寬城縣取水泵站豎井爆破開挖技術(shù)

陳智勇

（河北省水利工程局，石家莊050021）

寬城縣取水泵站豎井爆破開挖技術(shù)

陳智勇

（河北省水利工程局，石家莊050021）

寬城縣取水泵站地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，施工中采用了反導(dǎo)井開挖、分次擴(kuò)挖等施工方法。通過取水泵站豎井爆破開挖工程施工，分析了豎井開挖的施工程序和施工方法，總結(jié)了反導(dǎo)井開挖、豎井?dāng)U挖、爆破參數(shù)、安全支護(hù)等實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對類似豎井開挖工程具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

泵站；豎井；反導(dǎo)井；爆破參數(shù)

1 概述

寬城縣城區(qū)長期嚴(yán)重缺水，為解決水源問題從潘家口水庫庫區(qū)取水，由兩級泵站提升至清河梁高位水池，再由高位水池自流至現(xiàn)有水廠清水池，利用現(xiàn)有水廠及管網(wǎng)向縣城供水。取水泵站工程取水規(guī)模2.5萬m3/d，本工程包括進(jìn)水隧洞、泵站取水豎井、一級泵站、二級泵站、DN600輸水管道（長31.2km）及高位水池一座（8000m3）。進(jìn)水隧洞為城門洞型（寬×高=5m×4m），長163m，泵站位于進(jìn)水隧洞末端，毗鄰潘家口水庫，采用豎井式。豎井開挖直徑19.5m，井深40.5m。寬城縣屬燕山山脈東部，地質(zhì)情況為基巖裂隙含水巖組，屬于高山水文地質(zhì)亞區(qū)。地貌類型為中低河谷地貌，巖性主要為砂質(zhì)頁巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等，圍巖為全風(fēng)化巖石（Ⅲ類圍巖），開挖時應(yīng)注意加強(qiáng)支護(hù)。

2 豎井開挖

水利工程豎井一般與平洞相連，豎井的底部為平洞，小斷面豎井（直徑為3m以內(nèi)）采用全斷面開挖，大斷面豎井開挖則是先打豎導(dǎo)井，然后進(jìn)行擴(kuò)挖，挖除剩余部分巖體。豎導(dǎo)井開挖有兩種施工方式：①如果豎井底部設(shè)平洞且平洞能與豎井同時或提前開挖，則采用反導(dǎo)井施工法，即自下而上（平洞已打至豎井底部）先開挖豎導(dǎo)井以后，然后自上而下擴(kuò)挖，豎井石渣從隧洞運(yùn)走；②如果豎井底部沒有設(shè)平洞或平洞，只能在豎井開挖完成后開挖，則采用正導(dǎo)井施工法，即導(dǎo)井與擴(kuò)挖均自上而下施工，井渣采用垂直提升，這種方法出渣困難，施工進(jìn)度慢，費(fèi)用高。

由于該工程取水泵站豎井下部設(shè)有進(jìn)水隧洞且能夠提前打通，所以采用反導(dǎo)井施工法。

2.1 反導(dǎo)井開挖

本工程進(jìn)水隧洞163m，施工時先開挖進(jìn)水隧洞，進(jìn)水隧洞開挖完成后自下而上開挖導(dǎo)井。施工方法為：在自下而上開挖導(dǎo)井的同時，豎井上口表層巖石同時進(jìn)行開挖，豎井全斷面開挖3m后鎖井口，設(shè)置安全護(hù)欄，安裝龍門架、卷揚(yáng)機(jī)等吊運(yùn)設(shè)備。在豎導(dǎo)井開挖導(dǎo)通之時，豎井鎖口混凝土、安全防護(hù)欄、吊運(yùn)設(shè)備安裝調(diào)試已經(jīng)完成，即可進(jìn)行豎井?dāng)U挖。

反導(dǎo)井直徑2m，開挖方法有兩種：方法1是在反導(dǎo)井壁上打錨筋，在錨筋上焊掛掛鉤，以便掛爬梯，作業(yè)人員可利用爬梯上下，材料物資和工具通過爬梯運(yùn)送到掌子面。在爬梯上部搭設(shè)簡易架子平臺、人站在簡易平臺上鉆孔、裝藥作業(yè)。這種開挖方法的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)鉆鉆孔用水能自行排走，爆破后的石渣能直接落到底部平洞，由裝載機(jī)直接鏟運(yùn)至洞外，裝車運(yùn)至棄渣場，出渣速度快；其缺點(diǎn)是且每一次爆破之前，風(fēng)、水、電線路及簡易平臺都要撤出，爆破完畢后爬梯掛鉤也要重新檢修，排險作業(yè)人員在下面無處藏身，比較危險，排險結(jié)束需要重新搭設(shè)簡易平臺，布設(shè)風(fēng)、水、電線路。方法2是在地面上架設(shè)地質(zhì)鉆機(jī)，由豎井的中心位置用打1個直徑150mm深孔，鉆到井底程。平洞開挖完成后，龍門架卷揚(yáng)起重機(jī)鋼絲繩從豎井中心孔中穿過，在下部設(shè)吊籠，吊籠由鋼筋焊制，作業(yè)人員和材料物資工具在吊籠內(nèi)隨卷揚(yáng)機(jī)上下。并且在吊籠里實(shí)施鉆孔、裝藥、聯(lián)網(wǎng)作業(yè)。這種施工方法，優(yōu)點(diǎn)是人員排危比較安全，施工準(zhǔn)備時間短，速度快。缺點(diǎn)是豎井作業(yè)人員與地面卷揚(yáng)機(jī)操作人員聯(lián)系不方便，如果溝通出現(xiàn)失誤，有可能出現(xiàn)安全問題。

本工程在吊籠上安裝了可控制卷揚(yáng)機(jī)自動停止開關(guān)，并且利用了先進(jìn)的通信設(shè)備可以克服此缺點(diǎn)，因此取水泵站豎井開挖時采用第2種施工方法。

2.2 豎井?dāng)U挖

由于取水泵站豎井為直徑19.5m的圓形井，斷面較大，為了減輕工人勞動強(qiáng)度，提高開挖速度效率，降低開挖成本，擴(kuò)挖時根據(jù)實(shí)際情況采取兩次擴(kuò)挖。第1次擴(kuò)挖先開挖至直徑10m的豎井，爆破的石渣從反導(dǎo)井中溜入井底平洞中，由裝載機(jī)鏟運(yùn)至洞外。然后進(jìn)行第2次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面，然后對井壁進(jìn)行錨噴支護(hù)。第1次擴(kuò)挖每進(jìn)行兩次循環(huán)，第2次擴(kuò)挖進(jìn)行一次循環(huán)。這種錯臺式擴(kuò)挖可進(jìn)行孔深較大的淺孔爆破，第1次擴(kuò)挖孔深2.5m，第2次擴(kuò)挖孔深為3.5m，絕大部分炮渣從導(dǎo)井溜入平洞內(nèi)，大大減少清渣工作量，而且縮短清渣距離，出渣效率高，工作面上的石渣能清理干凈，鉆孔時不卡釬桿，鉆孔速度快，整個循環(huán)效率大大提高，從而降低了開挖成本。另外這種擴(kuò)挖方式爆破臨空面大，采用合理的爆破參數(shù)，爆破效果很好，能減輕對圍巖的破壞，提高圍巖的自身穩(wěn)定能力，對施工安全非常有利。為了保證擴(kuò)挖施工安全，提高圍巖防護(hù)工作效率，在第二次擴(kuò)挖后的圍巖面上，制作一個工作平臺，鋪上鋼筋網(wǎng)，工作人員在平臺上鉆錨桿孔、掛網(wǎng)、噴射混凝土等作業(yè)。工作平臺又作為下面擴(kuò)挖施工的安全防護(hù)網(wǎng)。工作平臺的升降移動龍門吊來完成，使整個擴(kuò)挖施工，安全防護(hù)非常方便，提高工作效率。

3 爆破參數(shù)

3.1 反導(dǎo)井爆破參數(shù)

反導(dǎo)井為圓形井（直徑2m），鉆孔采用2臺上向式風(fēng)鉆。掏槽方式為直線型掏槽，掏槽孔布置5個，中間為空孔（利用地質(zhì)鉆機(jī)所打的孔，孔徑150mm），其余孔為裝藥孔，孔徑40mm。孔深1.5m。起爆雷管采用毫秒導(dǎo)爆管雷管。炸藥單耗1.8kg/m3。反導(dǎo)井爆破布孔及起爆順序如圖1。

圖1 反導(dǎo)井爆破布孔及爆破順序

3.2 豎井?dāng)U挖爆破參數(shù)

豎井?dāng)U挖分兩次擴(kuò)挖，兩個臺階，第1次擴(kuò)挖至5m半徑的圓井，孔深2.5m，炸藥單耗為0.6kg/m3，布孔方式詳見第一次擴(kuò)挖爆破布孔如圖2，排距1m，孔距1m。單孔藥量1.5kg，炸藥為標(biāo)準(zhǔn)藥卷，裝藥長度2m，堵塞長度0.5m。由毫秒導(dǎo)爆管雷管分段起爆。

圖2 第1次擴(kuò)挖爆破布孔

第2次擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)尺寸，周邊為光面爆破孔，光爆孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)為間隔不耦合裝藥，由導(dǎo)爆索起爆炸藥，由同段毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆導(dǎo)爆索。光爆孔爆破參數(shù)如表1。

表1 光面爆破孔爆破參數(shù)

擴(kuò)挖爆破用風(fēng)鉆鉆孔，孔徑40mm，炸藥單耗為0.6kg/m3，孔深3.5m，孔距1.25m，排距1.05m，單孔藥量2.75kg，炸藥為標(biāo)準(zhǔn)藥卷，裝藥長度3m，堵塞長度0.5m，布孔方式詳見第2次擴(kuò)挖爆破布孔圖（圖3），由毫秒導(dǎo)爆雷管起爆。

圖3 第2次擴(kuò)挖爆破布孔

4 豎井的安全支護(hù)

豎井的安全支護(hù)應(yīng)采取多種措施，首先要做好井口的防護(hù)，豎井開挖2～3m深后，要停止開挖，清理圍巖，打間離為1.5m×1.5m錨桿，鎖井口。井口鎖口采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)置防護(hù)欄桿。取水泵站豎井為Ⅲ類圍巖，傾角為50°。豎井二次擴(kuò)挖后先及時噴混凝土支護(hù)，防止圍巖風(fēng)化。然后鉆錨桿孔，錨桿排間距2m×2m，錨固深3m，在井壁上綁扎鋼筋網(wǎng)（20cm× 20cm網(wǎng)格，直徑6mm鋼筋），最后再噴8cm厚混凝土，防護(hù)完成后再進(jìn)行下次循環(huán)。

5 結(jié)語

（1）施工中先開挖平洞然后采用反導(dǎo)井法施工豎井，不僅加快了豎井出渣速度，而且便于支護(hù)，有利于施工安全。

（2）豎井?dāng)U挖采用錯臺分次開挖能改善爆破效果，減少爆破振動，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。

（3）大斷面豎井在復(fù)雜地質(zhì)條件下的開挖，應(yīng)重點(diǎn)考慮安全施工措施，施工中采取光面爆破、錨噴及時支護(hù)、鎖井口等多種安全措施，避免出現(xiàn)施工安全事故。

［1］郭進(jìn)平，聶興信.新編爆破工程實(shí)用技術(shù)大全［M］.北京:光明日報出版社，2002.

［2］于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

［3］楊文淵.工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工［M］.冶金工業(yè)出版社，2011.

（責(zé)任編輯：姜彤宇）

Kuancheng County water pump station shaft excavation blasting technology research

CHEN Zhi-yong

（Hebei Water Conservancy Engineering Bureau，Shijiazhuang 050021，China）

The geological conditions of Kuancheng County water intake pump station is complex，the construction is difficulty.The method of reverse guide shaft excavation and divided into expanded cut is applied in the construction. Through water intake pump station shaft blasting excavation，analysis of the shaft excavation construction program and construction method，the practice experience of anti missile well excavation，shaft expanded excavation，blasting parameters and security support is summarized，it has practical significance to the similar shaft excavation engineering.

pump station；shaft；anti well；blasting parameters

TV551.42

B

1672-9900（2017）01-0076-03

2017-01-16

陳智勇（1973-），男（漢族），河北無極人，高級工程師，主要從事水利工程施工、技術(shù)管理工作，（Tel）15731162168。