引水隧洞中豎井開(kāi)挖施工分析

摘要：嚴(yán)格意義上分析，在水利水電隧洞施工中會(huì)遇到豎井開(kāi)挖的現(xiàn)象，因?yàn)樨Q井開(kāi)挖的出渣環(huán)節(jié)所涉及的因素比較多，所以對(duì)掘進(jìn)速度產(chǎn)生影響。其中為進(jìn)一步分析豎井開(kāi)挖施工的步驟，在本次研究中筆者結(jié)合相關(guān)案例，從不同的角度出發(fā)，針對(duì)性的探究了引水隧洞豎井開(kāi)挖施工方法與步驟，為其它工程提供理論幫助，提高施工的有效性。

關(guān)鍵詞：引水隧洞;豎井開(kāi)挖;施工技術(shù);步驟;方法

一、工程概述

在本次工程中，豎井中心樁號(hào)為DT7+169.772，頂部高程1116m，底部高程936m垂直高度180 m（含兩個(gè)圓弧段的高度），隧洞斷面為圓形，直徑為5m。上部，有一段半徑為20m的四分之一的圓弧段與蝶閥室相連;底部有一段夾角為87?，半徑為19m的圓弧與下平段相連接;豎井垂直段深度為158.267米。此外，從蝶閥室到豎井通過(guò)一段半徑為20m的四分之一的圓弧連接（圓弧為隧洞中心線）。豎井起始高程為EL952.375--EL1110.637，深度158.267m，底部通過(guò)一段夾角為87?，半徑為20m的圓弧與下平段相連接。從下平洞底部到上平洞高差為187.287m，為保證施工安全以及加快施工進(jìn)度，采用反井鉆機(jī)鉆進(jìn)施工。

二、豎井開(kāi)挖的施工步驟

從整體角度分析，在豎井開(kāi)挖過(guò)程中需要遵循基本的步驟，經(jīng)歸納概述為：①上平洞按照平洞尺寸開(kāi)挖到豎井頂部→②下平洞按照平洞尺寸開(kāi)挖到豎井底部→③做導(dǎo)井施工準(zhǔn)備以及反井鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位→④從上往下鉆216mm導(dǎo)孔→⑤從下往上擴(kuò)挖成直徑1.4m導(dǎo)井→⑥按照設(shè)計(jì)圖紙從上往下人工擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面。

上下平洞按照平洞尺寸開(kāi)挖到豎井樁號(hào)：上平洞與豎井通過(guò)一段半徑為20m的四分之一圓弧連接，在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，為方便安裝反井鉆機(jī)，先按照上平洞開(kāi)挖尺寸開(kāi)挖到豎井頂部，待導(dǎo)井開(kāi)挖完成后，再人工開(kāi)挖圓弧段。

下平洞按照平洞尺寸開(kāi)挖到豎井底部：下平洞與豎井連接段為87度半徑20m的圓弧，在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，為方便出渣，先按照下平洞尺寸開(kāi)挖到豎井底部。

做導(dǎo)井施工準(zhǔn)備以及反井鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位：導(dǎo)井施工準(zhǔn)備主要包括主機(jī)混凝土澆筑，主機(jī)就位，主機(jī)二期混凝土澆筑，沉渣池的砌筑，水電道路設(shè)施的完善。鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土澆筑2-3天后，將主機(jī)軌道鋪設(shè)在混凝土平臺(tái)上，軌距為64cm，軌道下墊枕木（20×20cm，長(zhǎng)120cm），每個(gè)60～80cm墊一根，然后將主機(jī)吊至軌道上，調(diào)好鉆機(jī)位置，鎖緊卡軌器，豎起架桿，安裝后拉桿，調(diào)平鉆機(jī)。鉆機(jī)調(diào)平后，用螺栓將鋼墊板連接在鉆架上，安裝前拉桿及埋設(shè)預(yù)埋螺栓，再次調(diào)平鉆機(jī)并澆筑二期混凝土。

216mm導(dǎo)孔開(kāi)挖：反井鉆機(jī)就位后以及主機(jī)混凝土凝結(jié)后，開(kāi)始進(jìn)行216mm導(dǎo)孔的開(kāi)挖，216mm導(dǎo)孔從上往下鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中出渣原理是：利用泥漿泵往孔內(nèi)注水，在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭與巖石剪切摩擦將巖石磨成細(xì)小顆粒，通過(guò)水壓，將細(xì)小顆粒壓出孔，再流入到沉渣池中。在鉆進(jìn)過(guò)程中，關(guān)鍵因素是控制鉆孔的方向，保持豎直向下，每次鉆進(jìn)8～9m，利用細(xì)線末端綁住一個(gè)鐵錐，然后將鐵錐放入孔內(nèi)，孔口細(xì)線處于孔中心位置，且鐵錐未與孔壁發(fā)生摩擦等現(xiàn)象，則說(shuō)明鉆孔方向?yàn)樨Q直向下。在距離孔底還有4～5m時(shí)，將下平洞豎井底部位置設(shè)置護(hù)欄，防止人員進(jìn)入，以免導(dǎo)孔穿透時(shí)石渣掉落發(fā)生人員安全事故。

1.4m導(dǎo)井開(kāi)挖：在216mm導(dǎo)孔鉆孔開(kāi)挖完成后，將反井鉆機(jī)的鉆頭換成1.4m鉆頭，開(kāi)始進(jìn)行導(dǎo)井開(kāi)挖，導(dǎo)井開(kāi)挖從下往上鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中石渣通過(guò)冷卻水的沖刷以及自重的作用掉落在下平洞。

人工擴(kuò)挖導(dǎo)井至設(shè)計(jì)斷面：在1.4m導(dǎo)井開(kāi)挖完成后，人工擴(kuò)挖導(dǎo)井，一次性擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面（直徑5m），采用光面爆破，采取邊擴(kuò)挖邊支護(hù)原則，如遇破碎巖石或者地質(zhì)圍巖應(yīng)力比較大的部位，則需安裝鋼圈以穩(wěn)定巖體。根據(jù)地質(zhì)工程師地質(zhì)素描預(yù)測(cè)圍巖類別。此豎井開(kāi)挖深度達(dá)187.287m，井口采用型鋼作為支撐架，配合卷?yè)P(yáng)機(jī)，人員機(jī)械通過(guò)吊籃下方到井底。

三、豎井開(kāi)挖施工的方法

在本次工程的導(dǎo)井開(kāi)挖施工中，引進(jìn)了反井鉆機(jī)施工技術(shù)，從根本上解決了傳統(tǒng)的反井施工的安全問(wèn)題，同時(shí)又加快了施工進(jìn)度，提高了工效。其工藝流程為：首先在豎井井口基巖上施工反井鉆機(jī)基礎(chǔ)并安裝反井鉆機(jī)，當(dāng)井底平洞段開(kāi)挖形成出渣運(yùn)輸?shù)缆泛箝_(kāi)始鉆導(dǎo)孔，導(dǎo)孔鉆頭自上而下旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆機(jī)加壓后的循環(huán)水將石渣沖出孔外帶人循環(huán)水池沉淀;隨著導(dǎo)孔鉆進(jìn)，鉆桿不斷加長(zhǎng)直至將導(dǎo)孔鉆透;導(dǎo)孔鉆透后，在井底將導(dǎo)孔鉆頭換成擴(kuò)孔鉆頭，自下而上旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔石渣掉入井底平洞，并從井底平洞出渣。擴(kuò)孔形成導(dǎo)井后，再采用鉆爆發(fā)自上而下井挖到設(shè)計(jì)斷面，開(kāi)挖石渣順導(dǎo)井落入井底平洞出渣，導(dǎo)井直徑為1.4米。

此外，豎井?dāng)U挖在導(dǎo)井開(kāi)挖完成后開(kāi)始，從上至下，全斷面進(jìn)行。擴(kuò)挖豎井時(shí)，一次成型到設(shè)計(jì)直徑（5m），采用光面爆破，采取邊擴(kuò)挖邊支護(hù)原則，循環(huán)施工，開(kāi)挖和支護(hù)不超過(guò)兩排爆。因?yàn)樨Q井深度180m，井口頂部制作型鋼支撐架，安裝定滑輪，人員和施工工具、小型設(shè)備的垂直運(yùn)輸采用調(diào)度絞車(chē)，調(diào)度絞車(chē)安裝在蝶閥室。

四、豎井開(kāi)挖施工的基本工藝

根據(jù)歸納與整合，將豎井開(kāi)挖施工的基本工藝概述為以下幾個(gè)部分：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→鉆孔作業(yè)→裝藥聯(lián)網(wǎng)爆破→安全處理→出渣→支護(hù)。

①施工準(zhǔn)備：井內(nèi)風(fēng)、水、電就緒，施工人員、機(jī)具、設(shè)備準(zhǔn)備就位，做好井口防洪欄及井口覆蓋。風(fēng)、水、電從頂部往下接，固定在井壁。

②測(cè)量放樣：豎井頂部施工平臺(tái)采用全站儀進(jìn)行放樣控制，下方洞段采用重錘法控制豎井中心線。

③鉆孔作業(yè)：采用調(diào)度絞車(chē)慢速將施工人員及設(shè)備、材料用吊籃吊至工作面，各鉆手分區(qū)、分部位定人定位進(jìn)行鉆孔。施工人員均掛安全繩，安全繩直接綁在吊籠或系統(tǒng)錨桿上。

④裝藥連網(wǎng)爆破：嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及試爆后的每孔裝藥量裝藥，采用非電毫秒導(dǎo)爆管進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，控制單響藥量。起爆雷管采用電雷管。

⑤安全處理：爆破后，人工清除井壁上殘留的危石與碎塊。檢查上部支護(hù)是否變形，風(fēng)、水、電管線路是否脫落。

⑥出渣：爆破擴(kuò)挖的石渣隨導(dǎo)井掉落到豎井下方，采用3m3裝載機(jī)裝車(chē)，10T自卸車(chē)運(yùn)輸出渣。避免交叉作業(yè)，下部出碴時(shí)，停止上部作業(yè)。

⑦支護(hù)：出渣完成后，對(duì)井壁進(jìn)行清理，通知地質(zhì)工程師進(jìn)行素描并確定圍巖類型，根據(jù)圍巖類型進(jìn)行支護(hù)。有滲水部位適當(dāng)埋設(shè)排水管，避免破壞噴砼質(zhì)量。

五、豎井開(kāi)挖需注意安全問(wèn)題

①嚴(yán)禁非施工作業(yè)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng);②施工作業(yè)人員必須遵守施工安全守則。③人員下到豎井中進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)時(shí)，先將導(dǎo)井封閉，以免人員掉落至井底，封閉導(dǎo)井采用12mm鋼筋焊接，間距10cm，直徑2m，周邊用錨固筋錨固。④井口設(shè)置防護(hù)欄，防止人員石塊掉落至井底

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，在引水隧洞豎井施工中要明確施工步驟與施工方法，依據(jù)實(shí)際的施工情況，從不同角度入手，確定施工工藝，做好爆破、支護(hù)等工作，積極提高出渣效果，節(jié)省勞動(dòng)力，降低造價(jià)，加快豎井的施工速度，這樣才能有效提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：

全濤，（1985-），男，漢族，大學(xué)本科，工程師，主要從事水電站建設(shè)項(xiàng)目管理工作。