旋挖鉆機(jī)在水利工程豎井施工中的應(yīng)用

摘" 要：該文對(duì)旋挖鉆機(jī)在水利工程豎井施工中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，詳細(xì)探討其施工工藝、優(yōu)勢(shì)及效果。通過在貴州省黔西南州納達(dá)水庫(kù)運(yùn)用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行豎井施工的實(shí)踐，對(duì)其運(yùn)用技術(shù)和施工安全措施進(jìn)行探索和總結(jié)。實(shí)踐表明，旋挖鉆機(jī)具有較高的施工效率和安全性，能夠顯著提高豎井施工的效率和質(zhì)量。因此，旋挖鉆機(jī)在水利工程豎井施工中具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；水利工程；豎井；應(yīng)用技術(shù)；施工安全

中圖分類號(hào)：TU753.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）05-0180-04

Abstract： This paper conducts an in-depth study on the application of rotary drilling rigs in shaft construction of water conservancy projects， and discusses its construction technology， advantages and effects in detail. Based on its application practice of using rotary drilling rigs for shaft construction in Nada Reservoir， Qianxinan Prefecture， Guizhou Province， its application technology and construction safety measures are explored and summarized. Practice has shown that rotary drilling rigs have high construction efficiency and safety， and can significantly improve the efficiency and quality of shaft construction. Therefore， rotary drilling rigs have wide application prospects in the construction of water conservancy projects.

Keywords： rotary drilling rig; water conservancy engineering; shaft; application technology; construction safety

豎井被廣泛應(yīng)用于水利水電工程的取水、引水、通排風(fēng)、溜渣和補(bǔ)氣，在引水豎井、閘門井、調(diào)壓井、出線井和通風(fēng)井等建筑物中都有應(yīng)用[1-3]。豎井施工具有深度大，施工空間小，地質(zhì)復(fù)雜，登高及臨邊作業(yè)多，通行不便等特點(diǎn)。豎井施工的難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)突出。

水利水電工程的豎井由于斷面面積大，開挖深度較深。開挖一般采用貫通導(dǎo)井后自上而下進(jìn)行擴(kuò)大開挖的方法。導(dǎo)井的傳統(tǒng)開挖方法有正井法，正、反井相結(jié)合開挖，深孔爆破法，吊罐法，爬罐法。這些開挖方法都需要作業(yè)人員進(jìn)入導(dǎo)井內(nèi)施工，安全風(fēng)險(xiǎn)大，近年來已經(jīng)很少采用。隨著我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的大力發(fā)展，20世紀(jì)90年代初從煤炭行業(yè)引進(jìn)了反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)井。它具有速度快、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但反井鉆機(jī)也存在市場(chǎng)上可用設(shè)備數(shù)量少，設(shè)備裝拆繁瑣，臨建準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，施工費(fèi)用較高等缺點(diǎn)。

為了解決這些問題，興義市納達(dá)水庫(kù)輸水隧洞閘門井施工嘗試采用建筑行業(yè)中常見的旋挖鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井開挖，取得了較好的效果。旋挖鉆機(jī)是一種自帶動(dòng)力的自行式大型鉆機(jī)，可配備多種鉆頭適用于各種地質(zhì)情況[4]。它采用多層伸縮式鉆桿，不需要泥漿循環(huán)排渣，具有成孔速度快、污染少、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。本工程采用的為SR360R型旋挖鉆機(jī)，設(shè)備參數(shù)見表1。

1" 工程概況及地質(zhì)條件

1.1" 工程概況

興義市納達(dá)水庫(kù)總庫(kù)容1 076.8萬m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為III等。工程由水源工程和供水灌溉工程兩部分組成。水源工程主要建筑物包括瀝青心墻混合土石壩、左岸溢洪道、右岸輸水隧洞等。

輸水隧洞是連接水庫(kù)和輸水管道的主要建筑物，進(jìn)口距離大壩壩坡腳約200 m，軸線平面走向?yàn)镾E150.40°轉(zhuǎn)SE113.63°，轉(zhuǎn)彎半徑50 m，轉(zhuǎn)彎角度36.78°。隧洞包括進(jìn)口段、閘門井段、洞身段、出口段，隧洞全長(zhǎng)691.75 m。輸水隧洞斷面采用城門洞形，尺寸（寬×高）為2 m×2 m。

閘門井位于靠輸水隧洞進(jìn)口側(cè)，深度為34.2 m。采用受力條件好的圓形豎井，內(nèi)設(shè)檢修閘門1道，孔口尺寸為2.0 m×2.0 m（寬×高），門槽寬0.75 m，兩側(cè)二期混凝土尺寸為0.5 m×0.5 m。豎井直徑為5.2 m，上部結(jié)構(gòu)平面尺寸7.2 m×7.2 m。檢修閘門后設(shè)置1.05 m×2 m（順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度×垂直水流向?qū)挾龋┑耐膺M(jìn)人孔。閘門井底板高程1 004.96 m，寬6.0 m，長(zhǎng)6.0 m，厚1.0 m。前后分別以5 m長(zhǎng)的漸變段連接隧洞洞身段。典型斷面如圖1所示。

1.2" 地質(zhì)條件

輸水隧洞位于水庫(kù)右岸，閘門井位于靠輸水隧洞進(jìn)口側(cè)。豎井在明挖出來的施工作業(yè)平臺(tái)上進(jìn)行洞挖。豎井圍巖為細(xì)砂巖夾泥質(zhì)灰?guī)r或互層，巖層陡傾，以Ⅲ、Ⅳ類圍巖為主。其中強(qiáng)風(fēng)化厚度為15 m，弱風(fēng)化厚度為19.2 m。弱風(fēng)化巖石屬硬巖夾軟巖，完整性較好。豎井全部位于地下水位以上。豎井巖體的主要物理性能指標(biāo)，見表2。

2" 施工工藝

2.1" 施工工藝總體原則

豎井采用“先導(dǎo)井后擴(kuò)挖”的開挖方法，即先沿豎井設(shè)計(jì)開挖軸線掘進(jìn)一導(dǎo)井，然后再爆擴(kuò)至設(shè)計(jì)輪廓線的施工方法。導(dǎo)井在底部平洞施工后進(jìn)行，采用旋挖鉆機(jī)成孔（1.5 m孔徑）；豎井?dāng)U挖在底部平洞施工完畢后進(jìn)行，采用手風(fēng)鉆鉆鉆孔，爆破后用人工將爆渣扒入導(dǎo)井，從井底再用機(jī)械裝運(yùn)利用平洞出碴。

豎井?dāng)U挖及下部閘室砼澆筑完成后，在豎井底部搭設(shè)鋼管腳手架作為施工平臺(tái)自下而上逐層澆筑豎井砼，每層2 m，共計(jì)澆筑15次（每澆筑1倉(cāng)需3天）。

2.2" 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→先導(dǎo)井施工→豎井分層全斷面擴(kuò)挖及砼噴支護(hù)（由上至下進(jìn)行、每層厚度1～2 m）→輸水隧洞閘室段擴(kuò)挖、襯砌→搭設(shè)鋼管腳手架→鋼筋制作安裝→豎井混凝土襯砌（由下至上分層進(jìn)行、每層2 m）。

2.2.1" 施工準(zhǔn)備

詳細(xì)掌握設(shè)計(jì)文件及各項(xiàng)相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，熟悉周圍施工環(huán)境。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，合理布置好施工現(xiàn)場(chǎng)，保證施工現(xiàn)場(chǎng)整潔，各種材料堆放合理，并做到文明施工。

施工準(zhǔn)備及施工過程中，應(yīng)熟悉勘測(cè)設(shè)計(jì)單位所提交的樁號(hào)，在施工現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)測(cè)量控制網(wǎng)，測(cè)量放樣確定開挖邊線和豎井中心線。

2.2.2" 先導(dǎo)井施工

經(jīng)過查詢后，興義市無反井鉆機(jī)設(shè)備，興義市內(nèi)附近工地有一SANY-SR360R型旋挖機(jī)，鉆孔直徑1.5 m，最大鉆孔深度50 m，配備專業(yè)操作人員。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，先導(dǎo)井采用旋挖鉆成孔，目前輸水隧洞已經(jīng)貫通，在先導(dǎo)井施工過程中，輸水隧洞內(nèi)閘門井段封閉交通，除了出渣作業(yè)外，禁止施工人員和車輛通過。

1）測(cè)量放線。根據(jù)提供的測(cè)量基線和水準(zhǔn)點(diǎn)，采用極坐標(biāo)法放出豎井中心線，先導(dǎo)井孔位中心點(diǎn)的放樣誤差控制在20 mm范圍內(nèi)。

2）鋼護(hù)筒制作與埋設(shè)。施工鋼護(hù)筒采用不小于δ6 mm的鋼板制作；卷制成大于孔徑20 cm的護(hù)筒，高2.5 m。為增加其剛度以防止變形，在護(hù)筒上下端和中部的外側(cè)各焊一道加勁肋，護(hù)筒焊接嚴(yán)實(shí)。

施工時(shí)在豎井中心處開挖出一個(gè)比護(hù)筒外徑大80 cm的圓坑，坑底整平后，通過定位的控制樁放樣，把鉆孔的中心位置標(biāo)于坑底。再把護(hù)筒吊放進(jìn)坑內(nèi)，找到護(hù)筒的中心位置，用十字線定位在護(hù)筒底部，然后移動(dòng)護(hù)筒，使護(hù)筒中心與鉆孔中心位置重合，同時(shí)用水平尺或鉛球檢查，使護(hù)筒豎直。此后，即在護(hù)筒周圍對(duì)稱、均勻地回填最佳含水量的黏土，要分層夯實(shí)，達(dá)到最佳密實(shí)度。夯填時(shí)要防止護(hù)筒偏斜。護(hù)筒埋設(shè)高出地面0.3 m，護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，護(hù)筒中心與孔位中心的偏差不得大于5 cm，護(hù)筒的傾斜度不大于1%，入土深度不小于1.5 m。

3）鉆機(jī)就位與調(diào)試。履帶式旋挖鉆機(jī)自行行走就位。鉆機(jī)就位做到場(chǎng)地平整，虛土填實(shí)，并在鉆機(jī)位置鋪設(shè)鋼板墊底。鉆孔前，鉆具對(duì)準(zhǔn)孔位中心，機(jī)臺(tái)平整度和垂直度可通過鉆機(jī)自動(dòng)安平系統(tǒng)調(diào)整。保持鉆機(jī)垂直穩(wěn)固、位置準(zhǔn)確，防止因鉆桿晃動(dòng)引起孔徑擴(kuò)大。另外，在鉆機(jī)對(duì)中整平后，在樁孔邊設(shè)立尺寸標(biāo)志，以便于每次鉆進(jìn)后的復(fù)位對(duì)中，并安排專人在鉆機(jī)前指揮。

4）成孔施工。采用干挖法、旋挖式鉆孔工藝，開始鉆孔時(shí)，稍提鉆桿，在護(hù)筒內(nèi)慢速旋轉(zhuǎn)，鉆至護(hù)筒腳下1.0 m后，按正常速度鉆進(jìn)。當(dāng)鉆斗被旋轉(zhuǎn)擠滿鉆碴后，停止下壓及回旋，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力頭，稍向下送行，關(guān)閉鉆頭回轉(zhuǎn)底蓋。上提鉆斗時(shí)緩慢進(jìn)行，防止提速過快，鉆頭碰撞孔壁，提離孔口后，鉆機(jī)自身旋轉(zhuǎn)至孔口卸碴場(chǎng)地，用動(dòng)力頭頂壓頂桿，將底蓋打開，傾卸鉆碴，然后關(guān)閉底蓋，旋回孔位，對(duì)準(zhǔn)孔位，慢慢將鉆斗放至孔底，繼續(xù)鉆進(jìn)。

在鉆進(jìn)過程中，注意地層變化，對(duì)不同的土層，采用不同的鉆頭和不同的鉆進(jìn)速度。當(dāng)遇到上部土層為全風(fēng)化層，可采用筒式鉆頭鉆進(jìn)；當(dāng)鉆至強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)，采取筒式鉆頭鉆進(jìn)；當(dāng)鉆至硬砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖時(shí)，若筒式鉆頭難于鉆進(jìn)，可選用截齒鉆頭將巖石破碎，而后采用筒式鉆頭撈取巖石碎屑，如此交替反復(fù)，直至終孔。

成孔過程中要認(rèn)真填好鉆孔記錄表，要求將各地層分層情況如實(shí)記錄，鉆進(jìn)中發(fā)生的其他情況也要如實(shí)記錄在施工日志上。

3" 施工效果

納達(dá)水庫(kù)豎井開挖施工過程中先后采用2種施工方法進(jìn)行開挖施工。一是采用貫通導(dǎo)井后自上而下進(jìn)行擴(kuò)大開挖的方法，這種方法需要人進(jìn)入導(dǎo)井進(jìn)行施工作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，施工效率較低。二是采用先導(dǎo)井后擴(kuò)挖的方法。施工過程中發(fā)現(xiàn)地層松散，反循環(huán)清孔后混凝土灌注嚴(yán)重超量，不僅加大了施工成本，而且降低了施工效率。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，認(rèn)真研究施工區(qū)域地層特性，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，選定泥漿配方，制定維護(hù)措施，施工的先導(dǎo)井沒有進(jìn)行二次清孔，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，提高了施工效率，確保了工程質(zhì)量，節(jié)省了施工成本，得到了甲方及監(jiān)理的一致認(rèn)可。

4" 問題與探討

豎井強(qiáng)風(fēng)化段擴(kuò)挖時(shí)可采用先導(dǎo)孔擴(kuò)挖的旋挖鉆機(jī)進(jìn)行，也可采用傳統(tǒng)鉆爆法進(jìn)行。旋挖鉆施工適度較快，超欠挖控制較好。但由于強(qiáng)風(fēng)化段圍巖較差，為保證安全，進(jìn)尺1.0 m后就進(jìn)行井壁支護(hù)，強(qiáng)風(fēng)化段長(zhǎng)14.0 m，錨桿加上C25砼井壁支護(hù)作業(yè)循環(huán)最快為2天，整個(gè)強(qiáng)風(fēng)化段，支護(hù)施工時(shí)間為28天；旋挖完成1.0 m范圍內(nèi)擴(kuò)挖僅需3 h，等待支護(hù)完成后方可進(jìn)行再次作業(yè)，旋挖鉆機(jī)械利用效率不高，輸水隧洞原有專業(yè)隧洞開挖人員及設(shè)備，整體比較后采用鉆爆法施工。

反井鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)的對(duì)比。反井鉆機(jī)主要應(yīng)用于地下井筒建設(shè)中，市場(chǎng)上數(shù)量較少，可供選擇的不多。旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)上數(shù)量較多，可廣泛用于中小型水利工程豎井的導(dǎo)井開挖施工，局限性為高度大，作業(yè)平臺(tái)要求高，道路要求高。

5" 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要闡述了旋挖鉆機(jī)在水利工程豎井施工中的應(yīng)用情況，并介紹了其在豎井施工中的施工工藝和施工效果，對(duì)其應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和探討，更好促進(jìn)旋挖鉆成孔技術(shù)越來越成熟的發(fā)展，也能夠擴(kuò)大旋挖鉆機(jī)在水利工程豎井施工中的有效利用，保證了豎井的施工質(zhì)量，也提高了豎井的施工效率。

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