蘭州市水源地建設(shè)項(xiàng)目665m超深豎井開(kāi)挖施工技術(shù)研究

【摘要】蘭州市水源地建設(shè)項(xiàng)目通氣豎井深度達(dá)665m，開(kāi)挖施工難度大，技術(shù)要求高.本文對(duì)該超深豎井開(kāi)挖支護(hù)施工方案和垂直運(yùn)輸方案的選擇以及豎井開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了深入分析和研究，值得類似條件下的豎井施工借鑒.

【關(guān)鍵詞】蘭州市水源地建設(shè)；超深豎井；鑿巖鉆機(jī)；正挖施工

1、工程概況

1.1 工程概況

蘭州市水源地建設(shè)工程以劉家峽水庫(kù)作為引水水源向蘭州市供水。工程包括取水口、輸水隧洞主洞、分水井、蘆家坪輸水支線、彭家坪輸水支線及其調(diào)流調(diào)壓站、蘆家坪水廠和彭家坪水廠等。

本工程為永久工程，主要是為防止引水主洞中的氣體可能帶來(lái)的局部及瞬時(shí)極端壓力對(duì)引水主洞造成破壞。另外，為盡量避免F8斷層對(duì)TBM施工的影響，通氣井位置的選擇還綜合考慮了兼做F8斷層的預(yù)處理施工豎井，對(duì)F8斷層及影響帶范圍提前進(jìn)行鉆爆開(kāi)挖，噴錨支護(hù)后，TBM滑行通過(guò)并安裝管片。

1.2 水文條件及地質(zhì)條件水文、氣象條件

蘭州氣象站1951年建站，根據(jù)蘭州氣象站資料統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫9.8℃，一月份平均氣溫最低，為-5.3℃，七月份平均氣溫最高為22.4℃。平均年降水量311.7mm，年蒸發(fā)量1446.4mm，最大風(fēng)速17.0m/s，最大凍土深103cm。

1.3 地形、地質(zhì)條件

本工程區(qū)為白堊系下統(tǒng)河口組泥質(zhì)砂巖、粘土巖和砂礫巖，巖性較軟，流水沖蝕嚴(yán)重，風(fēng)化作用較強(qiáng)，沿線最高山峰海拔2398m，位于腦和尚溝下游，最低海拔1973m，位于下莊村附近大峴子溝處，相對(duì)高程200～400m，沿線沖溝發(fā)育，溝底與分水嶺相對(duì)高差小于200m，地貌形態(tài)以低中山為主，地勢(shì)總體東高西低。沿線發(fā)育上灘溝、周家腦溝、茅茨溝、打柴溝、廟兒溝、腦和尚溝等6條沖溝，沖溝依地形發(fā)育，走向110°～125°，與線路交角40°～60°，沖溝切割較淺，最大切割深度約60m，溝內(nèi)干涸，溝底普遍可見(jiàn)由青灰色、深灰色變質(zhì)安山巖、變質(zhì)玄武巖等洪積塊碎石。

2.施工準(zhǔn)備

2.1 施工前期準(zhǔn)備

（1）工業(yè)廣場(chǎng)平整

根據(jù)工業(yè)廣場(chǎng)布置要求，平場(chǎng)時(shí)需要開(kāi)挖周邊部分山體以具備施工條件。場(chǎng)區(qū)高程低于井口標(biāo)高500mm，工業(yè)廣場(chǎng)長(zhǎng)約130m，寬約45m。

（2）供電

豎井井筒施工電源采用10KV架空線路供電電源，10KV永久供電線路已形成。

（3）供水

施工用水施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)供水管路供水，在宿舍區(qū)設(shè)置150m3磚砌蓄水池蓄水，采用無(wú)塔供水器向廠區(qū)內(nèi)供水，埋設(shè)供水管路長(zhǎng)約400m。

（4）地面排水

豎井施工期間，在場(chǎng)地沿山邊設(shè)置排洪溝，井下水及施工廢水經(jīng)排洪溝排出工業(yè)廣場(chǎng)連接原天然沖溝。豎井工業(yè)廣場(chǎng)沿西北側(cè)布置一條排水溝連接原沖溝。

（5）道路

在施工場(chǎng)地期間，將黃土路面鋪設(shè)成泥結(jié)碎石路面。

（6）臨建設(shè)施

根據(jù)施工需要在豎井附近布置生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)臨時(shí)設(shè)施。

（7）通訊

地面通訊采用移動(dòng)電話聯(lián)系，井下與地面通訊采用電話聯(lián)系。

2.2 測(cè)量

根據(jù)建設(shè)方提供的控制基點(diǎn)，布置近井測(cè)量點(diǎn)和井筒十字樁坐標(biāo)資料，并負(fù)責(zé)使用和保護(hù)。

（1）井口十字中心線的測(cè)設(shè)

井口中心以甲方提供的中心樁為準(zhǔn)。若只提供近井點(diǎn)資料和井筒中心設(shè)計(jì)坐標(biāo)，則應(yīng)先標(biāo)定井中位置，使用全站儀按地面一級(jí)導(dǎo)線精度要求測(cè)定。

（2）提升設(shè)備安裝測(cè)量

1）提升設(shè)備安裝測(cè)量，必須保證設(shè)備本身及其有關(guān)建構(gòu)筑物的相對(duì)幾何關(guān)系正確，測(cè)設(shè)與標(biāo)定測(cè)量的精度必須與設(shè)備安裝要求的限差相適應(yīng)。

2）絞車已安裝好而基座未灌漿前，應(yīng)配合施工對(duì)絞車安裝的準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)量，求出實(shí)際與設(shè)計(jì)之差。

（3）井筒掘砌測(cè)量

井筒施工給向采用垂線法，中心垂線采用2mm的碳素細(xì)鋼絲繩，井筒中心位置偏差不得超過(guò)5mm，否則應(yīng)進(jìn)行更正。

2.3施工設(shè)備、設(shè)施的安裝

（1）鑿井懸吊設(shè)施的安裝

1）天輪平臺(tái)的安裝

井筒采用鑿井ⅣG型井架，根據(jù)《天輪平臺(tái)平面布置圖》，50t吊車將天輪平臺(tái)的各梁及天輪進(jìn)行就位、安裝。

2）翻渣系統(tǒng)的安裝

翻渣平臺(tái)的安裝采用整體組裝、整體起吊的方法安裝。即在地面上將組成翻渣平臺(tái)的各梁及鋪板組裝成一體，利用已安裝好的用于懸吊吊盤的3臺(tái)穩(wěn)車或50t吊車將翻渣平臺(tái)整體起吊到設(shè)計(jì)位置，將其與井架腿通過(guò)支座利用螺栓連接固定。

（2）變電站的安裝

通過(guò)吊車直接將配電盤吊起放至變電所門口，人工移動(dòng)到放至變電安裝位置并找平找正，進(jìn)行固定，然后進(jìn)行配線進(jìn)線、接地系統(tǒng)、照明、監(jiān)控系統(tǒng)的安裝。

（3）礦井提升機(jī)的安裝

井筒施工采用一臺(tái)JKZ-3.0/20及一臺(tái)JKZ-3.0/15.5礦井提升機(jī)進(jìn)行兩套單鉤提升。

（4）壓風(fēng)機(jī)的安裝

根據(jù)井筒施工用壓風(fēng)量選用開(kāi)山壓風(fēng)機(jī)10m31臺(tái)、20m31臺(tái)、30m31臺(tái)、40m31臺(tái)。壓風(fēng)機(jī)安裝的主要內(nèi)容有：壓風(fēng)機(jī)、配電柜、壓風(fēng)管路等。

（5）鑿井絞車的安裝

鑿井懸吊設(shè)備全部采用JZ、2JZ系列鑿井絞車，井口集中控制。在進(jìn)行提升機(jī)安裝的同時(shí)，當(dāng)鑿井絞車的基礎(chǔ)施工完畢并經(jīng)驗(yàn)收且其強(qiáng)度達(dá)到70%以后，即可進(jìn)行鑿井絞車的安裝。

（6）二盤吊掛的安裝

為滿足二盤吊掛的安裝需要，應(yīng)先掘砌井筒28m，以便二盤吊掛的安裝。

2.4 施工供電、照明、通訊、信號(hào)、爆破、接地、防雷

本工程施工永久用電采用10KV架空線路供電電源，臨時(shí)用電就近從原有供電系統(tǒng)取電。井底工作面照明選用2臺(tái)投光燈，置于下層盤。吊盤上用KB-100傘燈做輔助照明。吊盤至井口、井口至絞車房采用電話通訊。信號(hào)系統(tǒng)采用井底工作面（或吊盤）→井口→絞車房逐級(jí)傳遞。放炮電纜選用MY3×25+1×10型，專用穩(wěn)車懸吊，懸吊天輪與井架絕緣，防止漏電。井架頂部應(yīng)設(shè)置高度不小于6m的避雷針，根部采用-50×5mm鍍鋅扁鐵，并聯(lián)后引至地面主接地極。

3.施工方案

3.1 施工重難點(diǎn)及對(duì)策

豎井施工防止高空墜物、高空墜落是施工安全的重點(diǎn)及難點(diǎn)

豎井施工工作面狹窄，深度深，一旦發(fā)生高空墜物，高空墜落事故時(shí)極易造成傷害，因此高空墜物、高空墜落是豎井施工中的安全防護(hù)重點(diǎn)、難點(diǎn)。

3.2 施工方案

本豎井施工采用正井法施工，主要機(jī)械化配套方案為：

井架、三盤兩臺(tái)：采用ⅥG型井架，井架上布置天輪平臺(tái)及翻渣平臺(tái)；地面井口采用封口盤；井下大盤采用雙層大盤，上層為保護(hù)盤，下層為工作盤；

提升：選用兩套單鉤提升系統(tǒng)，主提采用JKZ-3.0/15.5型絞車，提升5m3吊桶，副提采用JKZ-3.0/15.5型絞車，提升3m3吊桶；

打眼放炮：采用風(fēng)動(dòng)傘鉆打眼，非電雷管配合乳化炸藥起爆爆破；放炮電纜采用專用穩(wěn)車懸吊；

出渣：采用HZ-6B中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)配合吊桶；

通風(fēng)：采用壓入式通風(fēng)，地面布置軸流通風(fēng)機(jī)配合阻燃膠質(zhì)風(fēng)筒向作業(yè)面供風(fēng)，風(fēng)筒靠井幫固定；

排水：在上層盤上布置集水箱，工作面到吊盤采用風(fēng)泵排水，吊盤到地面采用臥泵作為排水系統(tǒng)。

信號(hào)、通訊：井上下采用電鈴作為上下信號(hào)，統(tǒng)一信號(hào)：一停二上三下四上人；采用電話作為井上下通訊工具。

混凝土：采用商品混凝土，由混凝土罐車運(yùn)輸?shù)骄?，?jīng)溜灰管下放至工作面，同時(shí)在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)建造拌合系統(tǒng)備用。

3.3 施工方法

（1）鎖口段施工

在井架及提升系統(tǒng)形成后，采用挖掘機(jī)直接開(kāi)挖，邊開(kāi)挖邊進(jìn)行混凝土襯砌，襯砌采用段高4.5m組合大鋼模板。

混凝土待強(qiáng)后，將模板上提，澆筑上端混凝土鎖口。施工中，為防止發(fā)生片幫，采取如下措施：

加快施工速度，縮短暴露時(shí)間。先挖掘井筒凈徑部位，再挖井幫四周土層，確保開(kāi)挖安全、減少片幫。根據(jù)土幫情況，采取土釘加鋼筋網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)（或增設(shè)噴射混凝土臨時(shí)支護(hù)）。

本工程表土層為雙層雙向鋼筋，內(nèi)側(cè)保護(hù)層厚度50mm，外側(cè)保護(hù)層厚度50mm混凝土強(qiáng)度C40。環(huán)形鋼筋采用搭接連接，搭接長(zhǎng)度35d（d為鋼筋直徑），豎向鋼筋采用套筒鏈接。鋼筋綁扎完成后進(jìn)行混凝土襯砌，采用高4.5m組合大模板支模。

（2）基巖段施工

根據(jù)井筒技術(shù)特征及設(shè)備配備，確定采用ⅣG型鋼管井架、機(jī)械化配套裝備：傘鉆打眼、中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)裝巖兩套單鉤提升。進(jìn)行短段掘砌單行作業(yè)的施工方案。采用SJZ6.7型風(fēng)動(dòng)傘鉆打眼，中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)裝渣，采用吊桶出渣。井架設(shè)雙側(cè)溜渣倉(cāng)，地面排渣采用鏟車裝汽車將渣石運(yùn)到指定的排渣場(chǎng)。

a.掘進(jìn)施工

采用SJZ6.7型風(fēng)動(dòng)傘鉆打眼，配合使用B25×3500mm六角中空合金鋼釬，配Φ50mm十字型合金鉆頭。

采用光面、光底、弱震、弱沖深孔爆破技術(shù)，選用乳化炸藥，規(guī)格為Φ40mm×500mm×500g，非電毫秒延期雷管，腳線長(zhǎng)度10m，全斷面一次起爆。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)巖性及時(shí)合理調(diào)整爆破參數(shù)，周邊孔采用光爆藥卷并用導(dǎo)爆索間隔裝藥，嚴(yán)格控制裝藥量以便達(dá)到最佳爆破效果。

選用交流電為起爆電源，在距井口50m以外安設(shè)起爆箱，箱內(nèi)設(shè)雙級(jí)刀閘式開(kāi)關(guān)，放炮電源平時(shí)不接通，僅在放炮時(shí)接在刀閘上，放炮后立即拆除上鎖。利用穩(wěn)車下放一根放炮電纜，其規(guī)格MY3×16+1×10。

b.出渣

采用中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝吊桶出渣，渣石上井后經(jīng)溜渣槽落地后，再由鏟車裝自卸汽車排至指定卸渣場(chǎng)。

抓巖的順序?yàn)椋鹤コ鏊C，抓出兩個(gè)桶窩，抓井筒渣石，最后清底。

c.隨機(jī)支護(hù)

出渣完成后，根據(jù)井壁圍巖穩(wěn)定情況，搭設(shè)隨機(jī)錨桿，規(guī)格為Φ25mm，L=3000mm，間距1500mm。

掘砌作業(yè)循環(huán)

井筒正常掘進(jìn)施工實(shí)行一掘一支正規(guī)循環(huán)作業(yè)方式，將施工循環(huán)分為鉆眼爆破、出渣清底、混凝土砌筑三大工序，相應(yīng)成立三個(gè)專業(yè)班組，實(shí)行“滾班”制作業(yè)。

（3）過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶施工

引水主洞在過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí)，由于巖層的穩(wěn)定性差，容易發(fā)生片幫冒頂?shù)仁鹿?，為保證施工安全，必須采取“短掘短支”，加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，及時(shí)封閉圍巖，減少圍巖暴露時(shí)間。采取錨網(wǎng)噴時(shí)，縮小一次施工段高，必要時(shí)采用超前支護(hù)等措施，并且編制專項(xiàng)措施進(jìn)行審批后方可實(shí)施，確保施工安全。

（4）防治水

本工程地質(zhì)資料較為粗略，施工中需加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)情況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，施工中應(yīng)做好排水設(shè)備和設(shè)施的管理工作，加強(qiáng)對(duì)涌水量的探測(cè)和治理工作。 施工期間落實(shí)“有疑必探，先探后掘，不探不進(jìn)”的方針。探水距為60m，掘進(jìn)距為48m，超前距為12m。井筒探水時(shí)，鉆孔布置在井筒的四個(gè)方向，共布置4個(gè)探水鉆孔，終孔位置距井壁不少于10m；引水主洞探水時(shí)，布置1個(gè)水平鉆孔。鑿孔設(shè)備采用液壓鉆機(jī)，鉆孔直徑為?75mm，在探水前，必須先安裝套管，套管長(zhǎng)度不少于10m。如果含水層涌水量大于10m3/h或單孔涌水量達(dá)到3m3/h及其以上，采取工作面預(yù)注漿堵水措施。井筒在掘砌之后，隨吊盤升降對(duì)井壁有出水點(diǎn)的部位進(jìn)行壁后注漿加固措施。在井壁沒(méi)有注漿之前，井壁淋水采取安裝截水槽等措施，以減少井壁漏水對(duì)施工的影響。