一种大直径圆筒式尾水调压室的开挖方法与流程

本发明属于水利水电地下工程施工技术领域，具体地说，涉及一种大直径圆筒式尾水调压室的开挖方法。

背景技术

为了改善水力发电机组在负荷变化时的运行条件和供电质量，地下引水发电系统工程通常设置有尾水调压室，尾水调压室底部分别与上游侧的尾水管和下游侧的尾水隧洞相连通。水利水电地下工程开挖施工根据设计断面开挖尺寸、围岩地质情况和施工条件，分别采用全断面开挖或者分层、分区开挖的施工方案。

目前，实际中遇到某地下引水发电工程的尾水系统采用“两机共用一室”的布置形式，设计采用了深埋大直径圆筒式调压室的结构布置方案。尾水调压室的最大开挖直径48m，尾水调压室底部分别与上游侧的2条尾水管以及下侧的1条尾水隧洞共三个平洞连接，形成“四岔口”；具有洞室规模巨大、挖空率高、地质条件复杂和结构体型多变的工程特点。尾水调压室底部“四岔口”由于交汇洞室多、开挖断面大、地质条件复杂，开挖后由于围岩应力调整状态复杂，易发生岩体坍塌失稳。

技术实现要素：

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出了一种大直径圆筒式尾水调压室的开挖方法，采取先中导洞贯通、预留保护层分期开挖，由内向外分区贯通，薄层开挖、逐层支护的开挖方案；岔口段尾水管采取预应力锚索加强支护与浇筑一期“戴帽”混凝土相结合，两条相邻尾水管跳洞开挖、随层支护的综合开挖施工方案，以解决实际工程施工开挖后的围岩应力状态复杂，洞室交汇部位产生应力集中和较大的塑性区，施工的技术难度高的问题。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种大直径圆筒式尾水调压室的开挖方法，包含以下步骤：

步骤1）以尾水隧洞5作为施工通道，采用全断面钻爆法形成底部中导洞1，并对底部中导洞1进行随机支护，从而形成后续施工期间的出碴通道；

步骤2）在底部中导洞1通道形成后，采用跳洞开挖的施工方式完成尾水隧洞5上游侧两条相邻尾水管6上方第一层的开挖和系统支护，尾水管6第一层以下部位的预留开挖分层；

步骤3）在步骤2）中尾水管6第一层开挖支护结束后，随即在第一层开挖面上浇筑混凝土形成一期“边墙和顶拱”混凝土层9；

步骤4）上述工作完成后，在两条尾水管6和尾水隧洞5的交叉处上方开始溜渣竖井3的开挖，溜渣竖井3下部四周为尾水调压室贯通分区4，尾水调压室贯通分区4的下部为预留保护层2；

步骤5）溜渣竖井3形成后，以溜渣竖井3的中轴线为轴心，采取全断面分区开挖方式从上而下逐层开挖和系统支护施工至设计贯通高程形成调压室10；

步骤6）调压室10开挖至设计贯通高程后，从调压室10中轴线位置的溜渣竖井3向尾水隧洞5和尾水管6方向由内向外分区爆破的方式完成与底部中导洞1的尾水调压室贯通分区4的开挖，底部尾水调压室贯通分区4开挖完成后，从上而下逐层完成调压室10下部剩余开挖和系统支护；

步骤7）在完成调压室10边墙位置通过沉头锚杆7锁口施工后，再采取手风钻薄层开挖、随层支护的方式完成调压室10底部预留保护层2和尾水管6剩余部分的开挖支护。

进一步，步骤3）中，在浇筑混凝土层9过程中，向混凝土中预埋导向钢管，一期“边墙和顶拱”混凝土层9浇筑完成后，通过向混凝土内预埋的导向钢管中增设预应力锚索8，完成加强支护施工。

进一步，步骤5）中，所述的贯通高程为调压室10从上至下开挖至所设计的尾水调压室贯通分区4高度顶部表面的位置。

进一步，步骤3）和步骤7）中，尾水管6第一层以下部位的开挖分层与调压室10底部预留保护层2开挖分层高度一致，相邻两条尾水管6剩余部分的开挖和支护施工采用跳洞开挖的方式完成。

本发明的有益效果：

1、调压室底部采取先中导洞贯通、预留保护层分两期开挖的施工方案，即满足了调压室竖井施工期间下部出碴通道的需要，又减小了调压室底部岔口段一次开挖成型的最大跨度，保证了调压室施工期间的通道安全，减少了随机支护工程量。

2、与常规施工方案相比，由于调压室底部采取了由内向外分区域逐步贯通和薄层开挖、逐层支护的开挖方法，实现了围岩应力的分期调整和释放，避免了深孔梯段大药量爆破所导致的围岩开挖卸荷后的应力剧烈调整。

3、调压室底部流道开挖采用了通过沉头锚杆预锁口施工技术，与常规施工方案相比，有利于提高流道部位边墙的开挖成型质量，减少了后期混凝土回填量，节约了工程投资。

4、岔口段尾水管采取预应力锚索与浇筑一期“边墙和顶拱”混凝土相结合的加强支护方案，显著提高了底部岔口预留岩隔墙的承载能力。相邻两条尾水管采取跳洞开挖、随层支护开挖方法，可以对开挖卸荷后的岩体及时提供一部分的围压，有利于围岩的稳定。

附图说明

图1为本发明的开挖方案示意图；

图2为本发明的开挖方法a-a剖面图；

图3为本发明的开挖方法b-b剖面图；

图4为本发明的开挖方法c-c剖面图。

图中，1―中导洞、2-预留保护层、3-溜渣竖井、4-尾水调压室贯通分区、5-尾水隧洞、6-尾水管、7-沉头锚杆、8-预应力锚索、9-混凝土层、10-调压室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种大直径圆筒式尾水调压室的开挖方法，包含以下步骤：

步骤1）以尾水隧洞5作为施工通道，采用全断面钻爆法形成底部中导洞1，并对底部中导洞1进行随机支护，从而形成后续施工期间的出碴通道。

步骤2）在底部中导洞1通道形成后，采用跳洞开挖的施工方式完成尾水隧洞5上游侧两条相邻尾水管6上方第一层的开挖和系统支护，尾水管6第一层以下部位的预留开挖分层。

步骤3）在步骤2）中尾水管6第一层开挖支护结束后，随即在第一层开挖面上浇筑混凝土形成一期“边墙和顶拱”混凝土层9；在浇筑混凝土层9过程中，向混凝土中预埋导向钢管，一期“边墙和顶拱”混凝土层9浇筑完成后，通过向混凝土内预埋的导向钢管中增设预应力锚索8，完成加强支护施工。

步骤4）上述工作完成后，在两条尾水管6和尾水隧洞5的交叉处上方开始溜渣竖井3的开挖，溜渣竖井3下部四周为尾水调压室贯通分区4，尾水调压室贯通分区4的下部为预留保护层2。

步骤5）溜渣竖井3形成后，以溜渣竖井3的中轴线为轴心，采取全断面分区开挖方式从上而下逐层开挖和系统支护施工至设计贯通高程形成调压室10；所述的贯通高程为调压室10从上至下开挖至所设计的尾水调压室贯通分区4高度顶部表面的位置。

步骤6）调压室10开挖至设计贯通高程后，从调压室10中轴线位置的溜渣竖井3向尾水隧洞5和尾水管6方向由内向外分区爆破的方式完成与底部中导洞1的尾水调压室贯通分区4的开挖，底部尾水调压室贯通分区4开挖完成后，从上而下逐层完成调压室10下部剩余开挖和系统支护。

步骤7）在完成调压室10边墙位置通过沉头锚杆7锁口施工后，再采取手风钻薄层开挖、随层支护的方式完成调压室10底部预留保护层2和尾水管6剩余部分的开挖支护，步骤3）中的尾水管6第一层以下部位的开挖分层与调压室10底部预留保护层2开挖分层高度一致，相邻两条尾水管6剩余部分的开挖和支护施工采用跳洞开挖的方式完成。

本发明采取先中导洞贯通、预留保护层分两期开挖的施工方案，即满足了调压室竖井施工期间下部出碴通道的需要，又减小了调压室底部岔口段一次开挖成型的最大跨度，保证了调压室施工期间的通道安全，减少了随机支护工程量。

本发明与常规施工方案相比，由于调压室底部采取了由内向外分区域逐步贯通和薄层开挖、逐层支护的开挖方法，实现了围岩应力的分期调整和释放，避免了深孔梯段大药量爆破所导致的围岩开挖卸荷后的应力剧烈调整。

本发明调压室底部流道开挖采用了通过沉头锚杆预锁口施工技术，与常规施工方案相比，有利于提高流道部位边墙的开挖成型质量，减少了后期混凝土回填量，节约了工程投资。

本发明中岔口段尾水管采取预应力锚索与浇筑一期“边墙和顶拱”混凝土层相结合的加强支护方案，显著提高了底部岔口预留岩隔墙的承载能力。相邻两条尾水管采取跳洞开挖、随层支护开挖方法，可以对开挖卸荷后的岩体及时提供一部分的围压，有利于围岩的稳定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。