成品料倉豎井群布置及開挖施工方案研究

【摘 要】小灣水電站孔雀溝人工砂石加工系統(tǒng)規(guī)模大，且成品倉儲量要求調節(jié)能力大，本文針對場地狹窄，地形陡竣，地質條件復雜的情況介紹了成品豎井群的布置方案，重點針對成品料倉豎井群的布置特點、施工環(huán)境、地質情況等因素，采用了不同的施工工藝進行豎井開挖施工，以確保制約本系統(tǒng)能否提前一年投產最關鍵的項目——成品料倉豎井群的施工按期完成。開挖施工過程中，在確保成品料倉豎井群的安全及整體穩(wěn)定的同時，加快施工進度。采用的施工方法主要有反導井施工法、深孔分段爆破導井施工法、導井輻射孔擴挖法。

【關鍵詞】成品料倉豎井群；布置特點；導井施工；方案研究

一、概述

小灣水電站孔雀溝石料場開采及左岸砂石料加工系統(tǒng)工程（以下簡稱左砂系統(tǒng)）承擔全部雙曲拱壩混凝土和部分水墊塘、壩肩處理混凝土所需砂石料的生產任務，混凝土總量855.53×104m3。成品料倉分碎石倉、粗砂倉、細砂倉，總堆容按滿足混凝土澆筑5～7天的調節(jié)量設計，其中：粗骨料倉為四個，分別存放特大石、大石、中石和小石，容積為4×12500m3；粗砂倉三個，因采用干法生產，容積為3×9600m3；細砂倉三個，容積為3×11200m3，總容積為112400 m3。

二、成品料倉設計

1．地質條件。（1）地形地貌。成品料倉布置地段地形不完整，位于瓦斜路溝兩側，岸坡地勢較陡，地形坡度一般為35°～45°，沖溝部位相對較平緩，溝內多分布有第四系坡積物，坡積層相對較厚，一般為2m～6m，瓦斜路溝溝內有長年流水。（2）地質構造。布置地段分布的變質巖層呈單斜構造，產狀一般為N65°～90°W，NE∠50°～70°。由于經受多期構造活動，斷裂構造比較發(fā)育，主要為斷層（F）、小斷層（f）、擠壓面（gm）及節(jié)理（J）。（3）物理地質現(xiàn)象。風化。布置地段巖體風化以表層均勻風化為主，主要受地形、構造、巖性和卸荷等因素的控制。卸荷。因河谷深切，地形相對高差較大，岸坡地勢較陡，局部直立，因此，岸坡淺部巖體普遍存在卸荷現(xiàn)象，根據(jù)卸荷程度分為強卸荷巖體和卸荷巖體兩類。山梁部位卸荷深度較沖溝部位大。

2．工藝布置。結合該地段的地形地貌及地質結構條件，因場地狹窄，且強風化巖層及溝心處堆積體較厚，最深處達到30m左右，同時地下水位埋深較深，10個成品料倉在工藝布置上全部采用地下豎井的形式，按三組呈反“F”型布置，第一組設置4個豎井，分別為特大石、大石、中石和小石4個粗骨料倉，編號為1?！?＃，豎井頂部高程為1292.5m，豎井底部1222m高程設D1D2雙膠帶機輸送廊道；第二組、第三組各設置3個豎井，編號為5?！?＃、8?！?0＃，分別為粗砂倉和細砂倉，第二組豎井頂部高程為1293m，底部1227m高程設D4膠帶機輸送廊道，第三組豎井頂部高程為1287m，底部1225m高程設D3膠帶機輸送廊道。D3和D4兩膠帶機輸送廊道分別與D1D2雙膠帶機輸送廊道貫通，形成成品砂石料輸送線。

三、開挖施工

1．施工程序。成品豎井群呈三線布置，且相對集中，其開挖施工程序先底部廊道→上部明挖→導井→錨筋樁鎖口→豎井開挖及初期支護。底部廊道貫通形成出渣通道和便于導井施工，上部明挖至設計基巖面便于明井砼和鎖口錨筋樁的施工，同時為導井施工和豎井擴挖創(chuàng)造條件。成品豎井群施工重點和難點體現(xiàn)在導井施工上。

2．導井施工。導井施工一般可采用反井鉆機法、深孔分段爆破法(漏斗爆破法)、反導井施工法。反井鉆機法：利用反井鉆機在豎井中心從上至下先施工φ216mm的導孔至豎井底部廊道，在廊道內安裝反井鉆頭，再從下至上按施工要求，鉆設φ1.4m～φ2.0m的導井。其優(yōu)點為：適用于深度較大的豎井，施工速度快，精度相對高，偏差小。缺點為：豎井頂部要有足夠大的操作平臺；要有運輸?shù)缆吠ㄍ_；如遇到Ⅳ、Ⅴ類巖體時，導井成井困難，且精度差，同時造價較高。深孔分段爆破法(漏斗爆破法)：采用地質鉆(潛孔鉆)在豎井中心從上至下垂直鉆設5個φ115mm的深孔，一次鉆透到豎井底部的廊道，鉆孔偏差要求控制在1%以內，然后從下至上分梯段進行爆破，形成φ2.0m的導井。其優(yōu)點在為：造孔、裝藥工作面全在井外，提高了施工安全性，適合圍巖情況較差的豎井施工。缺點為：豎井頂部要有布置地質鉆(潛孔鉆) 的操作平臺；要有運輸?shù)缆吠ㄍ_，鉆孔精度要求高。反導井施工法：直接從豎井底部的廊道內向上施工，采用手風鉆從下至上鉆爆施工，人員上下靠鋼爬梯進行。其最大的優(yōu)點是：只要下平洞一個工作面，不需井頂工作面。缺點是安全性差，造孔裝藥全在井內，自下而上施工強度大，作業(yè)環(huán)境差。在遇到圍巖條件較差的豎井時，施工安全難以保證。故采用此方案時，一定要選擇圍巖情況較好的豎井進行施工，否則易發(fā)生安全事故。（1）反導井施工工藝。在1＃～4＃

，5＃、6＃、8＃七個豎井的導井開挖采用反導井工藝，這些豎井圍巖情況相對較好，較易成井，施工安全能夠保證。導井開挖斷面為2.0m×2.0m，從下往上進行鉆孔爆破，在豎井底部采用搭設爬梯的方法進行導井的施工。導井開挖前，在井口2m×2m以外設置兩排φ25mm，L=4.5m鎖口錨桿（梅花形布置），并在開始2個循環(huán)（約3m），將整個導井全斷面素噴5cm厚C20砼進行封閉，確保施工安全。進尺1個循環(huán)后，約進洞1m左右，開始在豎井內兩側壁布置承重工作錨桿，該錨桿規(guī)格為Φ32，L=1.0m，外露0.2m，每隔0.8m布置一層，作為鉆孔平臺的承重支點。操作平臺用鋼管焊接成一個1.8m×1.8m的方形框架，每次鉆孔前，從下至上先將該框加連接到承重錨桿，然后在其上鋪設已加工好的木板形成操作平臺。每次爆破前將工作平臺拆除，下次循環(huán)時再重新拼裝。因開挖高度較大，在上升至10m左右位置，設置一個休息平臺，平臺高度2m，寬度1m，長度2m，可放置部分設備及材料，在靠導井一邊設置欄桿，防止人員及材料墜落發(fā)生安全事故。如遇地質條件較差地段，及時進行初期支護，初期支護以隨機錨桿及素噴5cm厚砼封閉為主（隨機錨桿：Φ25，L=1.5m；），隨機錨桿從下往上進行鉆孔，孔向垂直巖層，將危石固定。（2）深孔分段爆破法。7＃、9＃、10＃豎井在8＃山梁外側，圍巖風化嚴重，導井安排在后期進行施工，此時頂部平臺已分別開挖至設計高程，并出露出基巖面。為加快豎井導井施工進度，采用深孔分段爆破法工藝進行導井的開挖。導井斷面2m×2m，在豎井中心布置五個孔，采用100B潛孔鉆造孔，孔徑為φ115mm，從頂部平臺(1265m高程、1271m高程)一次鉆透至底部的廊道，再從下至上按2.5m一個梯段進行爆破，從而形成的導井。導井開挖均采用φ90藥卷，每節(jié)藥卷長度34cm，重2.5kg，共裝藥12節(jié)，計30kg。爆破梯段為2.5m，方量為10m3，平均單耗為3kg/m3。爆破時采用單孔單響，用高段位非電雷管延時起爆，先爆中心孔，形成爆破漏斗，為周邊孔的爆破提供臨空面，中心孔裝藥4節(jié)，堵塞1.2m，裝藥量為10kg，爆破漏斗方量約2.7m3，單耗為3.7kg/m3；其余4個周邊孔起爆時已形成臨空面，故適當減小藥量，每孔裝藥2節(jié)，堵塞1.0m，裝藥量為5kg，爆破方量約7.5m3，單耗為2.67kg/m3。其堵塞方法為：自井頂放一尼龍繩至下平硐拴上水泥紙，在頂部用力拉緊，下堵孔段用砂袋封堵，從上進行裝藥后，再從上采用細砂或水袋封堵，確保爆破效果和防止飛石。采用該方法時，必須確保鉆孔精度。在實際施工過程中，采用潛孔鉆造孔，精度無法保證，給裝藥爆破帶來較大的難度及危險性。在條件允許情況下，造孔應采用地質鉆以確保造孔精度，對導井的爆破質量和效果會有較極的提高。

3．豎井開挖。豎井開挖斷面較大，為φ13.4m，在設計輪廓線面要求采用光面爆破，以控制超欠挖在規(guī)范范圍內。受下部廊道集渣容積的限制，豎井開挖分兩次進行，第一次采用導井輻射孔擴大開挖法進行，擴挖至φ6m，第二次從上至下全斷面開挖至設計面。（1）導井輻射孔擴挖。導井貫通后，在豎井頂部平臺布置一臺2ｔ卷揚機，并在導井底部設置活動操作平臺，操作平臺通過卷揚機提升至施工面，用手風鉆造孔，孔徑為φ42mm，水平下傾20°，孔深2m ，輻射布置，每層布孔16個，內層孔距為41cm，外層孔距115cm，每孔裝φ32mm藥卷6節(jié)，堵塞80cm，每節(jié)藥卷長20cm，重0.2kg，每孔裝藥1.2kg，每層孔共計裝藥19.2kg。輻射孔每隔一米布置一層，每次爆破高度按3米控制，采用排間微差技術控制層與層之間的爆破時間。每層為一個爆破時段，采用高段位非電雷管進行層間延時，從下至上分層爆破。每層爆破方量約為24.3m3，平均單耗為0.79kg/m3。采用本方案擴挖，爆破石渣直接借助重力下至底部廊道，開挖出渣方便，不需人工輔助下渣。本種方法的優(yōu)點在于：鉆爆不受時間限制，爆破作用力向下，對豎井頂部的施工沒有干擾，而且爆破石渣借助重力直接掉至井底的廊道內，避免了導井的堵塞，提高了開挖效率。（2）全斷面開挖。第一次輻射孔擴挖完成后，即轉入全斷面開挖，為保證豎井設計基面的平整度，在周邊采用光面爆破進行控制。全斷面開挖從上至下進行，利用第一次輻射孔擴挖形成的開挖面作為臨空面，采取從上至下用手風鉆鉆設垂直孔的方法進行鉆爆施工，造孔直徑φ42mm，孔深為3m，共布置4圈孔，其中最外圈孔為光爆孔，孔距0.5m，共84孔，每孔底部裝一節(jié)φ32mm藥卷，以上部分間隔20cm裝一節(jié)φ25mm藥卷，共裝6節(jié)，堵塞長度為80cm，裝藥量為0.8kg/孔，則線裝藥密度為267g/m；主爆孔間排距均為1m，共鉆孔95個，每孔裝φ32mm藥卷11節(jié)，連續(xù)裝藥，每孔裝藥量2.2kg，堵塞8cm。為了減小爆破后人工扒渣量，鉆孔時爆破底面與水平面的夾角控制在35°左右，便于爆破后石渣大部分都能溜至底井，提高開挖效率。

四、小結

成品豎井群的設計及施工方案通過不斷完善和研究，不僅其施工進度得到了保證，為系統(tǒng)提前一年投產創(chuàng)造了條件，同時通過合理的施工組織其施工質量、施工安全得到了保證，并充分體現(xiàn)了其設計的合理性和施工的經濟性。具體體現(xiàn)：

1．成品豎井群無論從工藝布置還是在結構布置上，有效地結合了地形、地貌和復雜的地質條件，做到了因地制宜，為今后大型系統(tǒng)的設計在條件不是很充分的情況下提供了一些實踐經驗。

2．成品豎井群的布置方案相對露天堆場存在造價較高、

施工難度大、施工進度較慢的不足，但在布置場地不足的情況下具有指導意義，且有利于成品砂石料的溫控。

3．成品豎井群的施工采取了上下同時作業(yè)的辦法，有效地避免了施工干擾。

4．在豎井導井施工中受現(xiàn)場施工條件限制采用了反導井施工藝和深孔分段爆破法，沒有采用反井鉆機施工法，但在施工銜接上得到了保證，在確保施工安全的前提下，有利地提高了施工進度，且施工成本相對反井鉆機施工法要低得多。

5．單個成品豎井的開挖施工分二次進行，導井輻射孔擴挖法實施后，再進行全斷面開挖，并在設計基面開挖采用了光面爆破，該方案的實施，一方面確保了開挖質量，另外，克服了采用人工大量扒渣的不足，提高了工效。