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挪威施工法在宁波地下储气库工程中的应用

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挪威 施工 宁波 地下 储气库 工程 中的 应用
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© 1994 、 门 红 张 同 港 中 国 水 利 水 电 第 六 工 程 局挪 威 施 工 方 法 简 述 系 统 简 介按 合 同 要 求 , 宁 波 地 下 储 气 库 工 程 的 地 下 洞 室 开 挖采 用 挪 威 施 工 法 。 挪 威 施 工 法 采 用 了 现 代 的 掘 进 技 术 ,并 且 在 过 去 的 二 十 几 年 中 被 广 为 采 用 。 该 施 工 法 提 倡 利用 喷 钢 纤 维 混 凝 土 作 为 洞 室 永 久 支 护 手 段 , 使 得 支 护 工作 比 网 喷 法 更 为 有 效 和 节 省 时 间 。 挪 威 施 工 法 所 推 荐 的支 护 方 法 基 于 巴 顿 等 创 立 的 用 于 洞 室 支 护 类 型 设 计 的 围岩 分 类 方 法 , 即 系 统 。洞 室 开 挖 过 程 中 遵 循 了 动 态 设 计 的 原 则 。 支 护 类 型的 最 终 选 择 决 定 于 每 一 个 开 挖 循 环 后 对 洞 室 围 岩 的 系统 分 类 、 岩 石 力 学 分 析 和 工 程 地 质 评 价 。 因 此 , 每 一 爆破 和 开 挖 循 环 后 必 须 对 围 岩 进 行 系 统 各 参 数 的 描 述 及围 岩 分 类 。 而 且 , 洞 室 开 挖 过 程 中 还 必 须 根 据 系 统 原则 对 关 键 岩 块 进 行 分 析 。由 于 很 难 对 需 进 行 开 挖 的 岩 石 的 物 理 条 件 进 行 准确 的 预 测 , 地 下 工 程 的 施 工 是 一 个 复 杂 的 过 程 。 宁 波地 下 储 气 库 工 程 地 质 条 件 复 杂 多 变 , 因 此 采 用 了 具 有很 大 灵 活 性 的 挪 威 施 工 法 , 但 是 如 果 发 现 所 采 用 的 支护 手 段 不 足 以 确 保 洞 室 的 稳 定 或 不 足 以 承 载 岩 块 的 负荷 , 则 必 须 对 洞 室 进 行 额 外 的 支 护 。 而 且 , 根 据 对 地质 条 件 的 预 测 , 还 可 以 对 原 基 本 设 计 作 出 局 部 的 微 小调 整 。系 统 岩 体 分 类 方 法 有 挪 威 土 木 研 究 院 巴 顿等 人 于 年 创 立 并 不 断 完 善 发 展 。 系 统 的 发 展是 对 岩 体 分 类 方 法 的 一 个 巨 大 贡 献 该 方 法 基 于 对 斯 堪的 纳 维 亚 的 条 隧 洞 施 工 实 例 的 分 析 而 提 出 , 是 一 个量 化 的 分 类 系 统 , 也 是 一 个 服 务 于 隧 洞 支 护 类 型 设 计 的工 程 系 统 。系 统 的 基 础 是 利 用 六 个 不 同 的 参 数 对 岩 体 质 量 作出 的 定 量 的 评 价岩 体 质 量 指 标 , 为 大 于 或 等 于 的 岩 心柱 不 包 括 软 弱 物 质 总 长 度 与 钻 进 总 长 度 之 比 的 百分 数 。节 理 组 数 系 数 。最 不 利 节 理 组 的 粗 糙 度 系 数 。沿 最 软 弱 节 理 的 蚀 变 或 填 充 物 系 数 。〔 二 节 理 含 水 折 减 系 数 。地 应 力 影 响 折 减 系 数 。这 六 个 系 数 被 分 为 三 个 商 数 值 组 以 得 出 总 的 岩 体 质量 指 标 及 值 , 计 算 公 式 见 式共“』 兰尺其 中 值 的 变 化 范 围 可 以 从 。 。 。 。 , 值 与岩 体 质 量 对 照 表 见 表© 1994 · 第 期 总 第 期表 值 与 宕 体 质 量 对 照 表围围 岩 分 类类 特 别 坏坏 极 坏坏 很 坏坏 坏坏 一 般般 好好 很 好好 极 好好 特 别 好好门 自 一 一一 ’ 一 ’ 一一一一一一一一一一值 分 为 五 个 等 级极 差 。差 。一 般 。好 。极 好 一 。当 公 返 时 取 一 , 且 尺 值 只 精 确 到的 整 数 倍 数 。宁 波 地 下 储 气 库 工 程 概 况 及 地 质 条 件工 程 概 况宁 波 地 下 储 气 库 工 程 是 宁 波 液 化 石 油 气 工 程 的 地 下部 分 , 建 成 后 可 储 藏 万 的 液 化 石 油 气 。 工 程 位 于 浙江 省 宁 波 市 大 榭 岛 开 发 区 东 部 , 临 海 与 两 个 同 时 建 设 的分 别 为 万 和 。 。 级 的 码 头 紧 密 相 连 , 共 同 构 成 宁 波液 化 石 油 气 工 程 。该 地 下 储 气 库 工 程 主 要 由 两 个 大 型 地 下 储 气 洞 室 一丙 烷 气 洞 室 和 丁 烷 气 洞 室 组 成 , 并 有 如 下 辅 助 工 程 丙烷 交 通 洞 、 丁 烷 交 通 洞 、 丙 烷 水 幕 廊 道 、 丁 烷 水 幕 廊 道 、丙 烷 操 作 竖 井 、 丁 烷 操 作 竖 井 。 丙 烷 储 气 洞 室 埋 深 约, 丁 烷 储 气 洞 室 埋 深 约宁 波 地 下 储 气 库 工 程 地 质 条 件地 质 背 景区 域 上 工 程 位 于 南 中 国 褶 皱 系 的 东 南 沿 海 摺 皱 带 。区 内 岩 石 为 胶 结 良 好 的 上 侏 罗 纪 火 山 沉 积 岩 西 山头 组 英 安 质 一 玻 璃 质 一 角 砾 化 一 熔 结 凝 结 岩 , 可 在 施 工区 内 发 现 许 多 中 等 程 度 风 化 的 凝 灰 岩 露 头 。 区 内 侵 人 岩体 岩 脉 普 遍 存 在 , 由 中 型 次 火 山 岩 如 辉 绿 岩 或 酸性 的 细 晶 岩 组 成 。总 体 上 , 施 工 区 的 东 部 和 南 部 基 岩 由 第 四 纪 至 新 近的 未 胶 结 沉 积 物 覆 盖 , 这 些 覆 盖 物 为 海 相 、 河 流 相 或 陆相 沉 积 的 成 层 或 零 星 分 布 的 松 散 角 砾 、 勃 土 和 粉 砂 质 勃土 。 覆 盖 物 的 厚 度 随 地 形 的 变 化 而 变 化 , 不 等 。主 洞 室 工 程 地 质 条 件丁 烷 主 洞 室 内 围 岩 以 凝 灰 岩 为 主 , 仅 含 有 少 于的 角 砾 岩 。 角 砾 岩 存 在 于 中 部 。 丙 烷 主 洞 室 围 岩以 凝 灰 岩 为 主 , 仅 含 约 的 角 砾 岩 。丁 烷 主 洞 室 内 出 露 节 理 主 要 为 四 组 倾 角 大 于 “并 集 中 于 大 于 的 高 倾 角 节 理 , 其 走 向 大 致 分 别 为 、一 、 、 。 , 洞 室 内 局 部 出 露 少 量 缓 倾 角 节 理 · 并在 二 、 二 及 , 内 局 部 造 成 平 拱 现 象 , 第 二 组 节 理在 洞 室 内 局 部 构 成 节 理 密 集 带 。 节 理 面 粗 糙 极 少 量 为光 滑 , 充 填 物 主 要 为 钙 质 、 少 数 节 理 含 有 较 多 量 的 泥 质物 中 部 发 育 几 条 充 填 岩 屑 及 软 泥 的 较 大 节 理 , 节理 宽 度 为 砚 末 端 发 育 几 条 第 二 组 节 理 , 倾角 约 为 , 充 填 至 数 厘 米 的 含 硫 泥 质 物 。丙 烷 主 洞 室 内 出 露 节 理 主 要 为 四 组 倾 角 大 于 “ 并 集中 于 大 于 的 高 倾 角 节 理 , 其 走 向 大 致 分 别 为 、“ 、 “ 、 洞 室 内 局 部 出 露 少 量 缓 倾 角 节 理 。 节理 面 粗 糙 极 少 量 为 光 滑 , 充 填 物 主 要 为 钙 质 、 少 数 节理 含 有 较 多 量 的 泥 质 物 前 部 发 育 条 充 填 岩 屑 及软 泥 的 较 大 节 理 , 节 理 宽 度 为 一 。无 断 层 穿 过 丁 烷 主 洞 区 域 。 丙 烷 主 洞 室 区 域 有 一条 宽 度 约 的 断 层 穿 过 及 的 末 端 , 断 层 内充 填 断 层 角 砾 和 泥 质 碎 屑 , 其 产 状 为 “ “ 。一 条 宽 度 约 一 辉 绿 岩 脉 自 二 左 墙处 至 右 墙 处 横 穿 丁 烷 主 洞 室 区 域 , 其 产 状 为” 。 丙 烷 主 洞 室 区 域 有 条 宽 度 的 细 晶 岩 脉以 约 倾 角 横 穿 起 始 部 位 条 细 辉 绿 岩 脉 横 穿条 宽 度 一 的 高 倾 角 辉 绿 岩脉 自 起 端 至 中 部 斜 穿 丙 烷 主 洞 室 条 倾 角 约的 细 晶 岩 脉 横 穿 中 部 , 其 宽 度 约 一 。施 工 期 内 丁 烷 主 洞 区 域 主 要 集 中 在 前 部 及其 左 侧 边 墙 , 表 现 为 地 下 滴 水 、 线 流 及 涌 水 , 涌 水 最 大量 约 。 丙 烷 主 洞 室 区 域 地 下 水 不 发 育 , 仅 存 在 局部 的 滴 水 、 线 流 水 及 少 量 涌 水 滴 水 及 线 流 部 位 集 中 于、 末 端 , 涌 水 处 位 于 中 部 右 边 墙 及 右端 墙 最 大 涌 水 量 小 于 。围 岩 值 评 价 。丁 烷 主 洞 室 区 内 顶 拱 分 占 、占 肠 、 占 , 边 墙 占 、‘ 占 、 占 、 占内 顶 拱 占 、 占 、讣 〔 占 、 占 , 边 墙 占 、〔 占 、 占 含内 分 之 占 、 令 之 占 现内 占 、 占 写 、 占、 二 占 。丙 烷 主 洞 室 区 内 顶 拱 含 占 、占 、 占 、 占、 二 占 , 边 墙 占 、 占、 占 内 顶 拱 占、 令 占 、 占 , 边 墙占 、 占 、 占 治内 顶 拱 占 、 占 、占 、 》 。 占 , 边 墙 占 、 讣占 、 令 之 占 写 汀 一 了 内 占、 占 、 奋 之 占 。© 1994 , 业 主 赋 予 了 施 工 单 位 较 大 的 洞 室 支 护 类 型决 定 权 , 及 既 须 在 总 体 上 遵 循 系 统 原 则 , 又 可 根 据 工程 实 际 情 况 作 出 支 护 类 型 的 最 优 选 择 。地 下 洞 室 围 岩 分 类 系 统根 据 工 程 招 标 文 件 所 提 供 的 地 质 勘 测 资 料 , 结 合 工程 实 际 情 况 , 我 们 对 系 统 的 应 用 作 出 了 明 显 的 优 化 ,将 地 下 围 岩 总 体 上 分 为 三 类 , 见 表表 地 下 洞 室 围 岩 分 类 表洞 室 支 护 模 式 的 确 定由 于 该 工 程 为 地 下 储 气 工 程 , 工 程 竣 工 后 洞 室 内 将无 人 员 和 大 型 设 备 存 在 一 些 小 型 监 测 设 备 除 外 , 但 考虑 到 施 工 期 洞 室 内 人 员 与 设 备 的 安 全 , 以 及 保 证 储 气 洞室 和 用 来 操 作 的 竖 井 的 总 体 稳 定 性 和 使 用 年 限 , 洞 室 的支 护 模 式 在 投 标 文 件 和 施 工 初 期 确 定 见 表表 各 洞 室 的 支 护 参 数 表项项 目目 类类 类类 类类值 范 围围值 范 围围 一 一岩岩 石 单 轴 抗 压 强 度度 一 入节节 理 间 距距填填 充 物 厚 度度围围 岩 总 体 评 价价 很 好好 好好 不 好好应 用 于 岩 体 分 类 的 洞 室 支 护 原 则 见 表表 不 同 围 岩 对 应 隧 洞 支 护 类 型围围 岩 分 类类 支 护 类 型型 洞 室 最 大 跨 度 洞 室 最 大 高 度类类 不 支 护护一一一 般 支 护护加加加 强 支 护护类类 不 支 护护一一一 般 支 护护加加加 强 支 护护类类 不 支 护护护护一一一 般 支 护护加加加 强 支 护护不 同 类 型 地 下 洞 室 支 护 模 式不 同 类 型 的 地 下 洞 室 采 取 的 支 护 模 式 不 同 , 由节 可 以 看 出 , 洞 室 的 跨 度 与 高 度 从 另 一 方 面 决 定 了 支 护类 型 的 选 择 , 而 且 在 该 工 程 中 , 不 同 类 型 的 岩 性 对 支 护类 型 的 选 择 影 响 不 大 。, 该 工 程 的 洞 室 断 面 类 型表 工 程 各 洞 室 断 面 参 数 表育育 攀 是是 高 度 跨 度 断 面 面 积储储 气 洞 室室交交 通 洞洞水水 幕 廊 道道竖竖 井井 直 径围围 岩 类 别别岩岩 性性 全 部部值 与 评 价价 , 很 好好 , 好好 簇 , 不 好好储储储 顶顶 喷 混 凝 土 , 厚厚 喷 混 凝 土 , 厚 度度 喷 两 层 钢 纤 维 混混气气气 拱拱 度 随 机 锚锚 。 系 统 锚 杆 , 凝 土 , 厚 度洞洞洞洞 杆 , 一 间 排 距 为 , 一一 皿 系 统 锚 杆 ,室室室室室 如 需 要 , 加加 间 排 距 为 , 一一随随随随随 机 锚 杆杆 如 需 要 , 加加随随随随随随 机 锚 杆 和 超 前前锚锚锚锚锚锚 杆杆边边边边 喷 混 凝 土 , 厚厚 喷 混 凝 土 , 厚厚 喷 钢 纤 维 混 凝凝墙墙墙墙 度 随 机 锚锚 度 系 统 锚锚 土 , 厚 度 即 ,杆杆杆杆 , 杆 , 间 排 距 为为 系 统 锚 杆 , 间 排 距距, 为 、 一如如如如如 需 要 , 加 随 机机 如 需 要 , 加 随 机 锚锚锚锚锚锚锚 杆杆 杆 和 超 前 锚 杆杆交交交 顶顶 喷 混 凝 土 , 厚厚 喷 混 凝 土 , 厚厚 喷 两 层 钢 纤 维维通通通 拱拱 度 随 机 锚锚 度 系 统 锚锚 混 凝 土 , 厚 度 火火洞洞洞洞 杆 , 杆 , 间 排 距 为为 系 统 锚 杆 ,, 如如 间 排 距 为 ,需需需需需 要 , 加 随 机机 如 需 要 ,锚锚锚锚锚 杆杆 加 随 机 锚 杆 和 超超前前前前前前 锚 杆杆边边边边 随 机 喷 混 凝 土 , 随 机 喷 混 凝 土 , 喷 钢 纤 维 混 凝凝墙墙墙墙 厚 度 随 机机 厚 度 系 统统 土 , 厚 度锚锚锚锚 杆 , 一 锚 杆 , 间 排 距 为为 系 统 锚 杆 , 间 排排, 距 为 , 二二如 需 要 , 加加随随随随随随 机 锚 杆杆水水水 顶顶 随 机 锚 杆 , 喷 混 凝 土 , 厚厚 喷 两 层 钢 纤 维维幕幕幕 拱拱 度 随 机 锚锚 混 凝 土 , 厚 度 火火廊廊廊廊廊 杆 , 一 二 系 统 锚 杆 ,道道道道道道 间 排 距 为 ,二 如 需 要 ,加加加加加加 随 机 锚 杆杆边边边边 随 机 锚 杆 , 一一 随 机 锚 杆 , 一一 喷 混 凝 土 , 厚 度度墙墙墙墙 。 系 统 锚 杆 ,间间间间间间 排 距 为 , 一一如 需 要 , 加加随随随随随随 机 锚 杆杆竖竖 井井 喷 钢 纤 维 混 凝凝 喷 钢 纤 维 混 凝凝 竖 井 无 类 岩 石石土土土 , 厚 度 二 随随 土 , 厚 度 比 系系系机机机 锚 杆 , 一 统 锚 杆 , 间 刹 卜 距 为为为, 二含含 水 部 位位 灌 浆 止 水 及 喷 钢 纤 维 混 凝 土 , 厚 度 系 统 锚 杆 ,间间间 排 距 为 , 一© 1994 · 第 期 总 第 期实 际 应 用 中 支 护 模 式 的 调 整实 际 应 用 中 , 随 着 对 洞 室 内 围 岩 出 露 地 质 条 件 的逐 步 了 解 , 对 招 标 文 件 和 施 工 初 期 确 定 的 支 护 模 式 作出 了 适 当 的 调 整 , 在 保 证 工 程 质 量 和 人 员 设 备 安 全 的前 提 下 , 尽 量 减 少 支 护 工 作 , 以 缩 短 工 期 和 减 少 工 程造 价 , 另 一 方 面 , 在 某 一 情 况 下 , 还 须 加 强 支 护工 作 。在 水 幕 廊 道 内 以 普 通 混 凝 土 代 替 钢 纤 维 混 凝 土 ,并 将 喷 混 凝 土 厚 度 控 制 在 以 内 , 这 样 的 支 护 已 足 以满 足 施 工 期 较 短 的 水 幕 廊 道 支 护 需 求 。在 竖 井 内 由 于 同 上 原 因 而 采 取 了 同 样 的 支 护 模 式变 更 , 但 由 于 两 个 竖 井 的 深 度 分 别 达 到 、 , 在两 个 竖 井 的 上 部 都 加 挂 了 钢 筋 网 。对 于 洞 室 内 的 大 型 不 稳 定 岩 块 , 采 取 了 加 长 锚 杆的 锚 固 方 法 。对 于 储 气 洞 室 的 支 护 模 式 的 调 整 是 随 时 对 开 挖 工作 的 展 开 而 根 据 实 际 情 况 进 行 。对 于 特 殊 地 质 条 件 部 位 的 支 护总 体 原 则断 层 带 的 支 护 断 层 带 内 有 破 碎 、 软 弱 填 充 物 ,将 其 清 理 至 深 , 然 后 填 以 钢 纤 维 混 凝 土 , 如 果 有 必要 , 以 锚 杆 缝 合 断 层 面 。节 理 密 集 带 喷 射 混 凝 土 , 如 有 必 要 , 加 锚 杆 和钢 筋 网 如 上 述 支 护 仍 然 不 能 有 效 , 考 虑 钢 支 撑 或 改 变洞 形 和 洞 室 位 置 。防 止 岩 石 风 化 对 于 易 风 化 岩 石 , 喷 厚的 混 凝 土 , 如 果 岩 石 表 面 潮 湿 , 混 凝 土 内 加 以 特 别 的 速凝 剂 。地 下 涌 水 的 处 理 为 了 保 证 储 气 室 内 不 至 于 有 气体 泄 漏 , 必 须 使 其 上 部 的 地 下 水 位 保 持 稳 定 , 当 地 下 涌水 量 达 到 时 , 对 涌 水 区 实 施 灌 浆 。对 代 号 丙 烷 洞 室 断 层 软 弱 带 的 处 理当 施 工 至 桩 号 一 十 时 , 出 露 一 断层 软 弱 带 , 此 段 的 平 面 图 如 下 。 沿 洞 轴 线 最 大 出 露 宽 度约 为 , 平 均 宽 度 在 现 场 采 用 式 计 算 进 行 支护 设 计氨 一式 中 — 软 弱 带 和 围 岩 中 的 平 均 值嗽 — 软 弱 带 中 的 值— 围 岩 中 的 值卜 一 沿 隧 洞 轴 线 方 向 量 测 的 软 弱 带 宽 度 。根 据 现 场 情 况 取 值 , 汉 一 。 , 一 ,。 将 各 参 数 值 取 值 代 人 式只 龟 。 丫 十 ,将 计 算 结 果 应 用 于 支 护 设 计 中 , 支 护 方 案 制 定 为 锚杆 间 排 距 , 锚 杆 长 度 , 钢 纤 维 喷 混 凝 土 ,锚 杆 方 向 为 由 软 弱 带 锚 人 两 侧 稳 定 围 岩 。现 场 地 质 工 作现 场 地 质 工 作 是 确 定 值 和 提 出 洞 室 支 护 措 施 的前 提 和 基 础 。 这 一 工 程 要 求 其 地 质 工 作 人 员 必 须 在 洞室 每 一 开 挖 循 环 的 出 渣 和 安 全 撬 挖 工 作 结 束 后 迅 速 到达 工 作 面 , 及 时 对 地 质 情 况 进 行 监 测 , 向 现 场 施 工 人员 提 供 支 护 措 施 , 和 他 们 保 持 密 切 联 系 , 同 时 完 成 各种 地 质 数 据 的 记 录 和 地 质 现 象 的 描 述 , 并 完 成 地 质 图的 绘 制 。结 束 语挪 威 施 工 法 条 件 下 的 系 统 地 质 工 作 模 式 自 创 立 以来 随 着 挪 威 施 工 法 在 国 际 上 的 广 为 应 用 而 得 到 推 广 , 但在 我 国 还 没 有 得 到 普 及 。 事 实 上 , 这 一 系 统 由 于 对 围 岩采 取 了 动 态 支 护 模 式 设 计 而 很 有 效 地 优 化 了 地 下 工 程 的施 工 过 程 , 能 够 极 大 限 度 地 加 快 施 工 进 程 和 降 低 工 程 造价 , 非 常 值 得 我 们 研 究 与 效 法 。 这 一 系 统 在 施 工 过 程 中存 在 的 明 显 特 点 是 对 工 程 地 质 人 员 的 素 质 要 求 极 高 , 因为 该 系 统 的 基 石 是 现 场 的 值 计 算 , 而 各 个 参 数 的 取 值随 人 为 的 因 素 变 化 较 大 , 虽 然 系 统 对 于 各 种 地 质 条 件下 各 参 数 的 取 值 范 围 作 了 明 显 的 界 定 , 实 际 应 用 起 来 还是 很 困 难 。上 接 第 页结 束 语在 西 龙 池 抽 水 蓄 能 电 站 大 坡 度 超 长 斜 井 的 施 工 中 ,上 斜 井 上 段 采 用 了 反 井 钻 施 工 , 钻 孔 方 向 由 测 量控 制 “ 钻 孔 , 钻 孔 偏 斜 率 为 。 。 上 斜 井 下 段采 用 爬 罐 施 工 , 激 光 指 向 偏 差 小 于 , 贯通 误 差 为 , 满 足 测 量 规 范 要 求 。西 龙 池 抽 水 蓄 能 电 站 斜 井 施 工 测 量 的 成 功 经 验 ,运 用 于 中 国 水 利 水 电 第 三 工 程 局 施 工 的 仁 宗 海 电 站 工程 的 斜 井 施 工 , 成 功 指 导 了 施 工 测 量 , 工 程 满 足 规 范和 设 计 要 求 , 没 有 发 生 由 于 测 量 方 法 不 当 而 给 施 工 造成 影 响 及 返 工 现 象 , 保 证 了 工 程 的 正 常 进 行 , 提 高 了经 济 效 益 。
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