長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)補(bǔ)氣豎井開(kāi)挖施工

趙偉+++梅強(qiáng)

摘 要：以長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)7條補(bǔ)氣豎井為例，根據(jù)不同的開(kāi)挖高度采取針對(duì)性開(kāi)挖方案，對(duì)于70余米的補(bǔ)氣豎井采取反井輔人工擴(kuò)挖，降低了施工難度，提高了施工進(jìn)度；對(duì)于20米左右的補(bǔ)氣豎井利用反井鉆將導(dǎo)井施工完成后，采用全斷面一次開(kāi)挖、快速成井；同時(shí)在施工過(guò)程中積極做好豎井安全措施，安全順利完成豎井施工，值得類(lèi)似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：泄洪放空系統(tǒng)；補(bǔ)氣豎井；導(dǎo)井；正擴(kuò)法；反擴(kuò)法；爆破

1 概述

長(zhǎng)河壩水電站是大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)整后的第10個(gè)梯級(jí)電站，位于甘孜州康定縣境內(nèi)。泄洪放空系統(tǒng)由三條泄洪洞和一條放空洞組成，均布置于右岸山體內(nèi)，從左至右依次為1#泄洪洞、2#泄洪洞、3#泄洪洞和放空洞，泄放系統(tǒng)補(bǔ)氣豎井共7條，圓形斷面，開(kāi)挖直徑D=7.0m，初期支護(hù)均采用Φ25 L=4.5m砂漿錨桿、φ6.5鋼筋網(wǎng)及C25噴射混凝土。補(bǔ)氣豎井具體參數(shù)見(jiàn)表1，主要工程量：石方井挖13155.5m3；φ25 L=4.5m砂漿錨桿2708根；C25噴射砼905.05 m3。

表1 泄洪放空系統(tǒng)補(bǔ)氣豎井參數(shù)表

泄洪放空系統(tǒng)補(bǔ)氣豎井巖性為一套晉寧期-澄江期的侵入巖，其巖性以石英閃長(zhǎng)巖（δ02（3））、花崗巖（γ2（4））為主，局部侵入少量細(xì)晶花崗巖脈（γl）。根據(jù)前期地質(zhì)勘察及施工期開(kāi)挖揭示，泄洪放空洞系統(tǒng)區(qū)無(wú)較大的區(qū)域斷裂通過(guò)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)補(bǔ)氣豎井主要發(fā)育的裂隙如下表，局部發(fā)育小斷層小擠壓破碎帶，圍巖總體以Ⅲ類(lèi)為主，局部Ⅳ類(lèi)。

2 施工方案及施工程序

大斷面、深豎井開(kāi)挖目前采用比較常規(guī)且廣泛的是“反井鉆機(jī)施工導(dǎo)井+人工擴(kuò)挖”的施工方案。長(zhǎng)河壩1#泄洪洞2#補(bǔ)氣豎井（H=52.57m）、2#泄洪洞2#補(bǔ)氣豎井（H=78.71m）、3#泄洪洞2#補(bǔ)氣豎井（H=75.55m）及放空洞補(bǔ)氣豎井（H=75.77m），經(jīng)過(guò)綜合安全、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)性分析后均采用LM-200型反井鉆機(jī)先施工直徑為1.4m導(dǎo)井，后人工擴(kuò)挖至為3.4m溜渣井，然后正井?dāng)U挖至7米，渣料通過(guò)溜渣井溜渣至泄洪洞、放空洞主洞上層，利用主洞進(jìn)行出渣，支護(hù)緊跟擴(kuò)挖掌子面。

1#泄洪洞1#補(bǔ)氣豎井（H=22.64m）、2#泄洪洞1#補(bǔ)氣豎井（H=18.40m）及3#泄洪洞1#補(bǔ)氣豎井（H=18.15m）由于井淺，考慮安全及進(jìn)度因素利用反井鉆將豎井在導(dǎo)井施工完成后，采用全斷面一次開(kāi)挖、快速成井。[1]

2.1 導(dǎo)井施工

經(jīng)過(guò)安全和經(jīng)濟(jì)比較，豎井導(dǎo)井采用LM200反井鉆進(jìn)行導(dǎo)孔和擴(kuò)孔施工，有效解決導(dǎo)井施工的安全問(wèn)題，同時(shí)7條豎井依次施工有利反井鉆集中流水作業(yè)。

導(dǎo)井施工程序：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及輔助設(shè)施施工→反井鉆機(jī)組裝、調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)→φ216mm導(dǎo)孔施工→擴(kuò)孔施工（D=1.4m導(dǎo)井）→反井鉆機(jī)及輔助設(shè)施拆運(yùn)。

（1）輔助設(shè)施施工：包括反井鉆機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)施施工，主要由水池、TBW850/50泥漿泵及回水槽組成。

（2）反井鉆機(jī)基礎(chǔ)施工，基礎(chǔ)采用C20砼基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸為3.0m×3.0m×1.0m（長(zhǎng)×寬×高），并預(yù)留鉆機(jī)地腳螺栓孔。

（3）反井鉆機(jī)組裝及二期地腳螺栓砼施工，1#補(bǔ)氣平硐、1#連接平硐及2#連接平硐10.1m×8.05m（寬×高），2#補(bǔ)氣平硐為7.1m×6.05m（寬×高），滿(mǎn)足反井鉆機(jī)施工要求。反井鉆機(jī)各部件采用20t載重汽車(chē)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，并采用WA470裝載機(jī)配合CAT323反鏟進(jìn)行鉆機(jī)組裝，組裝完成檢查無(wú)誤后澆筑二期地腳螺栓砼。

（4）導(dǎo)孔施工。鉆機(jī)一期砼基礎(chǔ)及二期地腳螺栓砼強(qiáng)度達(dá)到要求后進(jìn)行豎井導(dǎo)孔施工。導(dǎo)孔直徑為216mm，導(dǎo)孔鉆進(jìn)的過(guò)程，加強(qiáng)鉆進(jìn)過(guò)程、返出的巖屑情況的觀測(cè)同時(shí)根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)地層有初步定性分析和了解，為φ1.4m擴(kuò)孔鉆進(jìn)、孔壁維護(hù)以及最后擴(kuò)挖施工提供參考。在反井鉆導(dǎo)孔施工中，鉆孔偏斜率不大于1%，采用重慶地質(zhì)儀表廠生產(chǎn)的JQX-2數(shù)字化測(cè)斜儀檢測(cè)，作為糾偏的參考依據(jù)。

（5）擴(kuò)孔施工。φ216mm導(dǎo)孔施工完成后，進(jìn)行擴(kuò)孔施工。開(kāi)始擴(kuò)孔時(shí)，下邊安排專(zhuān)人進(jìn)行觀察，注意安全，在擴(kuò)孔鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)巖石硬度較大，可適當(dāng)增加鉆壓，反之可減少鉆壓。擴(kuò)孔過(guò)程中，及時(shí)出渣，并做好下口的安全防護(hù)。當(dāng)鉆進(jìn)至距豎井上口2.5m時(shí)，降低鉆壓，緩慢鉆進(jìn)，直至鉆至上口面。

（6）反井鉆機(jī)拆運(yùn)。擴(kuò)孔完成后，將鉆架主機(jī)及操作臺(tái)、油泵車(chē)等輔助設(shè)備拆裝，并運(yùn)至下一豎井施工現(xiàn)場(chǎng)。

反井鉆施工方法及反井鉆機(jī)布置見(jiàn)圖2。

圖2 反井鉆施工方法及反井鉆機(jī)布置

長(zhǎng)河壩泄洪放空系統(tǒng)的補(bǔ)氣豎井導(dǎo)井施工中導(dǎo)孔平均進(jìn)尺為10～15m/d，反拉擴(kuò)孔平均日進(jìn)尺為5～8m/d，經(jīng)過(guò)6個(gè)多月工期安全、快捷完成了全部豎井導(dǎo)井的施工。同時(shí)本工程豎井位于泄洪洞洞身長(zhǎng)度方向的1/3和2/3處，補(bǔ)氣豎井導(dǎo)井提前貫穿，對(duì)泄洪洞放空洞洞身開(kāi)挖通風(fēng)有較大的改善，改善了洞內(nèi)的作業(yè)條件，提高了施工功效。

2.2 人工擴(kuò)挖施工

針對(duì)4條深豎井，其人工擴(kuò)挖有三種方案，即正擴(kuò)一次成型，正擴(kuò)兩次成型，反擴(kuò)法與正擴(kuò)結(jié)合的方案，現(xiàn)將各擴(kuò)挖施工方案的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。[1]

（1）正擴(kuò)一次成型：在放空洞豎井（BS41）前期提升系統(tǒng)沒(méi)形成時(shí)，先正向（自上而下）全斷面自上而下一次性擴(kuò)挖，采用YT28手風(fēng)鉆鉆孔，光面爆破，炸藥單耗1.2～1.4kg/m3，循環(huán)進(jìn)尺為1.8～2.0米。

為防止堵井采取了合理布置爆孔密度，控制爆破后的石渣塊度不大于井徑的1/3，加大雷管的起爆間隔時(shí)間等一些有效措施。在開(kāi)挖上部15米井深過(guò)程中也在豎井上部出現(xiàn)兩次輕微堵井，經(jīng)過(guò)分析主要是豎井段地質(zhì)條件差，裂隙節(jié)理較多，爆破后片狀、塊狀石渣多，在溜渣導(dǎo)井?dāng)嗝孑^小（D=1.4m）、一次性擴(kuò)挖時(shí)爆破渣量較大，造成輕微堵井，采取了爆破振動(dòng)法進(jìn)行處理，但是處理過(guò)程不安全因素較為突出。endprint

（2）正擴(kuò)兩次成型：在滿(mǎn)足提升系統(tǒng)（門(mén)架）安裝條件后，豎井15米井深以下經(jīng)過(guò)研究調(diào)整為正擴(kuò)兩次成井的方案：先由D=1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖至D=3.4m，遇到圍巖較差，適時(shí)做一些臨時(shí)支護(hù)；再采用正井法D=3.4m擴(kuò)挖至D=7.0m設(shè)計(jì)斷面，系統(tǒng)支護(hù)緊跟第二次擴(kuò)挖進(jìn)行，利用掌子面作為支護(hù)平臺(tái)進(jìn)行支護(hù)施工。

相關(guān)的爆破參數(shù)如下：擴(kuò)挖采用YT28手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度3.0米，孔徑42mm，周邊光爆孔間距不大于50cm，崩落孔間排距60cm內(nèi)，一次擴(kuò)挖2圈，爆破單耗在1.2～1.3kg/m3，二次擴(kuò)挖布置3圈，非電雷管起爆、排間延時(shí)；爆破單耗在0.9～1.0kg/m3。[2]

施工時(shí)做好上下口、人行直梯等防護(hù)內(nèi)容。

提升系統(tǒng)采用龍門(mén)架，龍門(mén)架采用I20b工字鋼焊接加工制作。提升系統(tǒng)按“卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，承重橫梁支撐，載人載物吊籃分開(kāi)”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)；豎井?dāng)U挖垂直提升系統(tǒng)布置見(jiàn)圖3：

圖3 補(bǔ)氣豎井施工卷?yè)P(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)

（3）反擴(kuò)法與正擴(kuò)結(jié)合：在1～3#泄洪洞下游的三條2#豎井，結(jié)合大崗山、溪洛渡電站豎井施工的經(jīng)驗(yàn)，采用反擴(kuò)法進(jìn)行施工，施工程序?yàn)椋簩?dǎo)井施工→提升系統(tǒng)安裝→反向擴(kuò)井施工→正向成井施工。

反向擴(kuò)井施工從井底向井口在直徑1.4米的導(dǎo)井內(nèi)，采用10T卷?yè)P(yáng)機(jī)械提升系統(tǒng)提升高4米的兩層（每層高2米，直徑1.2米）圓形吊籠，每層吊籠內(nèi)配置1人1臺(tái)手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔及裝藥爆破施工，為減少井下鉆爆工序交替，反向擴(kuò)井采用集中造孔，分次爆破的方法進(jìn)行，豎井反向擴(kuò)挖施工方法見(jiàn)圖4。

在反向擴(kuò)井完成后，換上正擴(kuò)的大吊籃，按正擴(kuò)的施工工藝流程，鉆孔孔深3.5m，周邊光面爆破孔鉆孔間距不大于50cm，崩落孔間排距離60～80cm，光爆孔線裝藥150～180g/m，中間爆破孔裝藥單耗為1.1～1.2kg/m3，爆破網(wǎng)絡(luò)采用非電毫秒雷管分段微差起爆，爆破后人工扒渣，井底出渣[2]。爆破完后及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)，然后進(jìn)入下一循環(huán)。在長(zhǎng)河壩泄洪放空系統(tǒng)由于豎井井深在80米內(nèi)，先反擴(kuò)再正擴(kuò)法在進(jìn)度上優(yōu)勢(shì)不明顯，但是導(dǎo)井施工時(shí)可以減少扒渣量，節(jié)省人工，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 全斷面一次爆破成井施工

1#泄洪洞1#補(bǔ)氣豎井（BS11、H=22.64m）、2#泄洪洞1#補(bǔ)氣豎井（BS21、H=18.40m）及3#泄洪洞1#補(bǔ)氣豎井（BS31、H=18.15m），由于井淺，采用全斷面開(kāi)挖、一次支護(hù)的施工方法。

（1） 施工方法

全斷面開(kāi)挖采用自下而上分段進(jìn)行開(kāi)挖，在豎井中心鉆設(shè)利用反井鉆先形成Φ1400mm中孔作為爆破自由面，周邊光爆孔及主爆孔均采用QZJ100B型潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。爆破后石渣溜至泄洪洞、放空洞主洞內(nèi)，采用WA380裝載機(jī)配20t自卸汽車(chē)出渣。豎井初期支護(hù)待豎井開(kāi)挖完成后，利用堆渣平臺(tái)進(jìn)行。

全斷面開(kāi)挖炮孔上下端均設(shè)置堵塞，炮孔下端采用木塞、碎石及炮泥進(jìn)行堵塞，炮孔上部采用粗砂進(jìn)行堵塞。炮孔下端木塞采用鉛絲吊掛，以避免堵塞物掉落，炮孔上部粗砂待裝藥完成后灌注。

（2） 爆破設(shè)計(jì)

泄洪放空系統(tǒng)補(bǔ)氣豎井全斷面開(kāi)挖預(yù)裂孔徑φ70，孔距65cm，抵抗線90cm，線裝藥線裝藥360g/m；主爆孔孔徑φ70，間排距為1.0～1.2抵抗線100cm，孔內(nèi)采用分段連續(xù)裝藥，爆破單耗1.6～1.7kg/m3，爆破總鉆孔82個(gè)，平均2.22孔/m2。為防止爆破石渣堵塞導(dǎo)井，要求第一圈孔外延時(shí)依次逐孔起爆。具體開(kāi)挖炮孔布置及爆孔裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 全斷面一次開(kāi)挖炮孔布置及爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

3 施工安全措施

豎井的施工安全問(wèn)題突出，本工程針對(duì)幾個(gè)重要的隱患項(xiàng)目采取了針對(duì)性的安全措施，主要包括豎井的上下口、卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)、豎井的爆破安全防護(hù)措施。

3.1 豎井上下口安全防護(hù)及井下施工安全防范措施

在豎井上口距開(kāi)挖邊線30cm及棧橋臨空側(cè)設(shè)置1.5m高安全護(hù)欄以防止井口及棧橋上施工人員跌落井下。

補(bǔ)氣豎井施工時(shí)泄洪洞正進(jìn)行上半洞施工，存在立體交叉施工，下口采用立式防護(hù)隔離棚，與泄洪洞軸線平行設(shè)置，距泄洪洞軸線2m，保證了下部洞室的有序施工。

圖6 補(bǔ)氣豎井上下口防護(hù)布置圖

3.2 卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)安全措施

補(bǔ)氣豎井卷?yè)P(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)由10t卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩、天錨、滑輪組、施工吊物籃以及安全限位制動(dòng)裝置等組成，主要是在人工擴(kuò)挖、支護(hù)施工時(shí)提升施工材料、機(jī)具等。

（1）在提升系統(tǒng)運(yùn)行前必須嚴(yán)格檢查整個(gè)提升系統(tǒng)各組件的性能及強(qiáng)度，包括卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引力是否滿(mǎn)足提升中的動(dòng)態(tài)荷載要求，卷?yè)P(yáng)機(jī)制動(dòng)是否靈活，機(jī)體固定是否牢固，電氣線路，離合器、保險(xiǎn)棘輪、導(dǎo)向滑輪、鋼絲繩、索具和各緊固件等是否全部合格，鋼絲繩是否具有足夠的強(qiáng)度及無(wú)損傷等。滾筒與鋼絲繩、鋼絲繩與吊物籃的連接是否牢固，鋼絲繩的繩套必須用鐵環(huán)套加固等等。這些環(huán)節(jié)在施工中必須進(jìn)行定期檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

（2）在棧橋l.5m以上位置安裝限位器，并在卷?yè)P(yáng)機(jī)旁設(shè)回刀開(kāi)關(guān)，以備卷?yè)P(yáng)機(jī)失控時(shí)，直接關(guān)閉電源。

（3）每次吊裝重物時(shí)必須選取進(jìn)行低距試吊，檢查剎車(chē)效能有無(wú)過(guò)緊或過(guò)松現(xiàn)象，如有，必須及時(shí)調(diào)整剎車(chē)杠桿的彈簧螺母，并不允許起吊重物長(zhǎng)時(shí)間停懸于空中。

（4）卷?yè)P(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)要求每天進(jìn)行安全檢查、保養(yǎng)，特別是制動(dòng)系統(tǒng)的完好性能檢查。

（5）在井口安排專(zhuān)職安全員及信號(hào)員，并配備高頻對(duì)講機(jī)與井下聯(lián)絡(luò)、指揮卷?yè)P(yáng)機(jī)操作手操作，井下人員配備備用礦燈，卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)和施工照明配置小型的柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急備用電源。

3.3 豎井爆破施工安全措施

鉆孔必須嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)鉆孔，裝藥，裝藥由爆破員進(jìn)行裝藥，裝藥過(guò)程嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，爆破員持專(zhuān)用木制炮棍進(jìn)行藥卷裝填，嚴(yán)禁使用其他金屬棍棒，裝藥完成、檢查合格后進(jìn)行炮前警戒、通告、通知等工作，確認(rèn)警戒、通告、通知無(wú)誤后進(jìn)行起爆爆破。endprint