爬罐與反井鉆機結(jié)合施工支洞在長斜井開挖施工中的應(yīng)用

【摘要】績溪抽水蓄能電站引水系統(tǒng)采用三洞六機斜井式布置，斜井分上、下斜井共6條，上斜井長度407.965m～408.709m（含上下彎段），導(dǎo)井開挖時采用中部施工支洞分段、上部反井鉆機導(dǎo)孔結(jié)合下部爬罐反導(dǎo)井開挖的方式，有效解決了長斜井單一采用反井鉆施工時軸線偏差控制難及單一采用爬罐施工時通風散煙難的問題，保證了長斜井導(dǎo)井軸線控制施工質(zhì)量，規(guī)避了長斜井導(dǎo)井施工通風難帶來的安全風險，縮短了長斜井導(dǎo)井施工工期。

【關(guān)鍵詞】爬罐；反井鉆；長斜井；導(dǎo)井施工

1、工程概況

安徽績溪抽水蓄能電站位于安徽省績溪縣伏嶺鎮(zhèn)境內(nèi)，電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開關(guān)站及下水庫等建筑物組成。上、下庫進出水口高差603m，上、下庫進出水口之間輸水系統(tǒng)總長度為2818.5m，其中引水系統(tǒng)長1776.2m，本工程屬大（1）型一等工程。引水系統(tǒng)采用三洞六機斜井式布置。1#～3#壓力管道上斜井分別長408.709m、408.343m、407.965m，上斜井以Ⅲ類圍巖為主，部分Ⅱ類，井身圍巖為（似）斑狀花崗巖（γ53（3）），局部為玄武玢巖脈（βμ-1），屬微風化～新鮮巖石，開挖斷面為6.2m的馬蹄型，斜井壓力管道內(nèi)徑為4.8m。

2、上斜井導(dǎo)井開挖布置

2.1 總體布置

績溪抽水蓄能電站引水上斜井水平傾角55°，單條斜井設(shè)計長度407.965m～408.709m（含上下彎段），導(dǎo)井開挖難度大、危險因素多。績蓄電站上斜井開挖最終選用爬罐施工導(dǎo)井，為解決長斜井爬罐反導(dǎo)井開挖過程中通風問題，采用1A施工支洞將長斜井分為上下兩段，在1A施工支洞中先利用反井鉆機往下鉆120m長?216mm通風孔，下部爬罐導(dǎo)井與通風孔接通后，利用通風孔進行爬罐施工掌子面通風散煙，有效改善了空氣質(zhì)量，解決了長斜井爬罐反導(dǎo)井施工通風散煙難題。同時通風孔可作為爬罐反導(dǎo)井的導(dǎo)向孔，有通風孔段省去了測量放樣工序，提高了整條長斜井爬罐反導(dǎo)井施工效率，保證了施工安全，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，對其他斜井反導(dǎo)井開挖具有借鑒價，以1#上斜井為例，其施工布置如下圖1：

2.2 關(guān)于1A施工支洞

1A施工支洞將上斜井分割成上下兩段，在1A施工支洞內(nèi)布置反井鉆機預(yù)先往下施工?216mm通風孔，此部分先前施工，不占斜井爬罐反導(dǎo)井施工直線工期，待下部爬罐反導(dǎo)井施工147m左右與通風孔接通后，利用?216mm通風孔“煙囪”效應(yīng)形成自然通風排煙，有效擺脫長斜井爬罐反導(dǎo)井施工通風散煙難、測量放樣難的困擾。

3、施工方法

3.1 反井鉆機通風孔施工

采用爬罐進行長斜井反導(dǎo)井開挖施工過程中，隨著爬罐反導(dǎo)井進尺加深，通風排煙成為影響爬罐時進度和作業(yè)人員安全的主要因素。結(jié)合空氣流動原理，分析得出在反導(dǎo)井頂部開孔后污濁空氣會自動飄向頂部，底部新鮮空氣會自動輸送補充至工作面，最終決定利用反井鉆機在斜井頂部打設(shè)直徑?216mm長140m導(dǎo)孔用于導(dǎo)井通風。同時研究過程中發(fā)現(xiàn)爬罐與通風孔接通后，通風孔還可用作爬罐反導(dǎo)井開挖導(dǎo)向孔，省去每個開挖循環(huán)測量放線工序，加快了爬罐反井施工進度。

反井鉆選用LM—250型反井鉆機進行施工，該機型具有轉(zhuǎn)速高、鉆桿重量輕、施工時同心率較高的特點，可降低通氣孔偏斜率。反井鉆機基礎(chǔ)采用的是素混凝土基礎(chǔ)，反井鉆機傾斜水平夾角為55°。在施工中鉆孔偏斜控制尤為重要，在反井鉆機基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后，將反井鉆機安裝就位，反井鉆機就位后根據(jù)反井鉆機導(dǎo)孔施工偏斜規(guī)律，先將反井鉆傾斜角度向上預(yù)調(diào)整0.3°～0.5°開始鉆孔，開孔時依據(jù)地質(zhì)情況采取由慢到快的方式，并根據(jù)地質(zhì)變化來調(diào)整鉆進速度。

實際施工效果表明，以上偏斜控制措施有效控制了通氣孔偏斜率，與爬罐反導(dǎo)井接通的1#上斜井通氣孔下偏1.1m、2#上斜井下偏0.6m、3#上斜井下偏1.2m，左右方向偏斜均在1m以內(nèi)，3條上斜井通氣孔全部控制在爬罐反導(dǎo)井開挖斷面內(nèi)。通氣孔與爬罐反導(dǎo)井接通后，用風速儀量測?216mm通風孔孔口出風風速為6.6m/s～7.2m/s，通風散煙效果可觀，大大縮短了開挖循環(huán)時間，同時節(jié)約了通風散煙施工成本。

3.2 爬罐反導(dǎo)井施工

爬罐是一種用于斜、豎井開挖的通用性設(shè)備，適用于自下而上的掘進法，稱之為“爬罐法”。

績蓄電站采用兩臺新購加拿大米西索加Arkbro公司ABI-5DSC型爬罐進行斜井反導(dǎo)井施工，反導(dǎo)井斷面尺寸2.4m×2.8m（寬×高）。爬罐反導(dǎo)井施工流程：先導(dǎo)井施工→軌道及爬罐安裝→導(dǎo)井測量放樣→鉆孔爆破→通風散煙→安全處理→導(dǎo)井測量放樣→下一爆破循環(huán)→導(dǎo)井開挖完成→軌道及爬罐拆除。

斜井反導(dǎo)井開挖鉆爆參數(shù)根據(jù)工程地質(zhì)條件和工程特點，單循環(huán)進尺選定為2.0m。采用十字四空孔掏槽，周邊孔光面爆破。爆破選用乳化炸藥、半秒非電雷管起爆、排間微差爆破。通過控制孔距和藥量有效控制爆破石渣粒徑，防止爆破石渣損傷軌道及造成反導(dǎo)井堵井。

4、結(jié)語

通過施工支洞分割長斜井，反井鉆機通風孔結(jié)合爬罐進行長斜井反導(dǎo)井開挖施工，有效解決長斜井開挖軸線控制、通風散煙等問題，保證了施工安全，加快施工進度。從績蓄387m長（斜直段長）1#上斜井導(dǎo)井實際開挖來看，開挖施工工期4.5個月，前期最高月進尺110m，月平均施工進尺86m，充分發(fā)揮了爬罐使用靈活、安全可靠、經(jīng)濟快速的特點，取得了較好的經(jīng)濟效益與安全效益。