不良地質(zhì)條件下的豎井開(kāi)挖方案

范林文，唐世明，陳敬瑞

(1.四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川成都 610072;2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

古城水電站調(diào)壓井布置在引水隧洞末端，為阻抗式調(diào)壓井。調(diào)壓井井底高程為1506m，井筒頂高程為1607m，井筒高95m，開(kāi)挖直徑21m，混凝土襯砌后直徑19m。

調(diào)壓井上部30m為覆蓋層，中下部65m巖性為絹云母石英千枚巖，中等堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育，層面走向與豎井軸線呈小角度相交。該段發(fā)育一條斷層 f(N78°W/NE∠18°)，斷層順井身發(fā)育長(zhǎng)約50m，斷層帶內(nèi)物質(zhì)軟化、泥化。受斷層影響，該段巖體呈碎裂～散體結(jié)構(gòu)，為V類(lèi)圍巖。

2 調(diào)壓井開(kāi)挖方案

先進(jìn)行超前固結(jié)灌漿，然后利用反井鉆機(jī)進(jìn)行溜渣井開(kāi)挖，再進(jìn)行大井?dāng)U挖，大井?dāng)U挖前鎖口;大井?dāng)U挖采用光面爆破，擴(kuò)挖過(guò)程中跟進(jìn)臨時(shí)支護(hù)并結(jié)合永久支護(hù)。

2.1 超前固結(jié)灌漿

2.1.1 井壁外圍超前固結(jié)灌漿

為提高調(diào)壓井施工期的圍巖穩(wěn)定性、保證調(diào)壓井開(kāi)挖和混凝土襯砌過(guò)程中的施工安全及后期調(diào)壓井的安全運(yùn)行，在井壁開(kāi)挖線外布置了3排超前固結(jié)灌漿孔，呈梅花型布置，排距1.5m，孔距1.5m，孔深85m。具體布置形式見(jiàn)圖1。

2.1.2 導(dǎo)井中心超前固結(jié)灌漿

為保證溜渣井的順利施工以及大井?dāng)U挖過(guò)程中溜渣井不垮塌堵塞溜渣井，在溜渣井施工前，先在調(diào)壓井的中心(R2.5m圓周上)布置了7個(gè)深固結(jié)灌漿孔，孔深85m，孔與孔之間中心夾角為60°，具體布置形式見(jiàn)圖1。

圖1 超前固結(jié)灌漿孔布置圖

2.1.3 施工方法

(1)鉆 孔。調(diào)壓井上部(高程1607～1577 m)30m為覆蓋層，采用φ110鋼管(花管)樁，長(zhǎng)度L=30m，調(diào)壓井中下部(高程1577～1512m)65 m為巖石，采用偏心地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行跟管鉆孔。

(2)預(yù)固結(jié)灌漿。調(diào)壓井上部(高程1607～1577m)30m為覆蓋層，通過(guò)φ110鋼管一鉆到底再進(jìn)行灌漿;調(diào)壓井中下部(高程1577～1512 m)65m為巖石，采用每5m一段自上而下分段灌漿。漿液配比為:

水泥漿水灰比——(水 ∶水泥)=1 ∶(1 ～0.6);

漿液——水泥 ∶水 =1 ∶(0.4 ～0.55);

壓力:初始?jí)毫?0.4MPa，結(jié)束壓力 0.8MPa。

(3)預(yù)置鋼筋。為進(jìn)一步提高調(diào)壓井井壁四周?chē)鷰r的穩(wěn)定性，保證調(diào)壓井開(kāi)挖和混凝土襯砌過(guò)程中的施工安全及后期調(diào)壓井的安全運(yùn)行，超前固結(jié)灌漿最后一段開(kāi)灌前，在灌漿孔內(nèi)設(shè)置2φ32鋼筋，再進(jìn)行固結(jié)灌漿。

2.2 溜渣井施工

調(diào)壓井中心進(jìn)行超前固結(jié)灌漿后，利用反井鉆機(jī)進(jìn)行溜渣井的施工。先利用反井鉆機(jī)鉆φ400的孔，再擴(kuò)成φ1200的溜渣井。溜渣井貫通后，采用δ=3mm的鋼板對(duì)覆蓋層井身段和不良地質(zhì)段的溜渣井進(jìn)行鋼板內(nèi)襯，以防止在大井?dāng)U挖過(guò)程中溜渣井堵塞。

2.3 大井?dāng)U挖與支護(hù)

(1)鋼筋混凝土鎖口。為保證調(diào)壓井大井開(kāi)挖過(guò)程中的安全，對(duì)調(diào)壓井井口進(jìn)行了鎖口施工，鋼筋混凝土鎖口范圍為高程1607～1603m，結(jié)合部分永久混凝土襯砌。

(2)調(diào)壓井上部覆蓋層開(kāi)挖。鎖口施工完成后，開(kāi)始進(jìn)行調(diào)壓井大井?dāng)U挖施工。調(diào)壓井上部(高程1607～1577m)30m覆蓋層采用人工開(kāi)挖，開(kāi)挖深度為1m，及時(shí)采用中空自進(jìn)式錨桿(φ25，L=3m、5m 交叉布置)+ 掛鋼筋網(wǎng)(φ8@20cm×20cm)，噴25cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉，然后采用25A工字鋼環(huán)向支護(hù)，鋼支撐節(jié)與節(jié)之間的焊縫處采用10mm(厚)×200mm(長(zhǎng))×100mm(寬)鋼板焊接相連，工字鋼間排距為60cm，工字鋼之間采用10#槽鋼焊接連接，槽鋼間距1m，并與錨桿焊接連接。

為保證調(diào)壓井中下部開(kāi)挖過(guò)程中的安全，調(diào)壓井上部(高程1607～1577m)30m的開(kāi)挖半徑R=12m，開(kāi)挖和臨時(shí)支護(hù)2m后立即進(jìn)行倒掛混凝土施工，倒掛混凝土襯砌之后半徑為10.85m，不侵占永久混凝土襯砌結(jié)構(gòu)線，倒掛混凝土為鋼筋混凝土。設(shè)計(jì)倒掛混凝土底部高程為基覆界線以下10m，即高程1567m。

(3)調(diào)壓井中下部(高程1577～1512m)開(kāi)挖。調(diào)壓井中下部(高程1577～1512m)65m為巖石，地處不良洞段，開(kāi)挖半徑R=11.2m，采用光面爆破，開(kāi)挖1m，及時(shí)采用中空自進(jìn)式錨桿(φ25，L=3m、5m 交叉布置)+局部掛鋼筋網(wǎng)(φ8@20cm×20cm)，噴15cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉，然后采用環(huán)向25A環(huán)向工字鋼支撐，排距100cm，鋼支撐榀與榀之間采用間距1m的10#槽鋼焊連，槽鋼間距1m;鋼支撐節(jié)與節(jié)之間焊縫處采用10mm(厚)×200mm(長(zhǎng))×100mm(寬)鋼板焊接相連;工字鋼采用鎖腳錨桿固定。

(4)變形體處理。由于受“5.12”地震影響，調(diào)壓井下部(高程1512～1536m)段發(fā)生嚴(yán)重變形，震后噴射混凝土多處開(kāi)裂，工字鋼變形，局部有滲水。針對(duì)上述情況，先將原有噴射混凝土開(kāi)裂部位進(jìn)行鑿除并對(duì)原有變形鋼支撐進(jìn)行加固處理，再采用小導(dǎo)管預(yù)固結(jié)灌漿，小導(dǎo)管選用φ32鋼管(花管)，L=3.5m，環(huán)向間距50cm，排距100 cm。固結(jié)灌漿漿液為摻入4%水玻璃的水泥漿，漿液配比為:

水泥 ∶水玻璃 =1 ∶0.04;

水泥漿水灰比(水 ∶水泥)=1∶(1～0.6);

水泥 ∶水 ∶小玻璃 =1 ∶(0.4 ～0.55)∶(0.02～0.10);

壓力:初始?jí)毫?.5MPa，結(jié)束壓力為1.2 MPa。

固結(jié)灌漿結(jié)束后，噴15cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉，然后采用環(huán)向25A工字鋼支撐，排距100 cm，與原有鋼支撐間隔布置。鋼支撐節(jié)與節(jié)之間焊縫處采用10mm(厚)×200mm(長(zhǎng))×100mm(寬)鋼板焊接相連;鋼支撐榀與榀之間采用間距1m的φ25鋼筋縱向焊接相連，工字鋼采用鎖腳錨桿固定。

2.4 大井?dāng)U挖過(guò)程中的監(jiān)測(cè)

為保證大井?dāng)U挖過(guò)程中的安全，在大井四周(高程1545～1546m)安裝了4套多點(diǎn)位移計(jì)，用于監(jiān)測(cè)大井?dāng)U挖過(guò)程中的變化情況。調(diào)壓井多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果見(jiàn)表1～4。

調(diào)壓井多點(diǎn)位移計(jì)的變化在開(kāi)挖過(guò)程中趨于平穩(wěn)，隨著時(shí)間的推移，調(diào)壓井已逐漸穩(wěn)定，說(shuō)明在調(diào)壓井大井?dāng)U挖過(guò)程中采用的安全支護(hù)是有效的，為調(diào)壓井后期的混凝土襯砌(液壓滑模施工)提供了安全保障。

表1 調(diào)壓井多點(diǎn)位移計(jì)M41監(jiān)測(cè)成果表

表2 多點(diǎn)位移計(jì)M42監(jiān)測(cè)成果表

表3 調(diào)壓井多點(diǎn)位移計(jì)M43監(jiān)測(cè)成果表

表4 調(diào)壓井多點(diǎn)位移計(jì)M44監(jiān)測(cè)成果表

3 結(jié)語(yǔ)

古城水電站調(diào)壓井穿越95m深的不良地質(zhì)段，歷時(shí)8個(gè)半月，完成了95m深的豎井開(kāi)挖，為后續(xù)混凝土襯砌液壓滑模施工創(chuàng)造了條件。在調(diào)壓井施工過(guò)程中，未發(fā)生一起質(zhì)量和安全事故，上述施工方案，對(duì)今后類(lèi)似地質(zhì)條件的豎井和斜井開(kāi)挖具有一定的借鑒意義。