埋藏式調(diào)壓井豎井井筒開挖施工技術(shù)探討

胥細望

(新疆海天工程監(jiān)理有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

埋藏式調(diào)壓井豎井井筒開挖施工技術(shù)探討

胥細望

(新疆海天工程監(jiān)理有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

引水式水電站有壓引水管道前端的調(diào)壓井豎井大多數(shù)體型龐大,荷載及邊界條件都較為復(fù)雜。本文對埋藏式調(diào)壓井豎井井筒的開挖施工技術(shù)進行了探討，在保證安全和控制成本的情況下，選擇合適的施工方法，達到工程的進度、質(zhì)量目標。

豎井；開挖；支護；安全；經(jīng)濟

水力發(fā)電站的引水管道較長時，當機組運行中突然甩負荷關(guān)閉導(dǎo)葉，由于水流的慣性作用，有很大的水錘效應(yīng)，水錘會擊毀導(dǎo)水葉和其他過流部件。調(diào)壓井的作用就是讓水錘有一個釋放的通道，以減小過流部件的壓力，是用于水電站等調(diào)節(jié)水壓的設(shè)施。埋藏式調(diào)壓井豎井多埋于巖體中，屬于地下結(jié)構(gòu)范疇，它的開挖必須考慮豎井結(jié)構(gòu)的特殊體型、地下結(jié)構(gòu)荷載等因素的局部變化情況和圍巖的自穩(wěn)能力及承載能力，以最小的成本，保證施工安全，實現(xiàn)進度和質(zhì)量要求。

1 豎井井筒開挖方式的確定

豎井井筒的開挖方式有由上往下的正井開挖、由下往上的反井開挖、正反井相結(jié)合開挖三種方式。開挖方式的選擇除了要考慮開挖工作本身的安全、質(zhì)量、進度、成本外，還要考慮對開挖后的渣料運輸工作的影響，可以結(jié)合豎井的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地質(zhì)圍巖情況加以綜合考慮確定。正井開挖一般采用鉆爆法施工，反井開挖有反井鉆機法、爬罐人工鉆孔爆破法、吊籠鉆孔法等施工工藝。

1.1 正井開挖

豎井上部的水平洞完成后，在豎井上部布置風、水、電等設(shè)施，由上往下進行開挖。對于小斷面豎井人工采用手風鉆鉆孔裝藥爆破，較大斷面豎井也可采用專用鑿巖機鉆孔裝藥爆破。正井開挖時，可經(jīng)上部水平洞出渣，也可先采用地質(zhì)鉆機開挖溜渣孔，經(jīng)下部水平洞出渣，以后者居多。

1.2 反井開挖

反井開挖由下向上進行，分別有反井鉆機法、爬罐人工鉆孔爆破法、吊籠鉆孔法等。

1.2.1 反井鉆機法

在豎井上部澆筑混凝土基礎(chǔ)，反井鉆機安裝前測量放線，調(diào)整校核好安裝角度。先從上往下鉆導(dǎo)孔，鉆頭直徑為216mm,鉆進過程中同時使用高壓水泵或泥漿泵將泥漿循環(huán)往上帶出。導(dǎo)孔與下部水平洞貫通后將小鉆頭換成直徑1m以上或相當于豎井直徑的刀盤直接擴孔成井，鉆導(dǎo)孔時對測量精度要求較高，必須在鉆導(dǎo)孔過程中經(jīng)常校核調(diào)整，反井鉆機整套設(shè)備費用較高，適用于直徑較小的豎井。

1.2.2 爬罐人工鉆孔爆破法

豎井下部的水平洞需先開挖完成，在巖壁上安裝軌道后，爬罐組件利用臨時的輔助平臺安裝在軌道上。爬罐作為施工上下交通工具，人工使用氣腿鉆鉆孔裝藥爆破。此法施工設(shè)備簡單，成本較低，但是這種方法施工沒有導(dǎo)孔，排煙困難，工作條件差，因其比較經(jīng)濟，采用也較多。

1.2.3 吊籠鉆孔法

吊籠鉆孔法需待豎井的上、下部水平洞都開挖成型后，在豎井上部用地質(zhì)鉆機鉆一個直徑200mm的小導(dǎo)孔，同時在豎井上部用20號以上的工字鋼制作安裝施工井架。卷揚機或提升絞車通過小導(dǎo)孔用鋼繩提升吊籠上下運輸，施工人員在吊籠內(nèi)進行鉆孔裝藥爆破作業(yè)。當豎井在施工進度計劃中處于非關(guān)鍵線路上時可采用此法。

1.3 正反井相結(jié)合開挖

正反井相結(jié)合開挖主要是在豎井較深、工期很緊急的情況下，分別從豎井的上部正井開挖和從豎井的下部采用爬罐法開挖。

2 豎井井筒開挖出渣方式的選擇

將豎井開挖的碎石渣料運輸出洞涉及到安全、成本、進度各方面，需要從這幾方面協(xié)調(diào)考慮選擇，主要有從上部出渣和從下部出渣兩種途徑。

從上部出渣可在上部安裝施工井架或在豎井的穹頂設(shè)置天錨，將渣料用卷揚機或礦物絞車提升到上部水平洞口平臺，由自卸車運出。此途徑需要做嚴密的準備工作和安全保證措施，施工干擾大，裝渣主要依靠抓斗甚至人工，速度慢，一般在正井開挖小斷面豎井時采用。

從下部出渣，可采用地質(zhì)鉆機開挖溜渣孔將正井開挖方式爆破的碎石溜到下部水平洞，或反井開挖方式爆破的碎石靠自重落到下部水平洞，由裝載機和自卸車運出。此途徑幾乎適用于所有斷面尺寸的豎井，出渣速度快，在保證了施工安全系數(shù)的同時成本控制有力，在水利水電工程當中應(yīng)用廣泛。

3 初期一次臨時支護

初期一次臨時支護在開挖過程中尤其重要，是開挖過程的重要組成部分。豎井一次臨時支護是指在開挖前對巖體的超前固結(jié)和開挖后對巖體及時的封閉，防止各種變形和侵蝕，保證開挖工作的安全順利進行。對巖體破碎、地壓活動頻繁、結(jié)構(gòu)體型龐大的豎井，支護形式的設(shè)計必須與埋藏式調(diào)壓井豎井結(jié)構(gòu)構(gòu)造和工程地質(zhì)條件相聯(lián)系， 由此展開井筒支護形式的選擇和設(shè)計。

噴射混凝土支護的施工工序簡單，機動靈活，具有廣泛的適應(yīng)性，無需立模板耗費木材或鋼材。噴射混凝土不僅可以用作臨時支護，也可以和其他鋼支撐或鋼筋配合使用。噴射混凝土性能密實，強度較普通混凝土高，噴射混凝土中通常需加入速凝劑，使混凝土能早凝，強度快速增長，及時圍護圍巖。

錨桿支護是通過錨入巖體內(nèi)部的錨桿，改變圍巖受力狀態(tài)，加固圍巖。在節(jié)理發(fā)育的破碎巖體中，懸吊和組合作用不可能產(chǎn)生，但打入錨桿后仍能對破碎巖體起支護作用。 錨桿將軟弱、松動不穩(wěn)定的圍巖懸吊在較為堅硬而穩(wěn)定的深部巖層里，從而實現(xiàn)不穩(wěn)定圍巖不脫離、不脫落。 錨桿錨入層狀巖層后，把數(shù)層薄層巖層組合成組合梁，使其層間的摩擦力增大，提高組合梁整體巖層的抗彎能力。

鋼拱架乃采用L形、U形、工字形鋼和鋼軌、鋼管等，加工成所需形狀，用整榀安裝或桿件拼裝方式加固地下工程的支護措施，可與錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)組成復(fù)合支護。鋼拱架分剛性鋼拱架和可縮性鋼拱架兩類，具有即時強度和剛度，能控制圍巖過大變形，但成本較高,對開挖斷面尺寸精度要求較嚴。多在淺埋、偏壓、自穩(wěn)時間極短的圍巖，以及松散、破碎、涌水、膨脹的巖土中采用。

埋藏式調(diào)壓井豎井上部水平洞入口處多處于坡積體向巖層過渡段，巖層構(gòu)造復(fù)雜，裂隙發(fā)育，必須加強入口的一次臨時支護。埋藏式調(diào)壓井豎井穹頂跨度大、圍巖穩(wěn)定性較差時，在噴錨前進行超前小導(dǎo)管固結(jié)或管棚支護，增加鋼拱架或格柵拱架支撐，支撐底部環(huán)向用工字鋼連接封閉成整體，規(guī)格、間距視穹頂跨度和圍巖狀況而定，以保證下部井筒的安全施工環(huán)境。

4 施工過程的通風與除塵

進行下井鉆孔施工時，在施工人員進入工作面之前，必須先開動空壓機通風30min以上，確認已將工作面煙塵排除干凈后，施工人員才能進入工作面。直至施工人員撤出工作面為止，不得停止空壓機供風，以保證工作面有新鮮空氣補給。施工人員在進入工作面的途中，認為工作面煙塵尚未排除干凈或無足夠新鮮空氣，可返回安全地帶，延遲進入工作面。爆破后，要開動空壓機，向豎井工作面供風，以排除豎井內(nèi)的煙塵，并同時開動吸出式風機，通風30min以上并確認已將井內(nèi)煙塵排除干凈后，出渣人員才能進洞出渣。

5 豎井施工安全措施

埋藏式調(diào)壓井豎井開挖施工的一切前提是確保安全，施工前向作業(yè)人員進行安全技術(shù)交底。

a.在調(diào)壓井豎井上部井口四周設(shè)置隔離帶并懸掛醒目標志，提醒井下有人作業(yè)；同時在豎井上部井口底板上澆筑1m高的鋼筋混凝土擋墻，以防止上部落石直接墜入豎井內(nèi)。

b.在調(diào)壓井豎井上部井口四周挖排水溝，將調(diào)壓井部位的地表水和井內(nèi)施工棄水及圍巖滲水引向洞外，以防止沖刷、浸泡洞壁，影響圍巖的穩(wěn)定性。

c.在洞內(nèi)進行施工作業(yè)時，洞壁上需設(shè)插筋，施工人員將安全繩一端固定于插筋上，一端拴在自身腰部。施工人員只有將安全繩正確系好后，才可開始施工。

d.進入豎井工作面施工時，施工人員必須兩個人以上，否則不得進入洞內(nèi)施工。

e.每次排炮施工后，安全員要帶領(lǐng)豎井洞挖施工人員對已開挖段進行安全處理，清除松動巖石，當確認安全后，才能進行下道工序施工。

f.豎井上、下作業(yè)面當有任一工作面在從事爆破作業(yè)時，另一工作面均需撤離所有人員，不得在工作面內(nèi)從事任何作業(yè)。

g.采用上部出渣時，在洞底掌子面以上2m高度(非卷揚機或礦物絞車行走側(cè))的洞壁上打入插筋，上鋪木板，用鐵絲將其固定在錨筋上，形成保護棚。出渣人員用料斗裝好渣后，躲入保護棚下，上面的人員才能提起料斗進行出渣。用料斗裝渣時，只能裝滿料斗的3/4，不能裝滿，以防石渣太滿易掉落。

h.豎井內(nèi)施工人員必須按規(guī)定正確戴好安全帽及其他勞保防護用品，才能進入工作面施工。

i.出渣過程中，要隨時將掉落在豎井口的石渣清理干凈，以防其掉入豎井內(nèi)。

j.豎井內(nèi)有人作業(yè)時，在豎井上部上平洞部位派人進行值班，井外和井內(nèi)人員各配一部對講機，保證信息交流暢通。同時在上平洞近豎井部位的明顯位置懸掛警示牌，提示井下有人作業(yè)，嚴禁閑雜人員出入。

k.配備發(fā)電機等備用電源，以保證突然停電時井內(nèi)的應(yīng)急供電。供電絕緣電纜應(yīng)經(jīng)常檢查表面有無破損，發(fā)現(xiàn)破損的地方必須予以更換。

l.每次交接班時，對所有的機械、電氣設(shè)備進行檢查并做記錄，杜絕設(shè)備“帶病”作業(yè)。

6 結(jié) 語

埋藏式調(diào)壓井豎井大多處于山腹巖體中，應(yīng)根據(jù)豎井構(gòu)造、地質(zhì)、工期、施工機具條件，選擇安全經(jīng)濟的開挖方式，巖石地層應(yīng)采用光面爆破、預(yù)裂爆破技術(shù)，減少欠挖、超挖，降低不必要的施工成本支出。實際開挖施工中，單獨采用正井開挖或反井開挖方式并不能滿足要求，多為正反井方式結(jié)合，盡量往下部出渣。如新疆蓋孜水電站調(diào)壓井直徑11.4m，高77.131m，從上往下開挖直徑1.2m的溜渣導(dǎo)洞，貫通到下部水平洞后，又由上部正井開挖，人工采用手風鉆鉆孔裝藥爆破，碎渣溜往下部水平洞，經(jīng)裝載機和自卸車運輸出洞，安全系數(shù)大大提高，施工成本卻大幅降低。采用對圍巖擾動少的支護方法，充分運用“新奧法”原理，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監(jiān)控來指導(dǎo)豎井施工和地下工程施工。

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Discussion on construction technology of burial surge tank shaft wellbole excavation

XU Xiwang

(XinjiangHaitianEngineeringSupervisionCo.,Ltd.,Urumqi830000,China)

Surge tank shafts on the front end of pressure water diversion pipelines in water diversion hydropower station are mostly characterized by huge size and more complicated load and boundary conditions. In the paper, the construction technology of burial surge tank shaft wellbole excavation is discussed. Suitable construction methods are selected under the conditions of ensuring safety and controlling cost, thereby satisfying construction progress and quality objectives.

shaft; excavation; support; safety; economy

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.10.006

TV732.5+1

A

1673-8241(2015)10-0015-03