下,可以提高掘进速度。掘进机挖掘的洞壁比较落平整,断面均匀,超欠挖量少,围岩扰动少,对衬砌支护有利。
⑶但掘进机开挖设备复杂昂贵,安装费工费时。当隧洞长度较短时采用掘进机并不经济。
⑷掘进机不能灵活适应洞径、洞轴线走向,地质条件与岩性等方面的变化。对于选定
0的掘进机,其允许的洞径变化不能超过?100,由于掘进机机身长度的限制,隧洞的转弯半径不能小于150~450m,对于断层,破碎带等不良地质条件,掘进机的掘进速度将大大降低。对坚硬岩石刀具磨损很快。
⑸刀具更换,风管送进,电缆延伸,机器调整等辅助工作占用时间较长。若掘进机发生故障,会影响全部工程的施工。
⑹掘进机掘进时释放大量热量工作面上环境温度较高,因此要求有较大的通风设备。 综合以上两种方法的比较,依据设计资料,选用钻孔爆破法、开挖。原因如下: ⑴本设计需开挖两条隧洞,且需同时开挖,如选用两台掘进机费用太高,并且施工现场也不好布置。
⑵导流隧洞较大,但洞长较短,不宜采用掘进机。 ⑶隧洞的转弯半径小于150m,也不宜采用掘进机。
⑷如果掘进机出现故障,对工期影响很大,如果在截流前不能按时竣工,会使工期延
后一年。
⑸钻孔爆破法对岩层地质条件适应性强,且开挖成本低,尤其适合岩石坚硬,长度相对较短的洞室开挖。 4.2 隧洞的开挖程序
平洞长施工程序的选择,主要取决于地质条件的好坏,断面尺寸的大小,平洞轴线长短以及施工机械化水平等因素;同时还要处理好平面平行运动同开挖精悍临时支撑,平洞开挖与衬砌或支护的关系,以便各顶工作在相对狭小的工作面上有条不紊地进行。
隧洞开挖有全断面开挖、断面部分开挖和导洞开挖等方法。
全断面开挖:全断面开挖是将平洞整个断面一次开挖成洞。衬砌或支护施工,须待全洞贯通后或待总安排而定。这种方法适用于围岩坚固稳定f?8~10,有大型开挖衬砌设备,设备能力和断面大小能适应,平洞轴线不太长的情况。洞内工作场面比较大,施工组织因工作面宽而比较容易安排,施工干扰也较易解决,有利于提高平洞施工速度。
断面分部开挖:将整个断面分成若干和块,分层分块开挖推进。分部开挖适用于围岩较差,洞径过大的平洞开挖。如果围岩比较稳定,洞线又不太长,可分部开挖掘进,贯通以后再进行衬砌。在地质条件较差,围岩允许暴露时间不宜壶久的条件下,可采用上部开挖一段以后,将顶拱衬砌支护好,再进行下部开挖,以策安全。分部开挖的主要优点是不一定需要大型设备,就能进行大断面洞室的开挖,比较机动灵活,能适应地质条件的变化。采用分部开挖,分部衬砌支护的措施,使施工组织比较复杂,施工速度受到影响。
断面分部开挖从开挖到形态上通常分为台阶法开挖和导洞法开挖。
⑴台阶法开挖 当洞径或洞高在10m以上,基本上采用台阶法开挖。按开挖程序不同,台阶法开挖又分正台阶法和反台阶法。正台阶法在大型平洞中使用普遍,其上层开挖高度一般为6~8m。当隧洞的断面尺寸较大时,其下部台阶的开挖可以采用露天深孔梯段爆破以提高施工效率。
⑵导洞法开挖 导洞法开挖是在隧洞断面中开挖一个导洞,然后再在志洞的基础上扩大
2m至整个断面的开挖方法。由于导洞的断面较小,一般在10左右,有利于围岩的稳定,其灵活性比分部开挖更大。这种方法除了具有分部开挖的特点外,还可以通过导洞的开挖,进一步探明地质情况,导洞挖通以后,还可以改善洞内的通风条件。
导洞开挖,据导洞位置的不同,有上导洞、下导洞、中导上下导洞、双侧导洞等不同方式。
①上导洞开挖:它适用于地质条件不好,但地下水严重,机械化程度不高的场合。其优点是:先开挖顶部,安全问题比较容易解决,顶部开挖规则较易控制,下部扩大施工方便,在不良地质条件下,要组织开挖与衬砌交叉作业,施工干扰大,施工组织复杂。
②下导洞开挖:它适用于地质条件较好,洞线较长,断面不大,机械化程度不高的场合。其优点是:洞内施工设施可一次铺设,出渣道路不必翻修。地下水严重时,排水比较
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