水電站大直徑豎井堵井事故處理

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(中國水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司，北京 100024)

水電站大直徑豎井堵井事故處理

朱家林，尹雪保，謝長水

(中國水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司，北京 100024)

西南某水電站在進行出線豎井開挖時造成堵井事故，經(jīng)多次方案比較，最終結(jié)合該工程壩頂以上錨索跟管鉆進成孔的成功經(jīng)驗，選定三級跟管鉆進技術(shù)進行處理。在跟管鉆進過程中，遇破碎帶則采用水泥砂漿摻入速凝劑護壁灌漿，待凝后繼續(xù)鉆進。造孔完成后第一次爆破就將下部堵塞體成功解爆，處理過程安全，未發(fā)生任何安全事故。本文總結(jié)了此次豎井堵井事故處理施工實踐經(jīng)驗，對類似工程事故處理具有借鑒作用。

水電站；堵井；事故；處理

1 工程概況

西南某水電站引水發(fā)電建筑物由電站進水口、壓力管道、地下廠房、主變室、尾水調(diào)壓室、尾水洞等組成。主廠房、主變室、尾水調(diào)壓室等“三大洞室”平行布置，縱軸線方位N55°E，水平埋深310～530m，垂直埋深390～520m。

兩條出線豎井布置在主變室下游側(cè)，豎井軸線距離主變室下游邊墻14.25m，下部通過交通聯(lián)系洞和出線平洞C段與主變室貫通，上部與廠壩交通聯(lián)系洞、出線平洞A、B段貫通。出線豎井典型開挖斷面φ10.10m，底高程為961.10m，頂高程為1180.73m，高度約219.63m。

2 出線豎井開挖方案

1154.11m高程以下(1154.11m高程以上部分為穹頂)豎井開挖之前先做好鎖口錨桿的施工。豎井開挖支護遵循以下程序進行施工：吊頂天錨施工→反井鉆機基礎(chǔ)混凝土澆筑→反井鉆機安裝、調(diào)試→反井鉆機從上而下鉆φ216導(dǎo)孔→反井鉆機自下而上擴φ1.40m導(dǎo)井→安裝卷揚機提升系統(tǒng)→自下而上擴挖形成φ3.60m的溜渣井→自上而下擴挖到設(shè)計輪廓線→井壁支護。1154.11m高程以下開挖程序見圖1。

圖1 1154.11m高程以下開挖程序

3 堵井事故及原因分析

2011年3月6日，1號出線豎井φ3.60m溜渣井1148.6～1146.0m高程段爆破開挖后發(fā)生堵井事故，初步判斷堵塞長度為40m。在早期處理時，采用自上而下爆破法處理，即利用爆破的沖擊力使堵塞體失穩(wěn)而自潰的方法，但未成功，反而進一步增加了堵塞體長度。后經(jīng)測量計算，堵塞長度達(dá)到了111.50m。

經(jīng)分析，造成φ3.60m溜渣井發(fā)生堵井的原因有兩個：?溜渣井開挖井壁突出巖埂較多，爆破后未及時進行檢查和二次處理，導(dǎo)致溜渣井實際開挖直徑未達(dá)到3.60m；?在井壁全斷面擴挖時，爆破塊度過大。兩種因素同時存在，導(dǎo)致了堵井事故的發(fā)生。圖2為堵井示意圖。

圖2 溜渣井堵井示意圖

4 堵井方案選擇與實施效果

堵井事故發(fā)生后，先后采用了灌水法、自上而下爆破法、氫氣球攜帶炸藥爆破法等方法進行堵井處理。由于堵塞長度較長，堵塞物停留時間較長已擠壓密實，未取得較好效果。因此，在確保施工安全的前提下確定了以下三種處理方案。

4.1 方案一：自上而下人工掏渣方案

自上而下使用吊籠將施工人員運送至堵井渣堆上部，采用人工扒渣、吊籠運輸?shù)姆绞綄⒍戮韶Q井上部運出。扒渣過程中遇到人工無法施工或較大孤石的情況下，采用弱爆破松動巖塊后，再進行人工扒渣。當(dāng)堵井剩余石渣厚度較薄時(3～5m左右)，停止人工扒渣，改用鉆孔爆破法施工，一次爆穿剩余石渣。

經(jīng)參建各方對上述堵井方案進行研究分析，認(rèn)為1號出線豎井堵塞段較長,如采用人工裝渣、吊籠運輸?shù)姆绞綄⒍戮韶Q井上部運出，最主要的風(fēng)險是在進行下半部清渣時由于深度較大，易造成操作人員缺氧、吊籠碰壁等風(fēng)險，會議否定了該方案。

4.2 方案二：在圍巖中造孔、自下而上分段爆破法方案

在1號孔造孔完成后，經(jīng)檢查，探繩能順利到達(dá)底部，孔底高程基本在1032.00m左右。全面安全檢查后，現(xiàn)場將φ60藥卷連續(xù)綁扎在竹片上，采用電雷管起爆。爆破后檢查發(fā)現(xiàn)，下部堵塞體未被炸開，且1號孔孔壁已經(jīng)出現(xiàn)掉塊并形成嚴(yán)重的堵孔事故，無法繼續(xù)進行裝藥施工。若繼續(xù)實施2號、3號孔勢必仍會出現(xiàn)該問題，因此，施工停止。

4.3 方案三：在堵塞體內(nèi)跟管鉆進、自下而上分段爆破法方案

考慮到單級鉆孔跟管長度的局限性并能確保跟管能順利拔出，提出了出線豎井堵井處理采用三級跟管鉆進，單級跟管鉆進長度控制在30m，三級跟管鉆進總長度80m，綜合研究后確定的整體處理思路為“人工掏渣長度25m+鉆孔跟管80m爆破+普通鉆孔7m爆破”。具體實施方案如下：

a.由于出線豎井堆積體堵塞深度長達(dá)111.50m，單級跟管長度有限，堵塞體上部25m結(jié)合方案一采用人工掏渣、吊籠運輸?shù)姆桨高M行渣體清理。

b.在1121.00m高程的虛渣平臺再次進行找平，平臺下部2m范圍進行灌漿嵌縫，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用[20槽鋼和I20工字鋼搭設(shè)鉆機施工平臺，槽鋼和工字鋼兩端鑲嵌在兩側(cè)穩(wěn)定基巖內(nèi)，保證平臺水平，平臺上面滿鋪5cm厚木板。

c.在鉆機平臺上的φ3.60m溜渣井中心位置，采用改進后的XY-2型地質(zhì)鉆機，分三級跟管進行鉆進。鉆頭和套管采用同一生產(chǎn)廠家的偏心鉆頭和配套套管，其中一級跟管管徑146mm，中心鉆頭直徑120mm，偏心鉆頭擴孔直徑155mm；二級跟管管徑108mm，中心鉆頭直徑85mm，偏心鉆頭擴孔直徑115mm；三級跟管管徑90mm，中心鉆頭直徑70mm，偏心鉆頭擴孔直徑95mm。拔管機械采用ZSB-80型液壓拔管機，拔管直徑50～178mm。造孔按照由大至小的原則逐級跟管，在出現(xiàn)不易克服的困難時變換孔徑，在距孔底7m時，改用70mm普通鉆頭不再跟管鉆進，直至穿透堵塞體。圖3為偏心鉆頭和套管配套工藝示意圖。

圖3 偏心鉆頭和套管配套工藝示意圖

d.造孔過程中遇破碎帶采用水泥砂漿摻入速凝劑護壁灌漿，待凝后繼續(xù)鉆進；遇大孤石不易鉆進時，采用孔內(nèi)松動爆破后繼續(xù)鉆進。

e.在鉆頭擊穿底部堵塞體后，停止鉆進，轉(zhuǎn)移鉆機。由于底部7m采用普通鉆頭鉆進成孔，經(jīng)檢查無塌孔后，采用竹片連續(xù)綁扎φ50(φ60藥卷改裝)藥卷長度6m(4根導(dǎo)爆索并列，2發(fā)5ms電雷管起爆)，在藥卷和起爆裝置組裝完成后，通過吊繩牽拽緩慢下入孔內(nèi)，到達(dá)孔底后，將吊繩牢固綁扎在平臺以上井壁的錨桿上，一切準(zhǔn)備就緒后實施第一段爆破。第一段爆破完成后，后續(xù)爆破段則采用拔管機械分段拔管、分段爆破，其中分段拔管長度10～15m，拔管提升后管底高于藥卷1m。以此類推進行分段拔管、分段爆破，直至全部爆破完成。每次爆破完成后均對套管進行探測檢查，確保套管下部石渣已經(jīng)完全解爆，否則，應(yīng)重復(fù)上述跟管鉆進工序。圖4為分段拔管裝藥爆破示意圖。

圖4 分段拔管裝藥爆破示意圖

5 處理效果

采用方案三處理堵井事故總用時46d。歷時10d完成上部30m的堆渣體掏渣任務(wù)；歷時2d搭設(shè)鉆機平臺；歷時26d完成鉆孔跟管75m；用時8d，分8次爆破，爆破后適時出渣。

第一段爆破后，其堵塞體下部塊石被順利解爆，大量石渣散落堆積在豎井底部，基本確認(rèn)第一段爆破成功。第8次爆破后，其溜渣井內(nèi)堵塞體全部下溜至豎井底部，至此出線豎井溜渣井堵井事故予以徹底解決，處理過程未發(fā)生任何安全事故。

6 結(jié) 語

出線豎井堵井處理經(jīng)過多次方案選擇，最終安全、順利地完成堵井處理，其處理方法值得類似工程借鑒。主要經(jīng)驗有如下幾點：

a.在豎井或斜井發(fā)生堵井事故后，采用鉆孔跟管技術(shù)是處理堵井事故有效、安全和快速的方法之一。

b.在進行井壁擴挖時，須嚴(yán)格按照不同圍巖類別的爆破設(shè)計進行布孔和裝藥，以確保巖石的爆破塊度滿足順利下溜的要求，這也是防止發(fā)生堵井事故的關(guān)鍵因素。

c.發(fā)生堵井事故后，若堵塞體距離井底較高，應(yīng)避免從堵塞體下部進行處理，以防堵塞體失穩(wěn)造成安全事故。

d.由于堵井處理的安全風(fēng)險相對較大，在確定了堵井處理方案后，應(yīng)單獨制定堵井處理安全措施并予以落實。

謝長水，于成龍.風(fēng)化花崗巖區(qū)域預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)[J].人民長江,2011,42(14):95-98.

LargeDiameterVerticalShaftPluggingAccidentinHydropowerStation

ZHU Jia-lin, YIN Xue-bao, XIE Chang-shui

(ChinaWaterConservancyandHydropowerEngineeringConsultingCo.,Ltd.inBeijing,Beijing100024,China)

Plugging accident happened at one southwest hydropower station during outgoing line vertical shaft excavation. Grade 3 drilling with casing technology is selected for treatment finally based on the successful experience of drilling with casing hole forming in anchor rope above the project dam top after plan comparison for several times. Cement mortar mixed with accelerator should be adopted for wall protection grouting in case of crushing belt in the drilling with casing process. The drilling can be continued after the grouting is coagulated. Plugged materials can be successfully removed in the first explosion after hole forming. The handling process is safe without any safety accidents. Practical construction experience in the handling of vertical shaft plugging accident is summarized in the paper, thereby providing reference for handling similar project accidents.

hydropower station; shaft plugging; accident; handling

TV554

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1673-8241(2014)08-0006-04