正反向結(jié)合開挖深豎井施工技術(shù)

許東升

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

一、工程概況

古瓦水電站調(diào)壓井豎井為埋藏式豎井，主要由穹頂和井筒組成，穹頂上部為球冠型，開挖高度為15.20m；豎井為圓柱形，開挖深度為131.2m、直徑為14.20～15.20m。由于豎井深度較大，使用大直徑、大扭矩的反井鉆機(jī)開挖溜渣導(dǎo)井存在鉆桿被扭斷的風(fēng)險(xiǎn)，而使用小直徑、小扭矩的反井鉆機(jī)開挖出的導(dǎo)井又存在溜渣堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，所以要選擇合理的方法保證豎井的順利施工。

二、施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)

（一）在豎井井口位置安裝吊運(yùn)設(shè)施，吊運(yùn)設(shè)施既要滿足豎向運(yùn)輸又要滿足水平運(yùn)輸。

（二）在導(dǎo)井?dāng)U挖前，先對(duì)其進(jìn)行初步支護(hù)。制作一個(gè)能夠自動(dòng)分料、支護(hù)的設(shè)施完成導(dǎo)井初步支護(hù)，降低人在員井內(nèi)操作的風(fēng)險(xiǎn)。

（三）導(dǎo)井?dāng)U挖時(shí)，自下而上進(jìn)行到井?dāng)U挖，沿井壁自井口部位向下斜向鉆孔，整條豎井全部鉆孔完成后再進(jìn)行爆破作業(yè)；爆破作業(yè)由導(dǎo)井底部開始，逐層向上爆破。

（四）導(dǎo)井?dāng)U挖完成后，自上而下進(jìn)行井筒擴(kuò)挖；井筒擴(kuò)挖時(shí)采取防止升降鋼絲繩纏繞的措施以完成吊運(yùn)作業(yè)。

（五）施工過(guò)程中經(jīng)過(guò)正向鉆中導(dǎo)孔、反向鉆溜渣導(dǎo)井、反向支護(hù)導(dǎo)井、正向鉆擴(kuò)挖孔、反向爆破擴(kuò)挖導(dǎo)井、正向擴(kuò)挖支護(hù)豎井井筒等正反向多次結(jié)合的程序，將豎井開挖支護(hù)完成。

三、實(shí)施措施

（一）實(shí)施流程

反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)井→豎井井口安裝吊運(yùn)設(shè)施→導(dǎo)井初步支護(hù)→導(dǎo)井?dāng)U挖→安裝吊運(yùn)設(shè)施的防止鋼絲繩纏繞裝置→豎井井筒擴(kuò)挖。

（二）施工工藝

1.反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)井

由于導(dǎo)井深度較大，使用大直徑、大扭力的反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)井存在鉆桿扭斷的風(fēng)險(xiǎn)，所以需要使用小直徑、小扭力的反井鉆機(jī)進(jìn)行開挖?？蛇x擇直徑D=1.4m 的反井鉆機(jī)，D=216mm 鉆桿。

2.豎井井口吊運(yùn)設(shè)施

（1）吊運(yùn)設(shè)備組成

吊運(yùn)設(shè)備按最大吊重為小反鏟（6t），為保證安全吊運(yùn)設(shè)施按12t 設(shè)計(jì)。吊運(yùn)設(shè)施由八個(gè)主要部分組成：①單輪滑車；②3t 單輪滑車；③10t 滑車（2*2）；④Φ40mm鋼絲繩；⑤Φ16mm 鋼絲繩；⑥升降卷?yè)P(yáng)機(jī)；⑦平移卷?yè)P(yáng)機(jī)；⑧龍門架。卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝位置在井口外側(cè)，距調(diào)壓井口10m 左右，基礎(chǔ)高程為井口高程。

（2）吊運(yùn)設(shè)備工作原理

下放吊籃時(shí)，吊籃在上室1 井口處起吊，通過(guò)平移卷?yè)P(yáng)機(jī)拉動(dòng)平向行走滑輪在承重鋼絲繩上行走，到達(dá)豎井中軸線位置；再通過(guò)升降卷?yè)P(yáng)機(jī)下放吊籃至井底工作面；提升吊籃時(shí)運(yùn)行程序相反。該吊運(yùn)設(shè)備既可以豎向運(yùn)輸又可以平向運(yùn)輸，滿足施工要求。

吊運(yùn)設(shè)備具體情況見圖1。

圖1 吊運(yùn)設(shè)備及防纏繞裝置示意圖

（3）吊運(yùn)設(shè)備受力計(jì)算

吊運(yùn)設(shè)施安裝之前要對(duì)其龍門架橫梁、龍門架立柱受力、承重鋼絲繩、升降鋼絲繩等分別進(jìn)行受力計(jì)算，確保吊運(yùn)設(shè)施設(shè)計(jì)可靠。吊運(yùn)設(shè)施安裝完成后要經(jīng)過(guò)試運(yùn)行方可投產(chǎn)。

（4）安裝施工

吊裝設(shè)備采用現(xiàn)場(chǎng)組裝，先固定承重鋼絲繩，然后安裝卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑車，最后安裝起升鋼絲繩和牽引鋼絲繩。吊運(yùn)設(shè)施安裝完成后要經(jīng)試運(yùn)行合格后方可用于施工。

3.導(dǎo)井初步支護(hù)

使用鋼板制作一個(gè)圓錐形分料盤，分料盤尖端設(shè)置吊環(huán)，底部設(shè)置抹光圈，抹光圈以上安裝四個(gè)行走輪，行走輪緊貼井壁行走，既能保證分料盤正在井內(nèi)順利提升，又可以支撐分料盤防止其偏移。

支護(hù)時(shí)，使用吊運(yùn)設(shè)施將分料盤吊運(yùn)至導(dǎo)井井底，利用Φ108 溜管將水泥砂漿輸送至分料盤上，同時(shí)提升分料盤，分料盤自動(dòng)將水泥砂漿均勻的抹光在導(dǎo)井井壁上，厚度為3cm。分料盤工作示意圖如圖2。

圖2 分料盤工作示意圖

水泥砂漿的配合比要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定，既要保證溜管不堵塞，又要保證砂漿能夠穩(wěn)定粘結(jié)在井壁上。分料盤提升速度要結(jié)合溜管輸送砂漿速度，保持分料盤上有30cm 深度的砂漿，使支護(hù)砂漿可以連續(xù)不中斷。

4.溜渣導(dǎo)井?dāng)U挖

溜渣導(dǎo)井直徑為D=1.4m，斷面較小，在溜渣過(guò)程中存在堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)導(dǎo)井進(jìn)行擴(kuò)挖，增大其溜渣斷面以滿足溜渣。

（1）吊籃安裝施工

吊籃為直徑為D=1.2m 的雙層吊籃，使用Φ16 鋼筋及厚度δ=1.5cm 鋼板制作而成，頂部設(shè)置吊環(huán)，由吊運(yùn)設(shè)施提升，并設(shè)置防墜裝置。

（2）導(dǎo)井?dāng)U挖鉆孔

導(dǎo)井直徑由1.4m 擴(kuò)挖至3.0m，以保證能夠順利溜渣。使用YT-28 鉆機(jī)斜向下鉆孔，鉆孔角度與水平呈30°夾角，鉆孔深度1.0m，孔徑Φ42，每0.6m鉆一環(huán)孔，每環(huán)鉆孔8 個(gè)。自井口沿井壁向下鉆孔，整條導(dǎo)井全部鉆孔完成后再進(jìn)行爆破作業(yè)。

（3）導(dǎo)井?dāng)U挖爆破作業(yè)

爆破作業(yè)由導(dǎo)井底部開始，逐層向上爆破，每層爆破長(zhǎng)度不得超過(guò)20m。爆破渣體溜向?qū)Ь撞?，自?dǎo)井底部出渣。本次與開挖輪廓線尚有較大距離，所以不需考慮光面效果；導(dǎo)井是自下而上爆破擴(kuò)挖，擴(kuò)挖完成段不會(huì)有人員進(jìn)入，所以也無(wú)需再考慮安全支護(hù)。

導(dǎo)井?dāng)U挖施工示意圖見圖3。

圖3 調(diào)壓井溜渣導(dǎo)井?dāng)U挖施工示意圖

5.升降鋼絲繩防纏繞裝置安裝

為保證在深豎井吊運(yùn)過(guò)程中升降鋼絲繩不發(fā)生纏繞，需要增加一套防纏繞裝置，參見圖1。

（1）防纏繞裝置安裝方式

沿豎井軸線方向在井壁兩側(cè)各安裝一根帶豁口的鋼管作為滑軌，鋼管豁口方向正對(duì)豎井中心，鋼管無(wú)豁口側(cè)與井壁連接牢固。井內(nèi)滑軌必須豎直，隨豎井開挖深度增加而向下延伸，滑軌底部設(shè)置活動(dòng)式擋板。在滑軌井口處要彎出15cm，轉(zhuǎn)彎處做成圓弧形，彎出的滑軌豁口方向向上，無(wú)豁口側(cè)與井口平面連接牢固。井口處滑軌示意圖見圖4。

圖4 井口處滑軌示意圖

選擇兩個(gè)拉力大小合適的彈簧，彈簧兩端連接鋼絲繩，一端的鋼絲繩尾部連接一個(gè)拉鉤，另一端鋼絲繩的尾部連接一個(gè)鋼球，鋼球大小應(yīng)能夠在豁口鋼管內(nèi)自由滑動(dòng)但不會(huì)被拉出鋼管的豁口為宜，該組合體作為防纏繞裝置的拉線。拉線示意圖見圖5。

圖5 拉線示意圖

在拉線上距鋼球1m 左右部位綁扎一軟繩，軟繩不少于20m 長(zhǎng)。

（2）防纏繞裝置工作原理

拉線拉鉤與吊籃底部拉環(huán)連接，拉線的鋼球鑲嵌在豁口鋼管制作的滑軌內(nèi)。吊籃提升或下放時(shí)，拉線與水平方向會(huì)呈一定夾角，拉動(dòng)鋼球在滑軌內(nèi)移動(dòng)，拉線在吊籃提升或下放的全過(guò)程對(duì)稱受力，使吊籃不會(huì)平向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證升降鋼絲繩不發(fā)生纏繞。

1）當(dāng)?shù)趸@在井底準(zhǔn)備起吊時(shí)，井下人員檢查拉線的鋼球要鑲嵌在滑軌內(nèi)、活動(dòng)式擋板已擋在滑軌下口。

2）當(dāng)?shù)趸@提升至井口時(shí)，拉線的鋼球到達(dá)鋼軌井口轉(zhuǎn)彎處，此時(shí)井口兩側(cè)工作人員使用鐵鉤將拉線上的軟繩勾起，一手拉近軟繩，一手將拉線的鋼球自滑軌內(nèi)取出。之后，開動(dòng)平移卷?yè)P(yáng)機(jī)使吊籃向上室1 方向平移，上室2 的人員松開拉線，隨吊籃的遠(yuǎn)離緩慢松放軟繩，此時(shí)拉線隨吊籃遠(yuǎn)離自己，但軟繩控制在自己手里；同時(shí)上室1 的人員松開拉線，隨吊籃的靠近緩慢收緊軟繩，直至吊籃平移至上室1 井口處，兩側(cè)的人員固定軟繩，之后離開。

3）當(dāng)?shù)趸@準(zhǔn)備下放時(shí)，將工作人員將鋼球鑲嵌在滑軌轉(zhuǎn)彎處，程序與2）相反。

6.豎井井筒擴(kuò)挖支護(hù)

調(diào)壓井溜渣導(dǎo)井?dāng)U挖完成后，導(dǎo)井直徑達(dá)到3.0m，將井筒自上而下擴(kuò)挖成型，井筒擴(kuò)挖面要呈漏斗狀，方便溜渣，對(duì)于無(wú)法自然溜渣的石渣由人工扒除。每開挖完成一個(gè)循環(huán)及時(shí)按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行支護(hù)。

四、結(jié)語(yǔ)

深豎井施工相對(duì)一般豎井施工難度更大、安全風(fēng)險(xiǎn)更高、存在問(wèn)題更多，為滿足深豎井施工安全、施工進(jìn)度，本文提出“正反向結(jié)合法”開挖深豎井的施工管理思路，能夠?qū)︻愃乒こ烫峁┯幸娴慕?jīng)驗(yàn)。