某水電站泄洪放空洞閘井施工技術(shù)

李璽

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

某水電站下水庫泄洪放空洞布置在右岸，由導(dǎo)流洞改建而成，全長501 m，包括進(jìn)、出口明渠、壓隧洞段、閘門井段、無壓隧洞段。

閘門井段位于樁號泄0+165.5-0+186.5 范圍內(nèi)，高程為EL668.5 m～EL720.0 m，對應(yīng)地表為山梁脊部。泄洪放空洞閘門豎井開挖高43.50 m（EL676.50 m～EL720.00 m），為矩形豎井結(jié)構(gòu)，斷面尺寸17.70 m×7.70 m，其中EL720.0～EL714.0 段圍巖類別為Ⅳ類；EL714.0～EL699.0 段圍巖類別為Ⅲ類；EL699.0～EL682.5 段圍巖類別為Ⅱ類；井底漸變段EL682.5～EL676.50 圍巖類別為Ⅱ類。支護(hù)采用錨桿Φ25，梅花形布置，間排距3 m，長4.50 m，入巖4 m。噴混凝土厚10 cm，掛鋼筋網(wǎng)φ8@20 cm×20 cm。

施工采用鉆孔爆破法，先開挖、貫通導(dǎo)井，然后將導(dǎo)井?dāng)U大至設(shè)計(jì)尺寸的方法。

2 泄洪放空洞閘井施工技術(shù)

2.1 施工測量

根據(jù)泄洪放空洞的洞外測量控制網(wǎng)點(diǎn)，豎井放樣應(yīng)采取全站儀與垂球相結(jié)合的方法進(jìn)行測量。在閘門井平臺設(shè)置控制點(diǎn)兩個(gè)，閘門井710 m 高程以上開挖，施工測量采用全站儀進(jìn)行，在井口架設(shè)全站儀，測量人員按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行閘井開挖輪廓線放樣，周邊爆破孔采用紅色噴漆明顯標(biāo)示在開挖面上，控制放樣精度不大于±2 cm。

閘門井710 m高程以下測量放樣，超過全站儀俯角后采取垂球法在井口四個(gè)角架設(shè)垂球，在頂面用全站儀測取垂球坐標(biāo)后，施工面可以直接量取。

2.2 閘門井導(dǎo)井開挖施工

2.2.1 導(dǎo)井參數(shù)的選定

導(dǎo)井孔徑的選擇，一是考慮在豎井?dāng)U挖起爆后，石渣被扒入導(dǎo)井時(shí)，石渣能輕易自由落到井底而不堵井，因此導(dǎo)井孔徑應(yīng)盡量大；二是要考慮豎井的地質(zhì)情況，圍巖為Ⅱ、Ⅲ類，巖石條件較好，為花崗巖，巖石堅(jiān)硬；如孔徑過大，對施工安全控制不利。因此綜合以上因素，最終確定溜渣導(dǎo)井孔徑為φ3 m。

爆破參數(shù)選定

式中：a—掏槽孔與中空孔間距，m；h—每一段掏槽深度m；D—中空孔直徑m；d—掏槽孔直徑m。

深孔采用M351 鉆機(jī)鉆孔，鉆頭直徑φ115 mm，成孔直徑φ115 mm，為方便施工，中空孔和掏槽孔均采用φ115 mm鉆頭，計(jì)算結(jié)果a=0.36 m。實(shí)際施工中，考慮到鉆孔偏差，掏槽孔距中空孔太近，有穿孔風(fēng)險(xiǎn)，距離太遠(yuǎn)，掏槽效果不好，綜合考慮，確定掏槽孔距中空孔間距a為0.50 m，掏槽孔間距0.40 m；掏槽孔與擴(kuò)大孔間距1 m。

2.2.2 導(dǎo)井施工準(zhǔn)備

①導(dǎo)井施工前，應(yīng)進(jìn)行鉆機(jī)的維修保養(yǎng)，備齊常用易損配件，配齊40.50 m鉆孔深度的鉆桿及鉆頭，確保設(shè)備完好。②鉆孔應(yīng)將水平尺、坡度尺等檢查孔斜、孔位偏差的工具準(zhǔn)備齊全。③現(xiàn)場先由測量人員定出豎井中心位置，根據(jù)測定的中心位置就近選定場地作為豎井的施工場地。根據(jù)確定的豎井施工場地對場地進(jìn)行平整，并修建施工便道至豎井導(dǎo)井的井口處。④施工前檢查鉆桿，對鉆桿要求是圓且直，不彎曲，不偏心，連接后具有較高的同心度；為保證鉆車自身的穩(wěn)定性，在豎井EL717高程整平作業(yè)面。

2.2.3 導(dǎo)井鉆孔

深孔爆破法鉆孔所有導(dǎo)井孔一次鉆孔完成，溜渣導(dǎo)井鉆孔共計(jì)17個(gè)；鉆孔采用100D潛孔鉆造孔，孔徑115 mm；鉆孔的質(zhì)量是整個(gè)導(dǎo)井成型的關(guān)鍵，所以施工的關(guān)鍵是解決潛孔鉆機(jī)鉆孔偏差問題。要求鉆孔偏斜率不大于1%；鉆孔質(zhì)量控制，在鉆孔施工中，采用水平尺、坡度尺等工具進(jìn)行孔斜控制，并且所用鉆桿均為新買鉆桿，鉆孔過程中，鉆車固定，保持平穩(wěn)。

炮孔布置見圖1。

圖1 導(dǎo)井開挖炮孔布置示意圖

2.2.4 爆破裝藥

2.2.4.1 爆破參數(shù)

裝藥：炸藥采用2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑70 mm，長度50 cm，每節(jié)藥卷重2.50 kg，用皮繩吊住一端，送到爆破孔底部，每孔的裝藥長度為50 cm×4=200 cm。裝藥前進(jìn)行炮孔深度測量，適當(dāng)調(diào)整堵塞長度，保證裝藥高度在同一水平線上。

具體參數(shù)如表1所示。

表1 深孔爆破法每循環(huán)爆破參數(shù)表

裝藥結(jié)構(gòu)布置見圖2。

圖2 導(dǎo)井開挖炮孔布置示意圖

2.2.4.2 裝藥、堵塞

由于炮孔上下貫通，裝藥時(shí)要進(jìn)行上、下雙向堵塞保證堵塞長度和質(zhì)量。堵孔時(shí)，從孔口向底部放φ0.50 mm鋼絲，井下輔助人員在鋼絲上綁扎上編織袋，袋內(nèi)灌滿沙子，然后上部人員向上提拉鐵絲，直至堵緊孔底，將鐵絲綁扎固定在于頂部717 m平臺上，防止下部堵孔下滑。

堵孔完后，叢孔口上方按照堵塞長度計(jì)算的體積向孔內(nèi)撒巖粉，完成后開始裝藥；裝藥完成后，藥卷上部同樣采用鉆孔的巖粉堵塞，考慮到爆破后有堵孔的可能，所以堵塞長度不宜過長，實(shí)際爆破時(shí)，按照選取堵塞長度的體積向孔內(nèi)放巖粉。

2.2.4.3 起爆方式

爆破施工中，中間掏槽孔領(lǐng)先擴(kuò)大孔3 m 以上時(shí)，進(jìn)行擴(kuò)大孔爆破；由于掏槽孔爆破后，擴(kuò)大孔爆破臨空面較好，實(shí)際爆破中，擴(kuò)大孔一次起爆深度大于5 m，同時(shí)為保證完全起爆，擴(kuò)大孔每孔設(shè)置兩發(fā)雷管并聯(lián)，出孔后采用兩發(fā)同段位雷管進(jìn)行同時(shí)起爆。

2.3 豎井?dāng)U挖施工

2.3.1 豎井?dāng)U挖施工方法

泄洪放空洞閘門井導(dǎo)井貫通后，進(jìn)行自上而下全斷面擴(kuò)挖，按照3 m 作業(yè)循環(huán)，施工主要方法采用50 t 吊車吊CM351鉆機(jī)到豎井?dāng)U挖作業(yè)面進(jìn)行主爆孔鉆孔，吊運(yùn)0.50 m3反鏟進(jìn)行翻渣，周邊光面爆破孔采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，出渣利用導(dǎo)井作為溜渣通道將爆渣溜至平洞內(nèi)，裝載機(jī)在下部平洞段將爆渣端出洞口后，在泄槽段裝車，自卸汽車?yán)\(yùn)至?xí)捍媪蠄觥?/p>

爆破設(shè)計(jì)→測量放樣→鉆孔→裝藥、聯(lián)網(wǎng)→警戒→爆破（含補(bǔ)炮）→解除警戒→出渣→清撬→錨桿→掛網(wǎng)→噴混凝土→下一循環(huán)。

施工過程中嚴(yán)格按照驗(yàn)收程序進(jìn)行施工，上一工序未驗(yàn)收不得進(jìn)行下一工序施工。豎井?dāng)U挖采取開挖一層支護(hù)一層；擴(kuò)挖采用循環(huán)鉆爆法，循環(huán)開挖深度為3 m。

2.3.2 豎井?dāng)U挖測量放樣

豎井放樣應(yīng)采取全站儀與垂球相結(jié)合的方法進(jìn)行控制。導(dǎo)流洞豎井洞徑17.70 m×7.70 m，在前期開挖過程中（從頂面向下開挖）頂面可用全站儀直接放樣，全站儀控制井深可以達(dá)到約10 m，超過全站儀俯角后采取垂球法在井口四個(gè)角架設(shè)垂球，在頂面用全站儀測取垂球坐標(biāo)后，施工面可以直接量取。

2.3.3 爆破參數(shù)選擇

井筒擴(kuò)挖是自上而下分層進(jìn)行，導(dǎo)井周圍主爆孔采用手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑42 mm，間排距1～1.20 m，孔深3.50 m，藥卷直徑32 mm，堵塞長度1.30 m，每孔裝藥量2.20 kg。

導(dǎo)井上游采用CM351 鉆機(jī)鉆孔，孔徑90 mm，間排距1.50～1.60 m，孔深3.50 m，藥卷直徑70 mm，堵塞長度1.50 m，每孔裝藥量10 kg。

周邊光爆孔的鉆孔參數(shù)與平洞段基本相同，孔徑42 mm，孔距0.60 m，孔深3.50 m，藥卷直徑32 mm，堵塞長度0.60 m，線裝藥密度450～500 kg/m。

以上爆破參數(shù)是根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合閘門井巖石情況初擬值，現(xiàn)場施工中可根據(jù)爆破效果，對鉆孔裝藥參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.4 豎井?dāng)U挖鉆孔

2.4.1 手風(fēng)鉆鉆孔

根據(jù)測量放樣的點(diǎn)位，周邊孔光爆孔和導(dǎo)井周圍的主爆孔采用手風(fēng)鉆進(jìn)行濕法鉆孔作業(yè)。鉆孔時(shí)做到開孔準(zhǔn)確、鉆孔平直，嚴(yán)格控制周邊孔開孔誤差不大于±2 cm，以保證爆破效果。一定要做到“準(zhǔn)、直、平、齊”，以滿足超欠挖及殘孔率要求。

在鉆孔過程中，注意根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制孔向及孔深，不得超鉆或孔深不足，造孔完畢后注意及時(shí)將孔內(nèi)石粉清理干凈，并嚴(yán)格檢查鉆孔質(zhì)量。在人員施工過程中，必須對閘門井導(dǎo)井進(jìn)行封蓋，防止施工人員或器具滑落產(chǎn)生危險(xiǎn)。

2.4.2 CM351鉆機(jī)鉆孔

導(dǎo)井上游主爆孔采用CM351鉆機(jī)鉆孔，鉆機(jī)通過50 t吊車吊至開挖作業(yè)面，按照測量放樣的孔位造孔。

2.4.3 炮孔驗(yàn)收

完成鉆孔作業(yè)后首先由施工班組進(jìn)行炮孔鉆孔孔位、深度、傾角進(jìn)行自檢，自檢合格進(jìn)行報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收。在鉆孔完成后，機(jī)具、材料利用吊車提升至井口上部安全地帶。

2.5 擴(kuò)挖施工

擴(kuò)挖施工時(shí)，爆破后應(yīng)及時(shí)撬除危石，并進(jìn)行支護(hù)。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔深度、角度和孔位偏差，周邊孔應(yīng)進(jìn)行光面爆破，每次下挖前，應(yīng)將前次開挖出的井壁欠挖處理完。

擴(kuò)挖鉆孔時(shí)要嚴(yán)格控制炮孔間距、排拒，防止石渣出現(xiàn)大塊，石渣最大塊徑應(yīng)不大于導(dǎo)井尺寸的1/3。導(dǎo)井支護(hù)部位擴(kuò)挖時(shí)，應(yīng)先拆除支護(hù)設(shè)施再開挖。

2.6 出渣

全斷面擴(kuò)挖時(shí)，石碴除一部分能夠順著導(dǎo)井自然溜到地下平洞外，其余井口周圍必須由人工扒碴入導(dǎo)井。

導(dǎo)井周圍，120反鏟無法進(jìn)行出渣，需人工進(jìn)行扒渣，采用吊車吊導(dǎo)井蓋將導(dǎo)井大面封閉，只留人工翻渣孔，扒渣人員系好安全帶、安全繩，采用自鎖式雙肩安全帶，安全帶采用高掛低用的方式使用。出渣人員將導(dǎo)井下游石渣翻入導(dǎo)井。

導(dǎo)井上游采用PC120反鏟出渣，導(dǎo)井上游采用PC120翻渣進(jìn)入導(dǎo)井。

下部出渣：①出渣前對邊墻的浮石進(jìn)行檢查，先清理邊墻的浮石，防止落石傷人。②現(xiàn)場設(shè)指揮人員和信號工（采用對講機(jī)聯(lián)系，專用頻道），井下臨時(shí)安全門必須有專人負(fù)責(zé)管理。裝載機(jī)、自卸汽車駕駛員必須經(jīng)過安全技術(shù)培訓(xùn)，考核合格并且取得主管單位頒發(fā)的資質(zhì)證后持證上崗。③挖裝機(jī)后退時(shí)必須鳴笛示警，發(fā)出信號。挖裝機(jī)掘裝渣時(shí)，工作面除挖裝機(jī)司機(jī)之外，其他人員一律撤出。④閘門井段底部的溜渣通過平洞段采用側(cè)卸裝載機(jī)出渣。裝載機(jī)端渣出洞口后，在泄槽段裝車，自卸汽車?yán)\(yùn)至?xí)捍媪蠄觥?/p>

3 結(jié)語

總而言之，水電站是水利工程中重要工程，在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。某水電站泄洪放空洞閘井施工難度大，技術(shù)要求高，在對其進(jìn)行施工時(shí)要嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，施工現(xiàn)場要精心組織、嚴(yán)格控制施工，以保證閘井施工質(zhì)量，為后續(xù)施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。