正井全斷面施工法在水電站豎井開挖中的應(yīng)用

武方圓，賈小剛

(1.國電云南電力有限公司，昆明 650021;2.國電云南阿墨江發(fā)電有限公司，云南墨江縣 654800)

1 工程概述

普西橋水電站泄洪沖沙洞工作閘門井位于電站左岸5號沖溝附近，地形坡度在20°左右，5號沖溝地表普遍分布有第四系松散堆積層，厚度普遍在2.5～4.0m，強風化帶埋深小于10m，后邊坡有f19、f23、f23陡傾坡內(nèi)，與開挖邊坡大角度相交，對邊坡穩(wěn)定影響不大，f19緩傾坡外，與開挖邊坡大致平行，且f19與閘門井豎井在729m高程附近成大角度相交。

工作閘門井井口高程742m，井底高程666.5m，豎井深度75.5m，井口呈漏斗狀，井身為長方形，且井身段自上而下有兩個擴散區(qū)，整個井身斷面尺寸分別為:斷面1=12.2m×10.45m(長×寬)，斷面2=12.2m×13.5m(長×寬)。

2 開挖方案比選

水電站豎井開挖有兩種施工方法:正導(dǎo)井施工法和反導(dǎo)井施工法。普西橋水電站泄洪沖沙洞工作閘門井豎井開挖方案在招投標階段為反導(dǎo)井施工方案，但由于泄洪沖沙洞無壓洞段受各種客觀因素制約，實際進洞時間較晚，底部洞室尚未貫通，采用正井全斷面施工法相較于反井法施工具有獨特的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

a.采用正井全斷面開挖施工方法，只需將豎井井口處理完成即可開始施工;采用反井法施工時，須先施工反導(dǎo)井，然后進行正井擴挖，豎井的上、下口必須先行施工到位，特別是需要下部洞室施工到位具備出渣條件后才能進行反井擴挖施工，施工條件要求較高。結(jié)合該工程泄洪沖沙洞實際進洞日期，采用反井法施工即無壓段洞室開挖到達工作閘門井位置后再進行豎井擴挖，無法滿足總進度工期要求。

b.正井全斷面開挖施工方法，豎井施工與洞室施工可以平行進行，無交叉作業(yè)，互不干擾，降低了施工難度，特別對于豎井或洞室開挖進度均處于直線工期的工程項目，可大大節(jié)約施工工期;而反井法施工豎井的上、下口均不能位于主要運輸線路上，否則擴挖時與洞室開挖相互影響，勢必拖長工期。同時由于該工程無壓段洞室底板設(shè)計縱坡較陡 (i=19.73%)，若采用反井法，出渣難度大，也會直接影響工期。

c.正井全斷面開挖施工方法一次爆破成型，工作面空間大，具備機械施工條件，提高了施工效率，且施工過程無技術(shù)難題;而反井法隨著豎井深度的加大，施工難度越來越高，尤其在反井擴挖時，堵井事故率高，處理堵井困難，增加了施工組織管理難度和施工風險。

d.正井全斷面開挖風、水、電等輔助作業(yè)一次鋪設(shè)到位，井口只需布置一套提升吊掛設(shè)施和設(shè)備;反井法前期導(dǎo)井施工和后期正井擴挖，上口均需布置一套提升吊掛設(shè)施和設(shè)備，需要工作面不斷遷移，增加了施工準備期、反井施工機具的投入和施工工序的重復(fù)。

結(jié)合該工程實際，為確保泄洪沖沙洞工作閘門井豎井開挖支護工期，經(jīng)過技術(shù)方案比選、綜合分析，最終采用正井全斷面開挖施工方案。

3 正井全斷面施工法

為確保井口上方區(qū)域安全，在豎井開挖支護前，豎井后邊坡及平臺外圍防護結(jié)構(gòu)已全部施工完成，風、水、電等輔助作業(yè)亦已布置完成。正井法全斷面開挖施工法即在豎井頂部架設(shè)雙梁門式起重機自上而下一次鉆爆施工到位，用門式起重機吊運至豎井頂部出渣，施工工藝流程如下圖1所示。

圖1 正井法全斷面開挖施工工藝流程

3.1 井位放樣

為保證開挖斷面尺寸滿足設(shè)計藍圖要求，測量人員利用全站儀在每層開挖前，放樣出該層開挖輪廓線和爆破孔位布置點，為后續(xù)開挖提供條件;同時在豎井兩個對角上安裝兩臺激光垂準儀隨時對已經(jīng)成型的井位進行校核。

3.2 井口開挖鎖護施工

為避免豎井開挖對門機基礎(chǔ)的震動破壞，同時兼顧門機軌距尺寸和施工期安全要求，在進行井身段施工前，先進行井口開挖鎖護施工。

采用手風鉆造孔，光面爆破，反鏟甩渣，全斷面一次完成鎖口垂直段開挖 (742～740.959m高程，輪廓尺寸:16.2m×14.45m)，沿工作閘門井豎井長度方向左、右兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土門機軌道梁，沿工作閘門井寬度方向左右兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土連系梁進行鎖口防護。鎖口混凝土頂部高出742m高程平臺20cm，即頂部高程為742.2m，鎖口統(tǒng)一采用C25混凝土澆筑。

在井口鎖護施工時，同時進行MG－20t雙梁門式起重機 (以下簡稱門機)軌道、門機、裝渣斗及吊籃等設(shè)備的安裝工作。

3.3 豎井全斷面開挖施工

井口鎖護施工完畢，上部門機安裝、調(diào)試完成后，開始進行豎井全段面開挖。

豎井開挖整體采用全斷面一次爆破成型開挖方法，單循環(huán)開挖深度為2.0m。具體施工方法為:先在中部V形拉槽爆破，后進行周邊成型擴挖;周邊開挖輪廓線光爆孔間距為0.6m，主爆孔間距為0.9m，排距為0.8m;利用上部已經(jīng)安裝調(diào)試好的慢動卷揚(20t穩(wěn)車)吊掛2.0m3渣斗出渣，0.3m3小型反鏟裝渣，門機提升渣斗、20t自卸汽車出渣。

a.根據(jù)豎井全斷面開挖的特點確定爆破方式為:主爆孔為傾斜掏槽布置，采用YT－28手風鉆鉆孔，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定每層開挖高度為2m。

b.由于715.305～712.255m高程為懸挑擴散段，691.5～669.5m高程為工作閘門擴散段，在垂直開挖至兩懸挑擴散段時，采用水平向前推進開挖方式完成兩部位開挖施工。

c.中部拉槽爆破主要采用深孔爆破方式，孔深按4～5m控制，與周邊巖體形成臺階狀，以增大臨空面，減小爆破底盤抵抗線，使爆破飛石均面向中心，以避免對圍巖自身穩(wěn)定能力造成破壞。

d.出渣主要是利用一臺0.3m3小型反鏟進行裝渣，雙梁式門式起重機提升至井口臨時堆渣區(qū)，再用裝載機和自卸汽車出渣。由于豎井開挖及支護均利用吊運反鏟的門機完成鉆機設(shè)備、噴護施工鋼筋等設(shè)備及材料運輸，為了加快出渣速度，施工過程中增加了一個出渣斗出渣，兩個渣斗交替運行，從而縮短了出渣循環(huán)時間。

4 豎井支護方案

4.1 井壁系統(tǒng)支護及臨時排水施工

正井法全斷面開挖巖面采用一掘一噴的循環(huán)方式。爆破開挖后，及時進行初噴混凝土施工，保持圍巖自身穩(wěn)定不松散，并采用錨桿、掛網(wǎng)，噴混凝土聯(lián)合支護方式及時進行系統(tǒng)支護。

因豎井頂部742m高程施工平臺排水系統(tǒng)已經(jīng)形成，豎井頂部采用彩鋼瓦搭設(shè)了臨時遮雨設(shè)施，因此，豎井內(nèi)的匯水主要是開挖成型井壁的滲水，采用高揚程潛水泵即滿足了豎井底部排水需求。同時針對開挖成型井壁有局部滲水點，在相應(yīng)位置鉆設(shè)直徑φ76、孔深5.0m、安裝直徑φ50、采用土工布包裹的PVC排水花管，以排出巖體內(nèi)地下水，降低滲透壓力。

4.2 豎井加強支護施工

a.井壁超前支護。因沿工作閘門井中心線上、下游井壁715.3m和691.57m高程各存在一個平距分別為3.05m、10.84m的懸挑擴散段，如不進行預(yù)先超前支護，可能會因該部位巖體破碎、穩(wěn)定性差，造成局部塌方、掉塊，給后續(xù)施工帶來一定的安全隱患。因此，結(jié)合現(xiàn)場實際地質(zhì)情況和施工條件，在開挖至上述部位時增加了3φ32鎖口錨筋樁，施工參數(shù)為:長度 9.0m，入巖 8.9m，外露 0.1m，間排距1.5m，上傾15°～30°(傾斜角度根據(jù)現(xiàn)場圍巖節(jié)理走向確定)，梅花形布置;錨筋樁外露部分，使用25鋼筋橫向平行與外露端焊接，相鄰排間按W形狀焊接成整體，鋼筋掛網(wǎng)，噴10cm厚混凝土。

b.鋼桁架補強支護。泄洪沖沙洞工作閘門井在完成681m高程以上開挖及支護施工后，正好進入主汛期，工區(qū)降雨頻繁，根據(jù)豎井前期開挖揭露的圍巖地質(zhì)情況，在715～729m高程井段與豎井大角度相交的f19斷層位置附近出現(xiàn)褐紅色強風化粉質(zhì)巖土，在691.573m高程以下出現(xiàn)與結(jié)構(gòu)面平行的巖層，且685m高程以下出現(xiàn)強風化鈣質(zhì)砂巖與砂質(zhì)灰?guī)r。上述部位巖土破碎、穩(wěn)定性較差。同時，由于715.3m和691.57m高程懸挑擴散段的存在，盡管前期井壁支護已嚴格按照設(shè)計圖紙施工完成，并在施工過程中增加了隨機排水孔、采取了預(yù)支護等措施，但通過幾次連續(xù)降雨后對開挖支護完成井壁的現(xiàn)場察看，井壁滲水較多，局部已噴護混凝土出現(xiàn)細微開裂現(xiàn)象;監(jiān)測數(shù)據(jù)分析成果顯示，巖體有微弱變形。

為防止工作閘門井井壁在汛期出現(xiàn)較大收斂變形，確保施工安全，經(jīng)四方參建單位現(xiàn)場研究決定:對沿中心線上下游井壁井口、懸挑擴散段上下口采用四層、八榀鋼桁架加強支護;對691.57m高程處平距為10.84m的懸挑擴散面進行錨筋樁+鋼支撐補強支護，錨筋樁外露部分，使用φ22工字鋼橫向平行與外露端焊接，相鄰排間采用 25鋼筋按W形狀焊接成整體，鋼筋掛網(wǎng)，噴20cm厚混凝土，具體加固形式如圖2所示。

通過采取以上加強支護措施后，豎井井壁收斂變形趨于穩(wěn)定，最終確保了豎井的安全。

5 結(jié) 語

普西橋水電站泄洪沖沙洞工作閘門井豎井運用正井全斷面開挖施工法，月平均成井近18m，實現(xiàn)了工作閘門井與泄洪沖沙洞無壓洞段同步施工，互不制約，同時最大限度地降低人力、物力投入，減小施工風險，為早日進行工作閘門井及泄洪沖沙洞襯砌贏得寶貴時間;同時采用超前錨筋樁、鋼桁架補強支護等措施，確保了井體的施工安全，取得了良好的施工效果，為正井全斷面施工法在水電站垂直豎井開挖支護施工中的應(yīng)用積累了寶貴的實踐經(jīng)驗，希望能為今后同類工程項目的施工提供一定的借鑒。

［1］王其德，姜凌宇，李江明.三道灣水電站出線豎井正井法開挖及方案優(yōu)化［J］. 四川水利發(fā)電，2010，29(3):8-11.

［2］段汝健，張德高.周寧水電站高墳引水豎井施工技術(shù)［J］.水利發(fā)電，2006，32(12):70-72.

［3］袁光裕，胡志根.水利工程施工［M］.第5版.北京:中國水利水電出版社，2009.