输水隧洞施工组织设计.pdf
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1、1 输水隧洞施工组织设计 1 施工总说明 1.1 概况 xx 工程新松水库位于 yy 市 zz 镇的曹冲河,坝址位于曹冲河下游新松村附 近,主要任务是为 mm 电厂提供淡水, 年供核电淡水量900 万 m 3。本工程属等 大(1) 型工程,主要建筑物级别为1 级,次要建筑物级别为3 级。主要建筑物包 括新松水库大坝、输水管线及进库道路。 输水工程分输水管线和进出水口工程,包括进水口、竖井、隧洞段、浅埋 段等建筑物。 隧洞进口位于上坝轴线上游约530m的右岸山坡上, 进水口设固定 式拦污栅,用砼封堵,由2 条输水管直接从水库取水,管道设阀门控制。隧洞 出水口接浅埋段,浅埋管长约1858m ,沿核
2、电生活区规划道路铺设至交水点。 输水管线隧洞洞轴线走向为N12 W ,从新松水库输水至yy 核电厂,输水隧洞段 长 2755m , 隧洞采用城门洞型, 断面净尺寸为 3.6m 4.0m(宽 高), 坡度 1:1000, 隧洞底高程为 14.8m12.05m,球墨铸铁管用C10外包砼保护,混凝土回填厚 度 1200mm 。竖井设在隧洞桩号0+056.000 处,竖井地面高程为51.0m,直径为 4.8m,衬砌厚度为 600mm 。 1.2 水文气象 1.2.1 气象 yy 市多年平均气温 21.9 ,最高气温 37.3 (1989 年 8 月 17 日) , 最低气 温-0.1 (1957 年
3、2 月 11 日) , 多年平均相对湿度81.5%。 根据施工区域附近的 大坑雨量站19592005 年资料统计,年雨量均值为2583.7mm ,最大年降雨量 4801.5mm(2001年),最小年降雨量1597.5mm(1963年) 。同时根据资料显示, 2 对 yy 市有影响的台风平均每年3.1 次,多发生在 79 月。台风是严重的灾害天 气,有很强的破坏性,并且带来暴雨,致使山洪暴发,平原地区积水成灾。 风向、风速:yy 上川岛气象站多年平均最大风速25.65m/s,历年最大风速 37.3m/s(SSW ,1975 年 10 月 6 日) 。工程施工区域年无霜期363 天,多年平均 日照
4、 2006小时。 1.2.2 水文 曹冲河流域所处的铜鼓山系是yy 市的暴雨中心之一。 4 月末、5 月初开始, 西南季风活跃,流域开始进入雨季。流域暴雨主要集中在汛期,汛期(5 9 月) 的降雨量占全年的76% 左右。其中, 56 月为前汛期,主要是西南低空急流暴 雨和锋面雨,降雨量占全年雨量的35% 左右; 79 月为后汛期,多为台风雨, 降雨量占全年雨量的41% 左右。日雨量大于50mm 的暴雨年平均日数一般为18 天,暴雨强度很大,最大24小时降水量可达500mm 。降雨年内分配不均,年内 暴雨主要集中在前汛期5、6 月和后汛期的 7、8 月。 1.3 地形地质条件 1.3.1 地形地
5、貌 隧洞山体雄厚,山顶高程为 390m 420m 。 在进水口侧的中下部位植被发育, 山坡较缓,一般为20 30 。进水口侧中上部位和出水口侧基岩出露较多,坡 度陡,大多坡度为40 60 ,局部可达 80 。出口位置边坡较陡,基岩出露较 多。浅埋段的其中一部分是沿山边敷设,另一部分要经过海滩至交水点;沿线 地表高程 7.5m 0.7m。 1.3.2 地层岩性及岩体风化分带 进洞口和洞轴线范围的地层岩性有第四系冲积层(Q al ) ,坡积层 (Q dl ) ,基岩 3 主要为燕山三期 ( 5 2(3) ) 中粗粒斑状黑云母花岗岩, 局部有燕山四期 ( 5 3(1) ) 细粒黑 云母花岗岩侵入,进
6、洞口处有较多辉绿岩() 岩脉。花岗岩按风化程度可分为 全风化带 ( ) 、强风化带 ()、弱风化带 ()、微风化带 ( ) 。由上至下各岩 土层特征分述如下: 1) 冲积层 (Qal) 分两层 -1 和-2 。分布在曹冲河边。其中: -1:厚度为 7.1m,层底高程为 7.09m,主要是含砾粉质粘土,粘性较好, 多可塑状。 -2:厚度为 2.5m,层底高程为 4.59m,主要是粉细砂,颗粒较均 匀,饱和,稍密中密。 2) 坡积层 (Qdl) 分布在山坡上,厚度为0m 4.5m,主要由含砂粉质粘土组成,大部分硬塑 状,少量可塑。 3) 燕山三期 ( 52(3) 中粗粒斑状黑云母花岗岩、 燕山四期
7、 ( 53(1) 细粒黑 云母花岗岩和辉绿岩 ( ) 岩脉。 全风化带 ( ) :风化不透彻,局部含少量强风化碎块。钻孔揭示顶面埋深 0m 16.8m,顶面高程 EL2.61m EL62.47m ,厚度 4.2m12.1m。 强风化带 ( ) :岩石已强烈风化,软硬不均,裂隙发育,RQD 值多为 0,岩 体较破碎,完整性差。 钻孔揭露厚度 1.2m7.0m,顶面埋深 11.0m16.8m,顶 板 EL-2.61mEL27.72m 。 弱风化带 ( ) :岩质坚硬,裂隙较发育,RQD 值多为 40% 80% ,岩体较完 整,局部破碎、 完整性差。顶面埋深 4.2m23.8m,顶板 EL-9.61
8、mEL54.59m 。 微风化带 ( ) :岩质坚硬,裂隙较发育发育,岩体较完整。顶面埋深 10.2m26.64m,顶板 EL-5.14mEL 34.19m。 1.3.3 地质构造 隧洞上发现 2 条断层 f4 和 F023。 f4 位于桩号 K0+041 , 产状 N70 E/NW 60 , 4 逆断层,断层宽 b=0.5m2.0m,由花岗碎裂岩组成, 并发育石英细脉, 宽 5cm 10cm ,长 1.5m,破碎。 F023位于桩号 K1+846 ,产状 N70 E/NW 70 ,由花岗碎 裂岩组成。 1.3.4 岩土的物理力学性质 输水管线洞室围岩主要物理力学参数建议值,边坡开挖坡比建议值
9、见下表。 表1围岩主要物理力学参数建议值表 围岩 分类 饱和容重 弹性 模量 变形模量 泊松比 饱和抗压 强度 fr 单位弹性 抗力系数k0 (g/cm3) (GPa) (GPa) (MPa) (MPa/cm) 类2.64 2535 1520 0.20 90120 18 类2.63 920 610 0.25 6090 8 13 类2.55 46 13 0.30 3060 14 类1.95 - - - 0.35 0.40 0.5 1.3.5 隧洞工程地质评价 输水管线隧洞设计进洞段在全风化中粗粒斑状黑云母花岗岩土中,上覆土 层厚度约2m ,进口边坡较缓,坡度约17 ,进洞工程地质条件较差。断层f
10、4 和 F023,胶结较好,与洞向呈大角度相交,对围岩稳定影响较小。在进洞口附 近的 f4 断层,由于其倾向为顺坡向, 与洞脸边坡同倾向, 对洞口边坡有一定影 响,在施工开挖时需及时跟进处理,做好支护。 隧洞段,输水管线穿过雄厚的山体, 地貌上没有深切的沟谷, 隧洞埋深大; 隧洞位于弱微风化花岗岩中;地质构造较少,只有f4 和 F023两条断层,且 都与洞室呈大角度相交, 对围岩稳定影响较小, 在施工开挖时需及时跟进处理, 做好支护。 输水管线洞身各类围岩分类如下:类围岩只要分布桩号0+0000+020, 类围岩只要分布在进口处桩号0+0200+050、及 2+7052+755,类、类 围岩约
11、占 3.6%;桩号 0+0500+830、桩号 1+8451+860、桩号 2+1652+705 5 为类围岩,约占 48.5%; 桩号 0+8301+845、 桩号 1+8602+165为类围岩, 约占 47.9%。 1.3.6 竖井工程地质条件 竖井设在隧洞桩号0+056.000 处,地面高程为 51.0m,直径为 4.8m。竖井 入口位于山坡上,坡度为25 35 ,地表杂草茂密,竖井入口山坡较缓,竖井 段在地下水位以下,山坡基本稳定。根据水工设计,从EL51.0m至输水管线隧 洞顶 EL20.0m为竖井段。其中EL51.0m EL43.0m是类围岩和类围岩,EL 43.0mEL 31.0
12、m 为类围岩, EL31.0m EL 20.0m 为类围岩。 1.4 交通条件 工程所在地附近目前已有公路与yy 市连通,施工对外交通采用公路运输, 坝址下游两公里处有地方公路直达赤溪镇,外来器材及建筑材料可经新建永久 进库道路运至工地。 另外新建 300m左右临时施工道路与新松村村路相连,新松 村村路与地方公路连接,形成本工程对外交通的辅助进场道路。 1.5 施工内容及主要工程量 1.5.1 施工内容 承建的输水工程主要包括进出水口和输水管线。施工内容主要有土石方明 挖、浅埋段土方开挖、 石方洞挖 ( 含竖井 ) 、锚喷支护 ( 包括超前管棚、超前小导 管等) 、钢筋制安、混凝土、 球墨铸铁
13、管的安装及施工段的观测仪器采购、安装 和施工期间的监测等。 1.5.2 主要工程量 表2输水工程土建施工工程量表 6 序号工程项目单位数量 一输水管线 1 土石方开挖 (2km) m 3 3399.48 2 土石方开挖 (0.5km) m 3 24929.52 3 土石方回填 (0.5km) m 3 23016 4 洞挖石方m 3 38870 5 土方洞挖 (4km) m 3362 6 喷混凝土m 32220 7 锚杆 20,入岩 2.5m 根2190 8 钢筋t 199 9 C20混凝土垫层m 32768 10 隧洞衬砌混凝土C25 m 3140 11 C10回填混凝土m 38887.9 1
14、2 800mm球墨铸铁管m 9226 13 钢拱架钢筋制安t 1.1 14 超前小导管? 42,L=3m 束 ( 根) 230 15 管棚,无缝钢管,直径108,L=12m 根13 16 草皮护坡m 219161 17 ? 500 搅拌桩m 24000 二进出水口工程 1 土石方开挖 (2km) m 3274.68 2 土石方开挖 (0.5km) m 32014.32 3 C25混凝土护坡厚100mm m 3158 4 锚杆, 20,L=6.1m 束 ( 根) 75 5 锚杆, 20,L=4.1m 束 ( 根) 75 6 注浆小导管, ? 42,L=6.1m 束 ( 根) 115 7 注浆小导
15、管, ? 42,L=8.1m 束 ( 根) 115 8 钢筋t 90 9 PVC排水管, ? 60 m 189 10 石方井挖 ( 开挖直径 6.8m) m 31384 11 C25衬砌混凝土 ( 竖井衬砌,厚度60cm) m 3316 12 C25管理房、楼梯混凝土m 3120 13 竖井房建筑面积m 250 7 表3金属结构设备及安装工程工程量 序号名称及规格单位数 量 一输水管设备及安装工程 1 进口拦污栅栅叶t 2 2 进口拦污栅埋件t 2 3 检修阀门, 手 /电动金属密封闸阀DN800 t 13.2 4 电磁流量计,DN800 台2 5 伸缩节,双法兰传力接头,DN800 t 2.
16、4 6 流量调节阀,DN800 t 14 7 排气阀, DN50 台4 8 防腐m 2 200 1.6 施工重点难点分析 通过对相关文件的认真分析、研究和我们对设计图纸的深刻理解,以及我 们多年来从事类似工程施工积累的经验,我们认为本工程有如下重点、难点, 需要在施工技术方案中重点关注和解决。 1)隧洞进水口高程仅高于河床高程约10m左右,且输水隧洞单工作面长、 断面小、交通运输、通风排烟不畅,为关键工序,需要全年不间断施工,汛期 存在一定的度汛风险。 2)工期紧张,工程开工即是高峰期,开工后即进入开挖强度高峰期,施工 准备、资源配备及施工组织管理是确保主体工程顺利进行的一个重点。 3)输水隧
17、洞洞线长达2755m ,仅有 2 个工作面,单工作面长达约1400m 、 断面小、交通运输、通风排烟存在一定难度,从而影响施工进度。部份隧洞洞 身、隧洞出口和浅埋段地质情况尚未探明,存在诸多不确定因素。不良地质条 件的洞段施工是确保工程如期发挥效益的一个重点,也是施工难点之一。要满 足施工进度要求,隧洞开挖是保证工程如期完成的关键之一。 2 施工总体布置 8 2.1 布置原则 1) 满足工程进度、质量、安全、文明施工及环境保护目标的要求。 2) 充分利用建设单位提供的场地及设施,就近紧凑布置; 所有施工临时设 施均布置在合同文件指定的占地范围以内。 3) 遵循因地制宜、 有利生产、方便生活、易
18、于管理、安全可靠、经济合理、 并有利于环境保护的总原则进行施工总体布置。 2.2 布置内容 1) 场内施工便道的布置; 2) 整体规划、合理布置各种生产系统、辅助工厂及办公、生活等设施; 3) 选择供水、 供风、供电等系统的布置, 选择合适的通讯系统,并做好施 工排水。 2.3 施工供风 在隧洞进出口处各布置一套供风设备。主要用于隧洞洞挖作业,边坡喷锚 支护。进口施工区 (含竖井 ) 开挖布置 12 台 YT28手风钻,1 台 PC-7混凝土湿喷 机,和 2 台 KQJ100B 潜孔钻钻孔。 出口施工区布置8 台 YT28手风钻,1 台 PC-7 混凝土湿喷机,和1 台 KQJ100B 潜孔钻
19、。 YT28型气腿式手风钻单台耗风量取2.8m 3/min ,工作风压为 0.6MPa ,PC-7 混凝土湿喷机单机耗风量7m 3/min ,工作风压为为 0.6MPa ,KQJ100B 潜孔钻单机 耗风量 8m 3/min ,工作风压为为 0.6MPa 。空压机设备利用率取 75% 。 风动机械耗气量的计算公式如下: Q / =K1K2mb1 其中式中: Q / 风动机械耗风量, m 3/min ; K1磨损增加耗风系数,一般取1.11.25 ,这里取 1.15 ; 9 K2同时工作系数,可参照水利水电工程施工手册P587表 10-2-32 ; m 同型号的风动机械台数; b1单台风动机械的
20、耗风量,m 3/min 。 进口施工区供风高峰期使用YT28型气腿式手风钻6 台,PC-7混凝土喷射 机 1 台,1 台 KQJ100B 潜孔钻, Q / =1.150.9 (6 2.8+7+8)=32.91 m 3/min , 空压机利用率为75% , 故选用空压站的工作容量为Q =32.91 75%=43.88 m 3/min , 故选用 2台电动空压机 4L-20/8 和 1 台 YW9/7 I 型空压机。最大送风距离取为 1800m ,选用内径为 150mm 的供风钢管。 出口施工区供风高峰期使用YT28型气腿式手风钻6 台,混凝土喷射机1 台,Q / =1.150.9 (62.8+7
21、)=24.63 m 3/min ,空压机利用率为 75% ,故选用 空压站的工作容量为Q =24.63 75%=32.84 m 3/min ,故选用 2 台。故设柴油空 压机 WF-20/8-A 型空压机 2 台,满足供风需求。最大送风距离取为1800m ,选 用内径为 150mm 的供风钢管。 供风管径主干管 DN150mm,分管 DN100mm,枝状布置,供风支管接至工作面 后设阀门、风包和枝状风插头,风管每200m设放水阀,超过 1000 m后设油水 分离器,连接供风胶管距离工作面距离控制在30m的范围内。 供风校核计算: 风管校核长度取 2000m ,校核管径取 150mm 。此时最大
22、允许 供风量为 65m 3/min 。 风量校核。供风高峰期进口施工区工作面上用风设备为5 台 YT28型气腿式 手风钻,用风量为16.8m 3/min ,1 台 PC-7混凝土喷射机,用风量为 7m 3/min ,1 台 1 台 KQJ100B 潜孔钻, 用风机具同时工作折减系数取0.85 ,机具损耗系数取 1.15 ,管路损耗系数取1.15 ,总用风量为 Q=(16.8+7+8) 0.85 1.15 1.15=35.75m 3/min (220+9)75%=36.75 m3/min 65m3/min ,风量满足施工 需求。 供风高峰期出口施工区工作面上用风设备为6 台 YT28型气腿式手风
23、钻,用 风量为 16.8m 3/min ,1 台 PC-7混凝土喷射机,用风量为 7m 3/min ,用风机具同 10 时工作折减系数取0.85 ,机具损耗系数取1.15 ,管路损耗系数取1.15 ,总用 风 量 为 Q=(16.8+7) 0.85 1.15 1.15=26.75m 3/min (2 20) 75%=30m 3/min 65m3/min ,风量满足施工需求。 风压校核。校核远距离供风风压,当管道通风量为30m 3/min ,风管直径为 150mm 时,每 1000m长的管路风压损失为0.092MPa 。此时进口施工区工作面通 风 量 Qa=(20+20+9)0.75=36.75
24、m 3/min , 每 1000m 长 的 管 路 风 压 损 失取 0.095MPa。 2000m 的 风 压 损 失 为 2000 1000 0.095=0.19MPa, 风 压 为 0.8-0.19=0.61MPa 0.6MPa ,风压满足施工要求。此时出口施工区工作面通风 量 Qa=(20+20)0.75=30m 3/min , 每 1000m长的管路风压损失取 0.092MPa 。 2000m 的风压损失为200010000.092=0.184MPa,风压为0.8-0.184=0.606MPa 0.6MPa ,风压满足施工要求。 2.4 施工供水 隧洞进口施工用水主要有750型强制式
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