甲米河一級水電站調(diào)壓井開挖施工

賈小虎，張 琦，周 杰

(中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550081)

1 工程概述

甲米河一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣鹽塘河干流甲米河上，系具日調(diào)節(jié)功能的引水式電站，電站裝機(jī)3×12MW，設(shè)計水頭90m，設(shè)計引用流量45.45m3/s。電站樞紐建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成。

甲米河一級水電站調(diào)壓井為露頂圓筒阻抗式，井筒開挖直徑12.0m，襯砌厚度1.0m，井筒頂高程2197.8m，底板開挖高程2127.07m，阻抗孔直徑2.8m，孔頂開挖高程2132.07m，調(diào)壓井井筒高65.73m。調(diào)壓井最高水位2185.68m，最低水位2135.47m。

調(diào)壓井后坡分三級馬道，四級弧形邊坡，馬道寬1.2m，邊坡高度8.0m～10.0m，坡比1∶0.5。后坡地形坡度約35°，地表覆蓋為第四系全新統(tǒng)殘坡積塊碎石土層。井筒0～7.0m為覆蓋層，主要是第四系全新統(tǒng)碎石土坡積物;7.0m以下為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，巖體十分破碎、裂隙發(fā)育，鉆孔過程中卡鉆、掉塊嚴(yán)重，為Ⅴ類圍巖。

經(jīng)分析，該調(diào)壓井工程具有以下特點:(1)調(diào)壓井所處地質(zhì)條件差，以Ⅴ類圍巖為主，圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，開挖難度較大;(2)調(diào)壓井開挖高度為65.73m，且在后邊坡下方施工，安全隱患大;(3)調(diào)壓井較高，材料由調(diào)壓井頂部吊運(yùn)至施工面，吊運(yùn)難度大;(4)調(diào)壓井溜渣井自上而下開挖時，出渣困難;(5)調(diào)壓井后邊坡為弧形，開挖坡面控制難度大。

2 施工布置

2.1 道路布置

調(diào)壓井施工道路從鹽瀘公路，經(jīng)廠區(qū)跨河大橋、6#公路、5#支洞至調(diào)壓井后邊坡及井筒頂部平臺(高程2198m)。

2.2 風(fēng)水電布置

2.2.1 施工用電。從布置在5#支洞口附近的變壓器(630kVA)低壓側(cè)搭接，照明線采用36V，動力線采用380V/220V。

2.2.2 施工供水。在調(diào)壓井平臺附近修建一個容積為80m3的水池，采用鋼管(DN150)接引至調(diào)壓井附近，再用塑料管(φ50mm)引至調(diào)壓井后邊坡及調(diào)壓井井筒開挖工作面，調(diào)壓井底部開挖采用鋼管(DN150)經(jīng)過交通廊道，用塑料管(φ50mm)引至工作面，并在適當(dāng)位置設(shè)分水包及減壓閥。取水用φ50mm塑料管從5#沖溝內(nèi)引水至水池內(nèi)。

2.2.3 施工供風(fēng)。從布置在5#支洞口附近的空壓機(jī)(20m3/min)，采用DN125、DN80硬風(fēng)管接至工作面附近，再用φ50mm的皮管接至各用風(fēng)點。

2.2.4 施工通風(fēng)。調(diào)壓井溜渣井開挖至10m以下，采用鼓風(fēng)機(jī)接凡布管(φ100mm)對開挖工作面進(jìn)行通風(fēng)，保證洞底空氣新鮮，防止洞底施工人員因供氧不足出現(xiàn)身體不適。

2.2.5 施工排水。調(diào)壓井后邊坡開挖施工前，先沿開挖線外2m～3m開挖截水溝，防止雨水沖刷邊坡。并在井筒頂部平臺(高程2197.8m)開挖排水溝，經(jīng)邊坡引至5#支洞排水溝內(nèi)，從6#公路排水溝流至甲米河內(nèi)。

2.3 出渣方案

2.3.1 調(diào)壓井后邊坡開挖前，先在調(diào)壓井2197.8m高程開挖一集料平臺，在集渣平臺外側(cè)設(shè)置攔渣墻，防止開挖料渣沿山坡滾至廠區(qū)，并沿后邊坡開挖一個溜渣槽。后邊坡開挖料渣用挖掘機(jī)(PC220)挖至溜渣槽溜至集渣平臺，用ZL－40型裝載機(jī)上料，8t自卸汽車運(yùn)輸，從上調(diào)壓井道路邊卸至5#棄渣場，棄渣后及時用推土機(jī)推平，并用挖掘機(jī)按要求修坡。

2.3.2 調(diào)壓井溜渣井開挖料渣采用人工上料，3t卷揚(yáng)機(jī)提吊至高程2197.8m平臺，采用ZL－40型裝載機(jī)上料，8t自卸汽車運(yùn)輸至5#棄渣場卸料。

2.3.3 井筒擴(kuò)挖料渣采用挖掘機(jī)(PC220)挖至溜渣井，從溜渣井溜至調(diào)壓井底部，再采用ZL－40型裝載機(jī)上料，8t自卸汽車運(yùn)輸至5#棄渣場卸料。

3 調(diào)壓井后邊坡開挖支護(hù)

3.1 后邊坡開挖措施

調(diào)壓井后邊坡分三級馬道，四級邊坡，馬道寬1.2m，邊坡高度8m～10m，除第四級邊坡坡比為1∶0.75外，其他三級邊坡坡比均為1∶0.5，開挖坡比較陡。由于后邊坡巖體以坡積層碎石土為主，邊坡穩(wěn)定性較差，為了安全、順利完成后邊坡開挖，采取了以下措施:

(1)在后邊坡開挖前，先沿開挖線約2.0m施工截水溝(30cm×30cm)，防止雨水浸蝕開挖坡面，導(dǎo)致邊坡塌方。在邊坡開挖區(qū)域外設(shè)防護(hù)欄，防止邊坡上掉石;

(2)從上至下分層開挖，每級邊坡分3層，分層高度2.5m～3.5m，每層開挖完成后，先素噴5cm混凝土(C20)，再掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，必須支護(hù)完成后，方可向下開挖;

(3)每層開挖，先用挖掘機(jī)(PC220)挖除覆蓋層至硬巖，或至設(shè)計開挖線0.5m～1.0m，硬巖預(yù)留50cm，土層或強(qiáng)風(fēng)化巖預(yù)留1.0m，留作開挖坡面控制層。

3.2 開挖坡面控制措施

調(diào)壓井后邊坡為弧形邊坡，開挖坡形控制難度很大，為了能很好的控制坡形，使后邊坡開挖坡形，既滿足設(shè)計要求又美觀，采取以下控制措施:

(1)加強(qiáng)測量控制。開挖前測量員放出設(shè)計開挖線，對現(xiàn)場帶班人員作好測量交底。開挖至坡面控制層后，測量員沿弧長每3.0m放一個開挖控制點;

(2)加強(qiáng)現(xiàn)場管理，預(yù)留坡面挖制層。安排開挖經(jīng)驗豐富的管理人員現(xiàn)場指導(dǎo)，開挖預(yù)留坡面控制層前，作好坡比樣架，現(xiàn)場指揮挖機(jī)手嚴(yán)格按照坡比修坡，須爆破部位，控制好孔距(不大于60cm)，孔向及裝藥量(線裝藥密度不大于0.3kg/m);

(3)及時封閉，跟進(jìn)支護(hù)。每層開挖完成后，先素噴5cm混凝土(C20)封閉開挖面，防止下雨沖刷開挖邊坡，導(dǎo)致塌方。素噴封閉完成后，再掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，必須支護(hù)完成后方可向下開挖。

3.3 后邊坡支護(hù)

調(diào)壓井后邊坡采用掛網(wǎng)噴錨結(jié)合錨筋樁支護(hù)，三、四級邊坡自進(jìn)式錨桿(Φ25@2.5×2.5m，L=4.5m)，一、二級邊坡自進(jìn)式錨桿(Φ25@2.5×2.5m，L=9.0m)，錨筋樁(3Φ25@5.0×5.0m，L=9.0m)(詳見圖1)。

3.3.1 自進(jìn)式錨桿施工

(1)用腳手鋼管(φ48mm×3.5m)搭設(shè)排架作為鉆孔操作平臺，操作層滿鋪竹跳板;

(2)三、四級邊坡自進(jìn)式錨桿采用手風(fēng)鉆造孔，一、二級邊坡自進(jìn)式錨桿先用潛孔鉆造孔，孔徑56mm，再用手風(fēng)鉆將自進(jìn)式錨桿壓入孔內(nèi);

(3)自進(jìn)式錨桿鉆頭采用合金鉆頭，外徑不小于50mm，在自進(jìn)式錨桿上焊割注漿孔，注漿孔長為錨桿設(shè)計長度的1/3。自進(jìn)式錨桿采用套筒連接;

(4)鉆進(jìn)自進(jìn)式錨桿時，鉆機(jī)先給風(fēng)或水，然后鉆進(jìn)，在破碎巖體中鉆進(jìn)時，鉆頭的水孔易堵塞，因此放慢鉆進(jìn)速度，多回轉(zhuǎn)，少沖擊，注意水從鉆孔中流出的狀況。若有水孔堵塞現(xiàn)象，應(yīng)反復(fù)沖擊水，使水孔暢通，然后慢慢進(jìn)尺，直到設(shè)計深度;

(5)鉆進(jìn)至設(shè)計深度，用水或空氣洗孔，檢查鉆頭上的孔是否暢通，然后將錨桿從鉆機(jī)連接套上卸下，錨桿按設(shè)計要求外露。用鋼管將止?jié){塞通過錨桿外露端打入孔口約10cm，接注漿管及用于封孔。如注漿壓力較大或圍巖較為破碎，也可采用錨固劑封孔;

(6)自進(jìn)式錨桿深度驗收合格后，用注漿管和注漿泵對自進(jìn)式錨桿進(jìn)行注漿，注漿必須連續(xù)，觀察漿液從止?jié){塞邊緣流出或壓力表達(dá)到設(shè)計值，即可停止注漿。若注漿過程中出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，及時清理錨桿、注漿軟管和注漿泵，此時若泵的壓力表顯示有壓，則反轉(zhuǎn)電機(jī)1s～2s卸壓，方可卸下各接頭，電機(jī)反轉(zhuǎn)時間必須短暫。

3.3.2 錨筋樁施工

(1)錨筋樁采用潛孔鉆造孔，孔徑110mm，孔向必須垂直于坡面。采取低壓慢速鉆進(jìn)，為防止孔斜、塌孔等可采取加粗鉆桿、設(shè)置導(dǎo)向或回填掃孔等措施處理。對孔壁垮塌或掉塊嚴(yán)重的部位，可先進(jìn)行固結(jié)灌注處理，然后再鉆進(jìn);

(2)將鋼筋調(diào)直除銹后，用φ6.5mm盤條制作成鋼筋環(huán)，將3根鋼筋，1根注漿管，1根排氣管焊接固定，鋼筋環(huán)間距約1.0m。每根錨筋樁可分兩段制作，鋼筋用套筒連接，連接點必須錯開，不得在同一斷面上;

(3)錨筋樁安裝利用1.5t手拉葫蘆配合人工進(jìn)行安裝，錨筋樁入孔安裝應(yīng)保持平順、均勻，同時注意保護(hù)錨筋樁注漿管，以確保注漿的順利進(jìn)行;

(4)錨筋樁注漿采用全孔一次性注漿，注1∶1水泥砂漿，灌漿壓力為0.2MPa～0.3MPa。當(dāng)注入率不大于5L/min時，繼續(xù)灌注20min，灌漿工作即可結(jié)束。

圖1 調(diào)壓井后邊坡開挖支護(hù)

4 調(diào)壓井預(yù)固結(jié)灌漿

根據(jù)調(diào)壓井后邊坡開挖揭露巖層情況，及調(diào)壓井前期勘探地質(zhì)資料，調(diào)壓井巖體破碎，尤其是調(diào)壓井上部巖體結(jié)構(gòu)松散，后邊坡承受荷載大，又因調(diào)壓井?dāng)嗝娉叽巛^大，高差有70.93m，為了確保調(diào)壓井施工安全，采取在調(diào)壓井開挖前先進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿。預(yù)固結(jié)灌漿孔為一排，距調(diào)壓井開挖線 1.5m，孔距 2.0m，孔深 71m，鉆孔高程EL2198m，起灌高程EL2192m，蓋重厚6m，分兩序灌漿，灌漿壓力0.3MPa～0.5MPa。

預(yù)固結(jié)灌漿采取地質(zhì)鉆造孔，孔徑91mm。灌漿采取從上至下分段灌漿，分段長度按第一段5m，之后為6m，共11段。灌漿水泥采用P.O42.5普硅水泥，漿液水灰比采用 3∶1、2∶1、1∶1、1∶0.8、1∶0.5五個比級，比級變換按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。固結(jié)灌漿前，選擇有代表性的1個Ⅰ序孔進(jìn)行簡易壓水試驗，壓水試驗應(yīng)在裂隙沖洗后進(jìn)行，壓水試驗壓力值為該孔段最大灌漿壓力值的80%，但最大值不超過1.0MPa，采用單點法壓水，壓水時間為20min，每5min測讀一次壓入流量。灌漿采用“循環(huán)式”，單孔灌漿，當(dāng)相鄰孔發(fā)生串漿或吸漿量較小時，可采用多孔并聯(lián)灌注，嚴(yán)禁串聯(lián)，并應(yīng)控制壓力，并聯(lián)灌注孔數(shù)最多不宜多于3個。

5 調(diào)壓井開挖及支護(hù)

5.1 調(diào)壓井溜渣井開挖

調(diào)壓井開挖直徑為12m，為了便于出渣，先開挖直徑1.8m的溜渣井，然后再進(jìn)行井筒擴(kuò)挖。由于調(diào)壓井圍巖破碎，根據(jù)預(yù)固結(jié)灌漿鉆孔情況，卡鉆及塌孔嚴(yán)重，因此不宜采用反井鉆機(jī)施工溜渣井，只有采取人工鉆爆開挖。

由測量員放出調(diào)壓井中心點，溜渣井從調(diào)壓井中心從上至下開挖，每向下開挖1.0m，及時采用C20混凝土護(hù)壁，護(hù)壁厚度不小于10cm，在洞口或圍巖極破碎，易塌方段須先扎鋼筋網(wǎng)(φ6.5@20×20cm)，再澆筑混凝土護(hù)壁。溜渣井井口周邊須做防水圍墻，高出30cm即可。井口上方設(shè)置防護(hù)棚，防止雨水進(jìn)入。

在溜渣井開挖至約20m深后，因從下至上提吊料渣難度較大，開挖進(jìn)度也較慢，我部曾采用地質(zhì)鉆沿溜渣井中心鉆三個爆破孔，孔徑73mm，孔深至調(diào)壓井底部1.0m，孔向平行于井軸線，然后由下至上爆破開挖，裝藥時將乳化炸藥綁于φ12mm鋼筋上，深入孔內(nèi)，每次裝藥底部留空1.0m，鉆爆循環(huán)進(jìn)尺按2.0m～3.0m控制，炸藥采用乳化炸藥。但在鉆孔過程中卡鉆嚴(yán)重，鉆孔至53m深度時，出現(xiàn)埋鉆，該施工方案未成功，后仍采取原方案從上至下逐層鉆爆開挖至井底。

5.2 調(diào)壓井井筒擴(kuò)挖及支護(hù)

根據(jù)調(diào)壓井溜渣井開挖揭露圍巖情況，從調(diào)壓井平臺高程2197.8m向下約7.0m為覆蓋層，之下為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，巖體呈碎石狀，圍巖破碎。調(diào)壓井?dāng)U挖采取直接用挖掘機(jī)(PC220)擴(kuò)挖，擴(kuò)挖按3.0m一層控制，開挖完一層后，及時用拱架梁結(jié)合掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，支護(hù)完成后方可進(jìn)行下一層開挖。

對圍巖完整致密段，直接用挖掘機(jī)開挖不動時，采取鉆孔爆破，按松動爆破控制裝藥量，爆破區(qū)覆蓋橡膠防爆網(wǎng)，并用竹跳板將挖掘機(jī)覆蓋進(jìn)行保護(hù)。

開挖至調(diào)壓井井筒底部約10m，調(diào)壓井底部料渣不得出空，挖掘機(jī)必須停在未出渣一邊。施工人員必須系好安全繩，將安全繩固定在已施工的錨桿上。當(dāng)開挖至井筒底部(高程2132.07m)后，用裝載機(jī)出一部分料渣，露出空腔后，挖掘機(jī)長臂先伸出空腔，抵在底部積渣上，再用裝載機(jī)從另一側(cè)出渣，使積渣緩慢下沉，然后挖掘機(jī)從空腔內(nèi)開出。

調(diào)壓井圍巖破碎，擴(kuò)挖垂直高度為65.93m，擴(kuò)挖直徑為12m。為確保施工安全，對調(diào)壓井?dāng)U挖采用鋼格柵拱架梁結(jié)合掛網(wǎng)噴錨進(jìn)行初期支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下。

(1)調(diào)壓井高程2198m～2193m，采用鋼格柵拱架梁、錨桿、掛網(wǎng)，再澆筑40cm厚C20混凝土鎖口;高程2193m以下，采用鋼格柵梁結(jié)合掛網(wǎng)噴錨支護(hù);

(2)鋼格柵梁間距80cm～100cm，在加工場分段制作后，運(yùn)至現(xiàn)場安裝;錨桿為自進(jìn)式錨桿，尺寸Φ25@1.0×0.8m，L=4.5m;掛網(wǎng)鋼筋尺寸為φ6.5@15×15cm，噴C20混凝土厚25cm;

(3)在調(diào)壓井高程2197.8m平臺架設(shè)吊裝架子，材料用3.0t卷揚(yáng)機(jī)提吊至工作場面。

6 結(jié)語

調(diào)壓井后邊坡為弧形邊坡，開挖揭露出的巖體破碎，開挖坡度較陡，邊坡開挖坡形控制難度較大，通過采取分層開挖，跟進(jìn)支護(hù)，加強(qiáng)測量及現(xiàn)場管理等措施，后邊坡弧形及坡面控制很好，受到參建各方好評。

采用人工開挖溜渣井安全隱患大，料渣提吊難度較大，在圍巖較完整的條件下，盡可能采用反井鉆機(jī)開挖，不僅可以規(guī)避安全風(fēng)險，也可以加快溜渣井開挖進(jìn)度。采用挖掘機(jī)直接對調(diào)壓井進(jìn)行擴(kuò)挖，解決了擴(kuò)挖出渣量大的難題，以減少爆破給圍巖的擾動，同時加快調(diào)壓井?dāng)U挖進(jìn)度。我部只用了兩個月時間將65.73m的調(diào)壓井?dāng)U挖完成，節(jié)省了出渣成本及管理成本。對圍巖較差的豎井，采用挖掘機(jī)擴(kuò)挖是一個值得借鑒的方法，但必須了解清楚圍巖情況，如果擴(kuò)挖須頻繁放炮，會增加挖掘機(jī)防護(hù)難度，占用大量的開挖時間，反而增加施工成本。