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铜电施工地质鉴定与设计

2010-08-24 16:22  来源于网络  【  【打印】【我要纠错】

  1、引言

  水电工程施工地质工作,是电站建设现场设计代表工作的重要组成部分。由于水电建设前期的地质勘探和试验工作,都客观地存在着不同程度的局限性和片面性,特别是勘探试验投入较少的中小型电站。因此,为了充分估价电站站址可能存在的各种不利地质因素,前期地质人员,无论在宏观工程地质评价,或微观岩体分级、参数选取时,一般都要从难考虑,留有相当的安全余度,以减少设计的盲目性和施工的冒险性。所以,到了施工阶段,开挖揭示出来的实际地质情况,多半要比前期预测为好。故在我国水电建设资金尚不充裕的当前,施工地质人员能否从工程需要出发,在跟踪施工工地编录地质资料的同时,敏锐地做出合理的最终地质鉴定,并及时反馈修正岩体类别与地质参数,为现场修改、优化设计提供可靠的计算依据,乃是在电站建设期,能否节约工程投资的关键环节之一。

  本文阐述的铜钟电站施工地质鉴定与优化设计成果,即是一个很好的例证。

  2、工程简介

  铜钟电站位于四川阿坝藏羌自治州茂县境内(见图1),是岷江干流上继映秀湾、太平驿之后新建的第三座闸坝引水式电站。闸坝高26.7m,引水线路总长1495m,包括上引水隧洞594m(Ф=7.5m),管桥210m(Ф=6m),下引水隧洞691(Ф=7.5m)(见图2)。引用流量162m3/s,设计水头36m,装机容量51MW.因保留区内原建的南新无坝引水电站,装机9.6MW;又在闸后增建一座南新二级消能电站,装机6MW.本梯级总装机容量66.6MW,年总发电量4.26亿kW.h.

  3、铜钟电站施工地质鉴定与优化设计成效

  3.1闸坝基础防渗墙设计优化

  铜钟电站与其下游的太平驿电站同属软基建坝,河床覆盖层结构亦与太平驿电站类似偏优,详见表1.

  表1太平驿电站、铜钟电站两闸基软层结构比较表

电站名称
 
地质年代
 
地层代号
 
地层
 
厚度
 
透水性能
 
允许坡降建议值
 
太平驿电站
 
全新统
 
alQ4
 
含巨漂的漂卵块碎石层,局部架空
 
≤ 20m
 
强透水
 
0.15
 
晚更新统
 
fglQ3
 
块碎石土、砂卵石互层,夹粗中细砂薄层
 
18m-45m
 
弱透水
 
0.3-0.35
 
铜钟电站
 
全新统
 
alQ4
 
含巨块的漂卵(块)砾(碎)石层
 
≤ 22m
 
中等透水
 
0.1-0.12
 
晚更新统
 
fglQ3
 
块(卵)碎(砾)石土层,夹角砾质砂透镜体
 
20m-40m
 
微、弱透水
 
0.3-0.4
 

  表1可见两闸基地层结构基本一致。alQ4层开挖时,有水渗入基坑,深挖在fglQ3层内,反而成无水干坑,可见fglQ3层的相对隔水性能,故太平驿闸基采用了简单的水平铺盖防渗,效果很好。而铜钟闸基,由于没有使用该闸基下部渗流控制层fglQ3的允许坡降建议值0.3~0.4,只使用了该闸基上部非渗流控制层alQ4层的允许坡降值0.12,设计的是深达46m的垂直混凝土防渗墙,显然二者造价悬殊。为进一步论证使用参数的合理性,施工期特在基坑渗控层fglQ3中采样做了两组大型现场渗流变形试验,试验成果见表2.根椐

  表2铜钟电站闸基fglQ3层原状土现场管涌试验成果表

土层名称
 
特性
 
渗透系数(cm/s)
 
临界坡降J k
 
破坏坡降J f
 
允许坡降J允
 
破坏形式
 
块卵碎砾石土
 
渗流控制层
 
1.35╳10-5
 
0.875
 
>5
 
0.583
 
流土
 
角砾质砂透镜体
 
非渗控层
 
2.46╳10-2
 
0.475
 
1.9
 
0.32
 
管涌
 

  试验资料,地质、设计人员研究选用了0.32作为fglQ3层的允许坡降值,进行重新计算。遂将正在紧张施工的防渗墙底板高程1412m~1416m,修改为1425m~1430m,整体提高了13~14m.修改后的防渗墙(详见图3)既确保封闭了强透水alQ4层,且嵌入了相对隔水层fglQ3层5m-10m。削减了混凝土防渗墙2533㎡。(原设计防渗墙面积8538㎡,修改后为5830㎡,减去深部已成墙175㎡,合同单价1107.39元/㎡)节约工程投资280.50万元。缩短工期至少一个月,还解决了当年安全渡汛的难题。

  3.2引水隧洞支护优化

  3.2.1取消临时性支护

  原设计引水隧洞3/4断面需全喷混凝土临时性支护,其中Ⅳ、Ⅴ类围岩还要求锚杆加挂网喷混凝土。经过上引水隧洞百米洞段地质编录分析认为,构成本隧洞的结晶灰岩、千枚岩虽具薄层状结构,但层间结合力强,围岩自稳能力较好。故研究决定:取消全面临时性支护,只要求对洞口风化卸荷带Ⅳ、Ⅴ类围岩段,进行及时的永久性衬砌。由此减少:岩石洞挖2852m3(合同单价111.92元/m3),喷混凝土2852m3(合同单价477元/m3),锚杆2873根(合同单价71元/根),钢筋网15t(合同单价3928.49元/t),共节约支护费用194.25万元。

  3.2.2永久性衬护优化

  上下引水隧洞开挖后,因深部围岩结构面不发育且多闭合,又无地下水活动,故复核鉴定围岩等级普遍提高,各类围岩实际长度、比例与前期预测比较如表3.修正后围岩类别:Ⅴ类减少139m(钢筋1.315t/m),

  表3引水隧洞围岩类别修正前后长度、比例比较表

洞名
 
长度
 
围岩类别
 
 
 
 
 
上洞
 
594m
 
前期预测%——m
 
0——0m
 
30%——178m
 
60%——356m
 
10%——60m
 
开挖实况m
 
0m
 
459m
 
110m
 
25m
 
下洞
 
691m
 
前期预测%——m
 
0——0m
 
50%——345m
 
35%——242m
 
15%——104m
 
开挖实况m
 
300m
 
357m
 
34m
 
0m
 

  Ⅳ类减少454m(钢筋1.171t/m),Ⅲ类增加293m(钢筋0.925t/m),Ⅱ类增加300m(钢筋0.544t/m),优化设计后减少钢筋280.19t(合同单价3928.49元/t),节省钢材及其制安费110.07万元。

  3.3调压室支护优化

  3.3.1取消顶拱临时性支护

  调压室长70m,宽10m,高27m.半圆形顶拱1/2断面开挖后,无掉块现象,围岩鉴定属Ⅲ类偏好,故建议取消原设计的挂网喷混凝土临时支护,并削减锚杆深度。设计采纳后,减少:洞挖282m3,喷混凝土282m3,钢筋网5.65t,锚杆686根长5m改为4m,(价差22元/根),共节约资金20.34万元。

  3.3.2削减边墙锚杆及喷混凝土

  因布置窄长调压室时,已考虑使其轴线垂直陡立岩层走向,边墙自稳能力较顶拱更强,加之锚杆平行岩层层面布设作用不大,故地质人员建议取消锚杆及喷混凝土。经业主、监理、设计三方会议研究,采取了削减锚杆长度及喷混凝土厚度的方案:改喷混凝土20cm为10cm,减少洞挖381.5m3,喷混凝土381.5m3;将原设计的8m锚杆588根、10m锚杆686根,全修改为4m锚杆(差价:8m锚杆88元/根;10m锚杆,132元/根)共节约资金36.70万元。

  3.4压力管道临时性支护优化

  经地质编录认为,压力管道除洞口Ⅳ、Ⅴ类围岩段,须喷混凝土、随机锚杆外,其余Ⅲ类围岩自稳能力尚佳,无掉块现象,临时性支护可以取消。设计修改后减少:洞挖293m3,喷混凝土293m3,锚杆85根(合同单价71元/根),挂网4.44t,节省费用19.60万元。

  3.5引水系统固结灌浆优化

  原设计对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩均布置了固结灌浆,地质鉴定认为:引水系统Ⅲ类围岩结构紧密,没有灌浆的可能和必要。优化后减少固结灌浆工程量:引水隧洞4722m;压力管道798m(单价74元/m),节约投资40.84万元。

  3.6尾水渠防渗(冲)墙的取消

  尾水渠基础大部分处在力学性能差的粉土层上,当初考虑施工困难,于临河侧设计了一道混凝土防渗(冲)墙,亦属合理。施工后期地质人员分析认为:由于厂房基坑连续两年抽水,改变了原地下水的排泄方向,尾水渠基坑涌水量必将大大减小。另河水也日趋枯期,采取填土、压石等护坡措施,同样可以防止渗流破坏,所以生产会上提出了取消尾水渠防渗(冲)墙的建议。会议采纳后,省去了原设计的混凝土防渗(冲)墙1708.06㎡,钢筋60.73t,节约工程造价213万元,也避免了当时对土建施工工期的干扰。

  铜钟电站建设期间,仅上述六项优化设计的不完全统计,即为业主节约了工程投资九佰余万元(915.30万元)。由于业主、监理、设计、施工各方人员谨慎务实,在最终选用参数指标时,考虑了适当的安全储备,故在历经两年半的施工过程中,从未发生过一起因上述修改设计而引起的安全或质量事故。经过冲水发电试远行检验,闸坝防渗效果良好,地下洞室围岩稳定。

  4、结语

  由此可见,不仅在电站开发前期的规划设计阶段,需要反复进行勘查论证,方案比较和设计优化;进入施工阶段以后,同样有许多现场设计优化工作可做。而且,施工阶段的设计优化,可以使设计更加符合客观实际,对缩短建设工期、节约工程投资,具有更加现实的直接技术经济价值。

  随着21世纪的到来,我国即将加入WTO,日趋完善与国际接轨的业主负责、建设监理和合同管理一系列新的水电建设管理体制,必将为优化设计开辟更加有利的环境。作为驻施工现场设计代表的地质、设计人员,更应加强为业主服务的新观念,克服“多一事不如少一事”,“修改设计就是否定自己”等错误认识。努力挖掘地质潜力,积极优化设计,为节约我国水电建设工程投资做出更大的贡献。

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