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1、水电施工新技术,绪 论,水电建设施工包括：施工技术 施工机械 施工组织与管理,绪 论,水电工程建设：规划、设计，施工，管理。施工以规划、设计作为依据，而规划、设计又要考虑施工方面的要求，并接受施工实践的检验，施工将规划、设计方案转变为工程实体。规划、设计和施工应充分重视建成后的运行管理。,水电施工新技术,绪 论,一、我国水电工程的成就与展望新中国50年水电建设迅猛发展 1900-1949年 36万KW 12亿KW.h/年 1950-1999年 729万KW 2129亿KW.h/年 50年代：新安江、柘溪、新丰江、盐锅峡 60年代：刘家峡、丹江口、三门峡 70年代：葛洲坝、乌江渡、龚嘴、凤滩、东
2、江 80年代：龙羊峡、岩滩、隔河岩、漫湾、广蓄、水口 90年代：五强溪、李家峡、天荒坪、十三陵、莲花、二滩、天生桥、江垭 在建：三峡、小浪底、大朝山、棉花滩、水布垭、沙牌、小湾、溪洛渡、公伯峡、三板溪、洪家渡、龙滩、拉西瓦、向家坝,水电施工新技术,绪 论,水电施工新技术,绪 论,二 各种类型高坝和大型水电站的建设，促进了水利工程施工技术的发展。1施工导流工程 我国已具备驾驭大江大河的能力，大流量明渠或隧洞已不再是难题。,水电施工新技术,绪 论,2、土石方开挖工程 年最大开挖强度达4400万m3。爆破技术方面：采用（聚能）预裂爆破，光面爆破，孔内孔间 微差顺序爆破。岩体支护方面：针对不同要求采用
3、 锚杆、锚桩，预应力 锚索及喷混凝土。,水电施工新技术,绪 论,3、地基处理工程 具有我国特色的高压水泥灌浆技术，超细水泥，胶水浆体和多种化学灌浆材料相继开发与应用，完成深达101m的造墙试验（冶勒工程），高压喷射灌浆成墙技术，沉井，抗滑桩和振冲加固技术。,水电施工新技术,绪 论,4、土石坝工程 定向爆破筑坝技术成功地应用于工程。引进并开发了各种大型土石方施工机械，砼面板堆石坝，粘土斜心墙堆石坝月最高填筑强度分别超过110万m3和150万m3。砼面板抗裂，防渗和耐久性，周边缝止水结构和材料及面板滑模施工技术有所创新和发展。,水电施工新技术,绪 论,5、混凝土工程 大型人工砂石料系统，产品质优价
4、廉。中热硅酸盐为主，微膨胀性水泥，优质粉煤灰等掺合料，引气，缓凝，高效减水剂，从保证砼有足够的强度和抗渗性到更注重改善和提高砼的耐久性、抗裂性和抗蚀性。施工综合机械化程度和水平有较大提高，三峡工程1999年砼浇筑量达458万m3。夏季能生产7-10低温砼。碾压砼筑坝技术取得成功，已建和在建的碾压砼坝达40座。,水电施工新技术,绪 论,三.水电建设将迎来新的建设高潮 西部大开发，南、中、北三条“西电东送”大通道，是世界上最宏伟的水电基地和输电通道（全面开发金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、乌江、红水河、黄河上游水电资源）。中、东、西线南水北调工程。开发一批100万KW级以上的大型抽水蓄能电站（山东
5、泰安，河北张河湾，浙江桐柏，江苏铜官山，山西西龙池）。,水电施工新技术,绪 论,到2015年，全国水能资源开发程度可达40，中国将成为名副其实的水电和电力大国与强国。,作为水利水电建筑工程高级专业人才，未来的工程设计师，任重而道远！,全国水电装机容量,水电施工新技术,绪 论,四、对水利工程施工新技术的要求 1.依照要求，编制切实可行的施工组织设计。2.按照施工组织设计，作好施工准备、加强施工管理，有计划地组织施工，多快好省、保质保量地完成施工任务。3.探讨和发展有关工程安全、优质、快速、经济的技术，促进水利水电工程建设科学技术的发展。,水电施工新技术,绪 论,五、水利工程施工的特点 1.地形、
6、地质复杂，自然条件恶劣。2.多目标开发，涉及部门多，矛盾复杂。3.施工材料、设备、生活资料要求多，交通道路、用房、辅助企业多。4.挡水建筑物关系到千百万人民生命财产安全。5.水电枢纽由许多单项工程所组成，易发生施工干扰。6.多种施工作业危险性大。,水电施工新技术,绪 论,六、水利工程施工组织与管理的基本原则 1.多、快、好、省（保质保量）。2.按基本建设程序办事（施工、设计相结合）。3.合理组织工程施工（最优配制、协调工程）。4.科学管理（健全规章制度、岗位职责）。5.一切从实际出发，遵守施工的科学规律。,水电施工新技术,水电施工新技术,专题,水电施工新技术专题 聚能预裂新型爆破技术,水电施工
7、新技术,绪 论,通过研究双聚能槽药卷的成形技术和确保聚能射流能够沿着预裂(光爆)面发挥气刃作用的对中技术,使爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用在岩体形成裂缝的瞬间能够有机结合、相互作用、互补益彰,从而完成了将预裂(光面)爆破和聚能爆破机理的有机结合,实现了双聚能预裂与光面爆破综合技术的生产性应用。,水电施工新技术,绪 论,聚能预裂爆破能大大提高炸药爆炸的能量利用率，从而能增大预裂孔孔距，加快施工进度，降低工程成本，弥补资源设备配置不足的问题 该项新技术的实施可以减少预裂(光面)爆破造孔工作量50%65%,减少能源消耗50%65%,有利于环境保护,减少单位面积装药量50%65
8、%,节约成本50%55%。同时还可以大大减小爆破对保留岩体的危害作用和增强岩石边坡的稳定性,并且加快了施工进度,推广该项新技术无疑会创造极大的经济和社会双重效益。,水电施工新技术,绪 论,小湾水电站水垫塘、二道坝工程前期开挖工期为6个月，保护层开挖预裂总量原设计为18000米（按孔距0.8米计算），后期的护坦、护岸开挖设计为8000米，工期为两个半月。每天水平预裂钻孔强度为269米，根据工程经验，需配备10台YQ-100B型潜孔钻机，空压机供风量为160立方米，而实际施工中仅能投入6台YQ-100B型潜孔钻机，供风量仅为80立方米，远远满足不了开挖强度的要求。由于聚能预裂爆破能大大提高炸药爆炸
9、的能量利用率，从而能增大预裂孔孔距，加快施工进度，降低工程成本，弥补资源设备配置不足的问题。,水电施工新技术,绪 论,采用聚能预裂爆破技术后，孔距由原来的0.8米调整到现在的 2.0米，按实际施工的一个标准块计，原来需造30个常规预裂孔，现在只需造12个聚能预裂孔，造孔时间缩短60，相应一个标准块爆破时间缩短45，对于整个开挖施工工期也将缩短45施工进度明显加快。采用聚能预裂爆破技术后，爆破质量较常规预裂爆破有较大改善。通过对建基面进行预裂爆破效果检查与统计分析，在微新岩体中半孔保存率一般为9398，平均半孔保存率大于95，在局部地质缺陷部位，其半孔保存率均在80以上；残留半孔未见纵向再生裂隙
10、；相邻炮孔间平整度控制在510厘米，满足设计要求。采用聚能预裂爆破比采用常规预裂爆破每方岩石可以节约10多元。,水电施工新技术,专题,1聚能预裂爆破机理1.1聚能爆破机理 是利用聚能装药爆炸产生的射流直接切割岩石，形成 初始预裂缝，随后在爆炸气体的压力作用下向前延伸，直到相邻预裂孔的裂缝贯通。聚能预裂爆破采用不耦合装药以降低爆破对预留面的破坏，同时提高炸药的利用率。,水电施工新技术,专题,1.2预裂(光面)爆破的机理 预裂(光面)爆破是采用不耦合装药结构,使药包和孔壁之间存在空气间隔层。空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值,由于岩石的抗压强度远大于抗拉强度,当装药量小到可以控制削减
11、后的爆压不致于使孔壁产生明显的压缩破坏,但爆破应力波的叠加应力又能够大于岩石的抗拉强度,同时由于孔间的导向作用会使得孔间连线产生应力集中现象,这样就会在孔间连线产生裂纹,而滞后的高压气体膨胀作用使得孔间连线产生的裂纹全部贯通成缝。这就是预裂(光面)爆破成缝的实质.,水电施工新技术,专题,1.3聚能预裂(光面)爆破的机理 聚能爆破应用于预裂(光面)爆破时,由于不耦合装药结构以及双聚能槽药卷的聚能作用,在裂缝开始形成的同时由于高压气体的膨胀作用和高能气流的气刃作用使聚能射流能够沿着裂缝喷射,这样就进一步增强了裂缝的扩展和延伸。这就是聚能预裂(光面)爆破的机理所在,也是聚能预裂(光面)爆破能够降低预
12、裂(光面)爆破的单位面积装药量和单位面积造孔量的关键。在第1次聚能预裂爆破试验时,最大成缝孔距达2.5m;第2次聚能预裂爆破试验时,最大成缝孔距达31m。,水电施工新技术,专题,2.聚能预裂(光面)爆破的技术要点2.1聚能药卷 双聚能槽药卷是通过特制的异形管装入粉状或者乳化炸药制作而成,聚能槽的张角以及管截面的长短半轴通过试验确定,其形状如图1所示。,水电施工新技术,专题,2.2双聚能槽药卷的聚能槽对中技术聚能槽对中技术包括两个方面,即 1.聚能预裂(光面)爆破孔口的聚能槽对中技术 2.孔内双聚能槽药卷的炮孔内对中技术。,水电施工新技术,专题,2.3聚能管的装药技术 双槽聚能管可以采用人工或者
13、机器装药。粉状炸药可以采用锥形容器直接灌装,乳化炸药全管装药必须采用装药机装药。在聚能预裂(光面)爆破中,装药时可以采用特殊措施达到防水的效果,从而实现有水炮孔也可以进行聚能预裂(光面)爆破。,水电施工新技术,专题,2.4聚能预裂(光面)孔的成孔及装药引爆技术(1)聚能预裂(光面)孔的成孔技术要求与普通预裂(光面)孔完全一样,只是炮孔同面性愈好则效果愈佳,主爆孔孔网参数按照梯段爆破要求确定,缓冲孔的孔网参数等于或者略小于普通梯段爆破。(2)装药可事先在炸药库按照需要量灌装完成(标准双槽聚能管每根长3m),引爆前运到工地放入炮孔时用连接套管接至需要长度。底部加强装药同普通预裂(光面)爆破孔,只需
14、将药卷捆绑在双槽聚能管的聚能槽两侧即可。(3)由于聚能药卷是靠双聚能槽管成型,加之药管直径较小并已经接近临界起爆直径,因此必须全孔用导爆索引爆。在垂直聚能预裂(光面)爆破中导爆索也起到接长后聚能药卷的承重作用,每下放一根长3m的双聚能槽聚能药卷就在其端部套上一节10cm长的连接套管,依次将聚能药卷接至孔口,在双聚能槽管末端套上对中环,在孔口调整对中。(4)双聚能槽管在炮孔封堵段不能装药,连同管外封堵段一并封堵即可,最后按照单响药量控制分段,用非电雷管引爆。,水电施工新技术,专题,2.5聚能预裂(光面)爆破效果2.6保留岩体声波测试结果2.7保留岩体爆破地震效应测试,水电施工新技术,专题,反井钻
15、机在水电建设工程中的应用,水电施工新技术,专题,引言 在水电工程建设中,有大量的竖井、斜井,这些工程一般采用导井法施工。80年代初渔子溪二级工程、鲁布革、广州抽水蓄能电站等采用的都是爬罐法施工导井,这种方法有一定的优点,但工作人员仍需在无支护的顶板条件下作业,安全事故时有发生。国外在60年代研制出反井钻机,用于导开挖,并在安全、施工速度、工程质量等方面取得优势1992年水电系统第一次成功引进煤炭系统的反井钻机,在十三陵抽水蓄能电站用于出线井导井施工,取得成功后,又进行反井钻机开挖斜井导井试验,取得较好的效果。此后,反井钻机又在河南小浪底水利枢纽工程、山西万家寨引黄入晋工程、云南大朝山水电站、四
16、川大桥水电站、小官子水电站福建芹山水电站等的竖井、斜井导井施工中发挥了较大的作用,水电施工新技术,专题,反井钻机在水电建设工程中的应用,水电施工新技术,专题,1.反井钻机施工导井工艺 反井钻机是连续钻进导井(反井)的 机械化设备,其施工工艺是先由上平洞 向下钻一小直径(200330 mm)的导向钻孔,和下平洞贯通后,拆掉导孔钻头,接扩孔钻头,沿导向钻孔进行反向扩孔(见图1)。反井钻机主要包括两大部分;井外部分和井内部分,井外主要有主机、操作控制台、洗井循环系统、冷却系数和电控系统;井内部分有钻杆、稳定钻杆、导孔钻头、扩孔钻头、破岩滚刀等。,水电施工新技术,专题,水电系统采用反井钻机施工的主要工
17、程见表2,反井钻机主要技术参数见表1.,水电施工新技术,专题,2反井钻机和其他导井施工方法比较 在水电系统中导井施工的主要方法是爬罐法、吊罐法和反井钻机法,这些方法的主要特点和区别见表3。,水电施工新技术,专题,3工程实例 某水电站尾水隧洞是电站的重要建筑物,包括出口土石方明挖和支护、闸门启闭机安装、石方洞挖和混凝土衬砌、通风竖井等工程。2条尾水隧洞直径均为17 m,长度分别为1 362.3 m和1 258.9 m。长大尾水隧洞的施工,建设时期的通风成为制约进度的关键,为此,尾水隧洞设有4条通风竖井,深度为95140 m,布置在施工支洞和主洞相交的位置附近,上部在厂区公路边,那戈河两侧。竖井施
18、工特别是小断面竖井,施工难度大。前期曾采用人工正井法开挖,但工程进展缓慢,制约了尾水隧洞主体工程进度,为此,将原通风竖井人工正井法施工,改为反井钻机法机械施工,从而加快了竖井施工速度,抢回了工期,为主体工程施工创造了良好条件。通风井钻成后,减少了放炮后的通风时间,加快了尾水隧洞的开挖速度。1997年10月LM-200型反井钻机进场,到1998年9月,先后完成尾水隧洞、厂房、尾调室通风竖井6条,总钻孔深度773.07 m(见表4)。,水电施工新技术,专题,某电站共有4个竖井，其中引水竖井2个，深度均为250m；出线竖井1个，深度220m；事故排烟竖井1个，深度198m。设计采用反井钻机钻凿导井，
19、然后用普通钻爆法刷大至设计尺寸。其工程特点：(l)在地层深度189m处有1条断层，断层破碎带影响范围在5m以上(该 地层全部是花岗岩，岩石中石英含量在60%70%，硅质胶结，结构致密，单轴抗压强度为310340MPa)。(2)钻孔下水平巷道较窄，钻孔偏斜率必须保证在0.8%范围内。招)在下部约200m处，有1个高度约为2m施工平台，当导孔钻至此处时，洗井液从二层平台流失，给钻进带来一定的难度,水电施工新技术,专题,LM200型反井钻机钻机包括主机、操作车、泵站、钻具系统、洗井液循环和冷却系统。泵站用2台电动机驱动，主油泵电机功率75kw、辅油泵电机功率7.skw，导孔钻进洗井液循环用的水泵电机
20、功率90kw，冷却系统 循环量10?/h。该钻机设计最大 钻井深度200m，钻井直径1.42.0m，目前已在煤炭、水电和冶金矿山 等系统广泛应用。,水电施工新技术,专题,(一)钻进施工 导孔钻进采用反井钻井技术在坚硬岩石中施工引水竖井，没有成熟的经验可以借鉴。在反井钻进施工中，导孔钻进关系着钻井工程的质量，是竖井施工成败的关键，为此采取了以下技术措施:(1)钻进参数的控制(2)钻具布置(3)洗井液的控制(4)钻进,水电施工新技术,专题,1.钻进参数的控制:导孔钻进参数主要包括钻压、扭矩、转速、钻速，其中钻压和转速可以通过钻机来控制，而扭矩和钻速则与诸多因素有关。施工中，钻进参数控制的原则：1)
21、为了保证钻孔质量，在开孔时要慢速钻进，随后逐渐增加钻速。2)钻孔上部50m采用低钻压、高转速和恒钻速。3)随着导孔深度的增加，排渣效率降低，摩擦阻力增加很快，钻进中适当减慢钻速，逐步增加钻压，保持进尺均匀，钻孔工作面清洁。,水电施工新技术,专题,2.钻具布置 钻具布置是保证导孔垂直度的关键。根据力学和几何学的原理进行计算，结合以往的反井钻进施工经验，首先确定上部50m的钻具布置方案，50m以后的钻具布置，根据上部的钻孔情况做适当调整。导孔钻进选用镶齿三牙轮钻头，按照该型号钻头的工作参数，最大抗压能力为70kN，钻杆重量15kg。因此最后一根稳定钻杆布置在导孔深度50m处，满足提吊减压钻进的要求
22、，即钻头的钻压来自前50m钻杆的压力，其他钻杆的重量由钻机来提吊。根据计算，该孔钻进时布置6根稳定钻杆，分别在lm、3m、8m、15sm、25m、50m处，能够满足施工的要求。开孔时为了使稳定钻杆发挥最大的作用，按照下列方法对钻杆的整体布置做相应的调整:1)开孔初期，上部6m全部选择稳定钻杆。2)每隔lm安装1根稳定钻杆进行下部12m的施工。3)每隔2m安装1根稳定钻杆进行下部18m的施工。4)每隔3m安装1根稳定钻杆进行下部23m的施工。5)按照最终的要求重新布置上部50m钻具，待上部50m开孔钻进结束后，进人正常的导孔施工。根据前50m导孔施工情况，综合判断导孔施工质量达到了优良。结合岩石
23、坚硬的特点，在钻进过程中，为了防止地层掉块、卡钻等事故的发生，防止钻具磨损，在以后的钻进过程中只在100m处布置了1根稳定钻杆。,水电施工新技术,专题,3.洗井液的控制 由于在稳定岩石中钻进，所以选用清水作为洗井液。钻进施工中选择正循环洗井方式，采用大流量、高压力的清水泵，同时对该泵进行了改进，选择了子母泵的运行方式，使流量达到65m3/h，压力大于2.6MPa，实践证明效果良好。,水电施工新技术,专题,4.钻进 当导孔钻进至孔深200m后，钻通两层平台时，经观察导孔质量良好，再采用小钻压、慢速向下钻进。同时，对洗井液的循环系统作了相应的改动，即洗井液不再循环，从下部二层平台流至下部巷道，上部停止高压泵的工作，采用潜水泵将水引至钻杆内，下部钻进利用虹吸压力足以满足施工的要求。,水电施工新技术,专题,（二）扩孔 导孔钻通后，将钻具全部从钻孔中提出，拆除稳定钻杆，下放钻具至下部巷道内，在下部安装扩孔钻头，进行扩孔钻进作业。在扩孔至130m时，钻头破岩效率下降，对钻头体的滚刀进行了更换，钻孔平均扩孔速度0.45m/h。,水电施工新技术,专题,水电工程大型地下洞室群的施工技术,
