老撾會蘭龐雅水電站小直徑深豎井開挖技術(shù)

馬景波

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 概述

老撾會蘭龐雅水電站設(shè)計裝機容量為8.8萬kW。工程引水系統(tǒng)由引水隧洞上平段、壓力明鋼管段、引水洞下平段三部分組成，其中壓力明鋼管段與下平段之間設(shè)計采用豎井連接。豎井開挖直徑為3.5 m，深87 m。根據(jù)工程進度計劃，豎井與下平洞開挖必須同時展開，因此，不能采用反井鉆機或反井人工開挖方法。由于豎井直徑小、深度大并處于工程關(guān)鍵線路上，如何安全高效的完成豎井開挖成為工程能否按期發(fā)電的關(guān)鍵。

2 工程概況

豎井上口高程297 m，底部高程210 m(高壓管道中心線)，深87 m。上接2134.2 m 長的高壓明管，下部與高壓埋管段相連。

豎井為圓形斷面，采用鋼管外包混凝土的襯砌方式，鋼管直徑為2 m，豎井開挖直徑為3.5 m。275～307 m 高程設(shè)置系統(tǒng)錨桿，錨桿采用φ20鋼筋，長2 m，入巖1.95 m，間排距1.5 m×1.5 m，掛網(wǎng)混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ6@200 mm×200 mm。275～307 m 高程不設(shè)系統(tǒng)錨桿，設(shè)計采用掛網(wǎng)噴混凝土，混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ6@200 mm×200 mm。如有必要則根據(jù)實際情況設(shè)置隨機錨桿，隨機錨桿采用φ20鋼筋，長度2 m，入巖1.95 m。

豎井頂部為高壓明管段20#鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩頂部高程307 m，底部高程297 m，鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)尺寸為19.5 m×14 m×10 m。

豎井位于兩條沖溝之間，由于植被茂盛，沖溝旱季無明水，雨季明水較小。豎井處基本為微風化細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，屬軟弱相間巖體，巖體較完整，圍巖穩(wěn)定性主要受巖體強度控制，圍巖為細砂巖洞段穩(wěn)定性較好，一般為Ⅲ類圍巖，約占47%;圍巖為泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖洞段穩(wěn)定性較差，為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，其中Ⅳ類圍巖約占29%，Ⅴ類圍巖約占24%。

豎井處地下水類型主要為基巖裂隙水。裂隙水主要賦存于細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖裂隙中，含、透水性取決于巖體風化程度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度。根據(jù)地下水埋藏分布特征勘察及鉆孔揭露，推測地下水埋深為18～60 m，強風化帶和裂隙密集帶巖體的含、透水性較強;弱風化巖體中的透水性弱，一般為弱透水;微風化巖體一般為微～弱透水。由于基巖裂隙水的連通性一般較差，局部地帶具有承壓性。

3 施工程序及方法

3.1 開挖支護程序

豎井井口邊坡自上而下分層開挖，支護施工緊跟開挖工作面由上而下進行，邊坡完成支護、排水及井口圈梁后進行豎井開挖施工。根據(jù)現(xiàn)有條件，豎井開挖采用正井人工采挖方式進行。

3.2 井挖施工

(1)井口處理及提升設(shè)備設(shè)計。

豎井開挖前，為防止水流或石塊等物體落入井底，必須設(shè)置井圈梁。井圈梁采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面尺寸為50 cm×80 cm，高出井口40 cm。提升井架基礎(chǔ)與井圈梁同時施工，其布置具體情況見圖1。

圖1 井圈梁布置圖

提升機是豎井開挖出渣的關(guān)鍵設(shè)備，主要從兩個方面考慮:一是安全性，二是出渣的效率。采用傳統(tǒng)鋼管腳手架配合卷揚機方式不但安全保證度差，并且因提升高度較大，一般卷揚機容繩率亦不滿足要求。因此，針對提升高度、施工進度要求設(shè)計制造了井口提升機(已申請專利，專利號:ZL 201220117607.4)，從根本上解決了提升安全及提升效率問題。

(2)井挖施工工藝流程。

豎井開挖流程見圖2。

圖2 豎井開挖流程圖

(3)鉆爆施工。

①造孔。采用手風鉆造孔，孔徑42 mm，嚴格按照鉆爆設(shè)計進行造孔。

鉆孔作業(yè)須嚴格按照掌子面標定的孔位進行造孔。造孔前，先根據(jù)豎井中心線調(diào)整鉆桿方向和角度，經(jīng)檢查確認無誤后方可開孔。各鉆工分部位定人定位施鉆。各鉆孔必須嚴格按照掌子面上所標識的孔位開孔施鉆，崩落孔孔位偏差不大于5 cm，崩落孔和周邊孔要求孔底在同一平面上。造孔結(jié)束后，由現(xiàn)場施工技術(shù)員按照“平、直、齊”的要求進行檢查，對不符合要求的鉆孔重新造孔。

②裝藥爆破。采用人工裝藥。炮孔經(jīng)檢查合格后方可進行裝藥爆破，炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯(lián)結(jié)由經(jīng)考核合格的炮工按鉆爆設(shè)計成果進行施工作業(yè)。

全斷面開挖參考鉆爆示意見圖3，參數(shù)見表1。

3.3 支護施工方法

豎井275～307 m 高程設(shè)置系統(tǒng)錨桿，錨桿采用φ20鋼筋，長2 m，入巖1.95 m，間排距1.5 m×1.5 m，掛網(wǎng)混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ6@200 mm×200 mm。275～307 m 高程不設(shè)系統(tǒng)錨桿，設(shè)計采用掛網(wǎng)噴混凝土，混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ6@200 mm×200 mm。如有必要則根據(jù)實際情況設(shè)置隨機錨桿，隨機錨桿采用φ20鋼筋，長2 m，入巖1.95 m。

豎井開挖的前2～3個循環(huán)根據(jù)地質(zhì)情況進行加強支護。

(1)錨桿施工。

①施工工藝流程。鉆頭直徑應(yīng)大于錨桿直徑15 mm 以上，采用“先注漿，后插桿”的方法施工。工藝流程見圖4。

②施工方法。

a.鉆孔:采用測量儀器在支護部位按設(shè)計間排距測放并標示孔位，用選定的鉆機進行鉆孔的施工，鉆孔完畢用壓力風將孔道清洗干凈，經(jīng)檢驗合格后，臨時封堵孔口。為保證灌漿方便、飽滿，造孔時可適當下傾一定角度。

b.桿體制安:錨桿采用砂輪切割機斷料，桿體在加工現(xiàn)場加工后運至安裝部位，采用人工插桿。

圖3 豎井全斷面開挖鉆爆示意圖

表1 全斷面開挖主要參數(shù)表

圖4 施工工藝流程圖

c.注漿:按照試驗室提供的砂漿配合比拌制水泥砂漿，注漿錨桿水泥砂漿的抗壓強度等級為M20。砂漿應(yīng)拌和均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿應(yīng)在初凝前用完并嚴防石塊、雜物混入，鉆孔注滿漿后立即插桿，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

(2)噴射混凝土施工。

①施工程序。掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土工藝流程見圖5。

圖5 工藝流程圖

②施工方法。

a.受噴面的準備工作。噴射施工前清理受噴面，清除開挖面浮石、石渣或堆積物，挖除欠挖部分，用高壓風水沖洗受噴面。對受噴面滲水部位采用埋設(shè)導(dǎo)管、盲管或截水圈等作排水處理。

b.掛設(shè)鋼筋網(wǎng)。受噴面驗收合格后，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)。鋼筋直徑、鋼筋網(wǎng)的間排距按設(shè)計圖紙進行施工。鋼筋保護層厚度不應(yīng)小于50 mm。網(wǎng)片筋與錨桿筋外露部位用電焊聯(lián)接，局部采用扎絲牢固綁扎。噴射前，在受噴面上設(shè)立噴厚標志。

c.混合料的制備。噴射混凝土的拌制嚴格按照試驗室下發(fā)的配合比進行。各種材料按施工配合比要求準確稱量?；旌狭蠑嚢钑r間不少于2 min，需達到攪拌均勻，顏色一致要求?；旌狭想S拌即用，存放時間不超過20 min 以保持物料新鮮。

d.噴射作業(yè)?；炷涟韬狭鲜褂昧锿不蛟捱\至施工部位。噴射混凝土自下而上施工，噴嘴按螺旋形軌跡一圈壓半圈的方式沿橫向移動，層層噴射，使混凝土均勻。上下區(qū)段間的接合部位和結(jié)構(gòu)的接縫處應(yīng)妥善處理，不得漏噴。噴射作業(yè)時，保持工作風壓穩(wěn)定，連續(xù)供料。完成或因故中斷作業(yè)時，應(yīng)將噴射機及料管內(nèi)的積料清理干凈。噴射混凝土的回彈率不大于15%。噴射完成及時清理回彈料。

3.4 不良地質(zhì)地段及涌水的處理

對于可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)段，根據(jù)開挖揭露的地質(zhì)情況，分別采用超前錨桿、固結(jié)灌漿等加固措施。使用何種加固措施，由工程部、設(shè)計代表現(xiàn)場共同確定。

(1)超前錨桿施工。

當開挖揭露的圍巖類型為Ⅳ類時，采用超前錨桿配合錨噴的支護措施。圍巖類型由設(shè)計地質(zhì)工程師現(xiàn)場確定，錨桿的直徑、長度、角度由設(shè)計工程師確定。

(2)固結(jié)灌漿施工。

豎井開挖過程中，若圍巖中存在破碎帶，對開挖會產(chǎn)生重大影響時，應(yīng)依照工管部的指示，對圍巖進行超前固結(jié)灌漿施工。灌漿施工技術(shù)要求參照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL/T 5148-2001等相關(guān)規(guī)程規(guī)范執(zhí)行。

(3)地下涌水的處理。

對于豎井開挖過程中可能出現(xiàn)的地下涌水，在開挖支護過程中，應(yīng)準備大功率水泵備用，在地下涌水封堵后方能進行后續(xù)施工。根據(jù)涌水量大小采用埋設(shè)導(dǎo)管、截水圈、水平鉆孔接引等方法。如果出現(xiàn)大流量涌水，必須立即停止施工，會同設(shè)計人員研究止水或引流方案，處理完畢方可恢復(fù)施工。井內(nèi)應(yīng)設(shè)置集水箱或積水槽，便于井內(nèi)積水的外排。

3.5 質(zhì)量、安全、文明施工及環(huán)保措施

(1)開工前，認真做好爆破方案設(shè)計和控制爆破的參數(shù)設(shè)計，并通過開挖爆破實踐不斷優(yōu)化爆破方案和爆破參數(shù)，以達到最佳爆破設(shè)計要求，保證將爆破作業(yè)對坡面的振動影響減小到最低程度。

(2)鉆孔嚴格按照設(shè)計鉆爆圖施工，各鉆工分區(qū)、分部位定人定位施鉆，每排炮由爆破工程師按爆破設(shè)計書的要求進行檢查。

(3)開挖過程中，及時測量放線，每一梯段開挖后均需重新測放開挖輪廓線，以保證鉆孔位置的準確性，輪廓線爆破鉆孔時采用樣架控制鉆孔角度，避免鉆孔偏離設(shè)計線?？孜坏牟贾糜蓽y量人員測放并準確測定豎井中心線，鉆孔操作人員按測量數(shù)據(jù)嚴格控制鉆孔深度;為保證鉆孔精度，隨著開挖高程的下降及時測量開挖斷面，如發(fā)現(xiàn)超、欠挖超過規(guī)范允許值時及時進行處理。

(4)安排有豐富經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員擔任施工技術(shù)及質(zhì)量檢查工作，所有人員均需持證上崗。在施工前按施工組織設(shè)計、質(zhì)量計劃、作業(yè)指導(dǎo)書對施工人員進行層層交底;施工中嚴格各施工程序及工藝要求，以優(yōu)良的施工工藝完成支護工作。

(5)支護施工前，先對圍巖進行檢查，以確定所支護的類型或支護參數(shù)。開挖時每開挖一層，按設(shè)計要求及時進行支護;噴錨支護緊跟開挖工作面進行，以確保圍巖的穩(wěn)定。支護作業(yè)嚴格按照有關(guān)的施工規(guī)范、規(guī)程進行。錨桿的安裝方法，包括鉆孔、在孔中鎖定和注漿等工藝均須經(jīng)過安質(zhì)環(huán)部的檢查和批準。

(6)斷層及破碎帶段開挖時，按照“短進尺、弱爆破、強支護”的原則進行施工，以減少對圍巖的擾動。對于穩(wěn)定性很差的圍巖，按照設(shè)計圖紙要求，先進行加強錨桿支護。

(7)每日進行安全巡檢，每周進行安全檢查，每月進行安全考核。對不服從安全人員檢查、拒不執(zhí)行安全管理制度的施工作業(yè)人員進行嚴肅處理，對存在安全隱患的施工部位應(yīng)責令停工整改。

(8)做好井內(nèi)外的聯(lián)系通訊，除使用對講機外，在井口安裝雙向控制電鈴，以便于溝通。

(9)定期檢查提升架的移動限位器，并保存檢查記錄。

(10)爆破后，啟動通風設(shè)備通風。施工過程中，保持洞內(nèi)通風暢通，防止各種粉塵、廢氣等污染施工環(huán)境，采取有效措施降低噪聲、振動等污染環(huán)境的程度，避免其危害人體的身心健康。

(11)施工設(shè)備的停放整齊有序，設(shè)備性能安全、可靠;操作人員證件齊全，規(guī)范操作。機械設(shè)備修理后，場地無油漬、雜物。

4 結(jié)語

筆者通過研究類似工程的施工經(jīng)驗，結(jié)合本工程實際情況，從施工程序、安全保證、爆破設(shè)計等各方面進行認真研究，有針對性的進行施工設(shè)計，圓滿地完成了預(yù)期目標。本施工方法在類似工程中值得推廣應(yīng)用。