越南松邦4水电站调压井开挖施工措施研究

杨金玲

摘要：本文针对调压井开挖三种方案的备选，提出了很好的解决方案。对同类工程有很好的借鉴作用。

关键词：调压井;开挖; 施工措施

Abstract: This paper puts forward a good solution on the three selection scheme of surge shaft excavation, which provides reference for the similar projects.

Keywords: surge shaft; excavation; construction measures

中图分类号: TV74 文献标识码：A文章编号：

1.概述

1.1 工程概况

松邦 4水电站调压井位于水电站引水发电隧洞2#支洞和压力钢管段之间，井筒开挖深度117.7m。井筒开挖分为上下两部分，上井筒深度34.5m(EL.188.0m-EL.222.5m),锁口段开挖半径10.9m、10.1m，其余部分开挖半径9.1m；下井筒深度83.2m（EL188.0m-EL104.8m），开挖半径2.5m。

1.2调压井主要工程量

调压井石方井挖11000 m3、支护（M300喷 砼10cm)4000 m2，锚 杆（φ25、φ32）1600m、B40网片4000 m2、M200R28混凝土73 m3和构造钢筋9t。

2.施工布置

2.1施工供风

调压井扩挖时，在井口附近布置2台24m3空气压缩机，用D50钢管接入井下，再接D50胶管、风岔、D30胶管。

2.2 施工通风

上井筒仅34.5m无需通风，下井筒施工通风计划使用自然通风，如自然风速不满足规范要求则采用轴流风机压风，轴流风机布置于EL222.5m平台。

2.3施工用水

水箱：在就近溪沟采用浆砌石筑堰，用D50钢管引水至EL222.5m 60m3水箱；再用D30塑料管将水引至工作面。如溪沟水流不足，则从厂房水箱抽水至调压井水箱。

2.4施工排水

利用调压井EL.222.5m平台周围已有的排水沟，井口周围浇有锁口圈梁，可以防止地表水溜入井内。井内随机布置集水坑，利用排水管将井内积水排出。

2.5施工用电

利用调压井EL.222.5m平台附近的T13变压器为工作·面供电。并配备350KW柴油发电机以保障停电状况下施工的正常进行。

2.6 施工防火

在调压井EL222.5m平台和EL188.0m平台各放置3瓶干粉灭火器用于施工防火。

2.7施工道路

2.7.1上通道

D6道路为调压井施工的上通道，直接连接至调压井EL.222.5m 平台。

2.7.2下通道

D1道路通过开关站连接至2#支洞为调压井施工的下通道，支洞为城门洞型，B×H＝4.5×6m，长299.6 m，i=8.5%,交于引水隧洞0+2919.74 m处，距调压井118.1 m。

2.8提升设备与爬梯

2.8.1提升设备

井筒施工提升使用55吨履带吊。下井筒施工提升设备由“门”字井架、吊篮、滑轮、卷扬机组成；调压井开挖至EL.188.0m时，封闭井口,安装井架和吊篮。吊篮采购自国内附带滑轮组、限位器、防滑坠系统、卷扬机及钢缆绳。

2.8.2爬梯

行人爬梯采用φ20钢筋L63*5角铁制作，尽量利用系统锚杆固定在井壁上，如有必要增设2.0m长锚杆用以固定爬梯。护栏用φ16钢筋焊制，单节长1.5m，在厂区综合加工厂加工，15t载重汽车运至施工现场，吊机运至工作面，电焊安装。井壁每10.5m设置一个休息平台。

2.8.3井口保护

上井筒开挖时，利用现有圈梁结合φ50脚手管在井口周围形成护栏，护栏高1.5m。

下井筒开挖时，在井口用16#工字钢,C20b槽钢组成框架梁，上面铺设波纹钢板盖住井口；井口周围用φ50脚手管保护，护栏高度1.5m。

3.施工方法研究

3.1三种施工方法的比较

调压井面貌：EL222.5-219.5m已经开挖完成，锁口混凝土完成，并完成井壁的喷砼支护，锚杆已完成70%。

2#支洞至与主洞交叉口，预计G5（153.1m，含与调压井交叉位置18榀钢拱架安装）、G6（28.5m裤衩段）段开挖完成三个多月时间，计划完成时间在2012年6月底完成。

方案1：在主洞G5、G6段打通之前采用正井开挖法开挖并完成反井钻进平台布置。采用吊机吊挖机进基坑出渣，吊机吊渣，自卸车运输。G5、G6段打通后，采用反井钻机施工。

施工程序：(EL219.5-EL206m)18m大井开挖→反井钻机布置→(EL206-104.3m)先导孔→导井（1.4m）→（EL206-188m）18m大井→(EL188-104.3m)5m小井

计划完成时间：2012.03.25-2012. 05.31

方案2：整个上层大井均采用正井开挖法，采用吊机吊挖机进基坑出渣，吊机吊渣，自卸车运输。大井开挖完成布置反井钻机，采用反井钻机施工。

施工程序：(EL219.5-EL188m)大井开挖→反井钻机布置→(EL188-104.3m)先导孔→导井（1.4m）→(EL188-104.3m)5m小井

计划完成时间：2012.03.25-2012. 10.13

方案3：不采用吊机出渣方式，在主洞G5、G6打通之前仅完成反井钻机的布置，施工程序：(EL219.5-EL104.3m)先导孔→导井（1.4m）→(EL219.5-188)18m大井→(EL188-104.3m)5m小井

计划完成时间：2012.06.01-2012. 12.28

调压井方案的比选

方案1、2、3相同点：

（1）上井筒锁口段施工至EL219.5m。

（2）返井钻机溜渣井施工。

（3）上井筒正向扩挖（如有）。

（4）下井筒正向扩挖。

方案1、2、3不同点：

（1）方案1、2上井筒明挖(方案1明挖至隧洞贯通停止，方案2明挖至上井筒结束)。

（2）方案3待底部隧洞贯通后施工导井。

方案1,2与方案3相比增加了上井筒明挖施工其优缺点为：

优点为：

（1）节约调压井工期。

（2）降低溜渣井堵井概率,.缓解2号支洞出渣压力（明挖石渣将由上通道运至4号弃渣场）。

（3）减少出渣运距。

（4）作为调剂工作面可适当减少施工人员

缺点为：

（1）增加吊机使用时间

（2）增加60履带式挖机使用时间。

（3）方案1中反井钻机施工期间60挖机闲置1个半月。

综合以上方法的比较和几位专业的讨论，考虑到工期的紧迫性、施工雨季的影响等，最后确定采用上井筒尽量采用明挖的方式进行开挖，其开挖深度与引水隧洞G5,6,7,8段贯通时间有关。现假定开挖至EL200.0m，并安装调试完反井钻机时，引水隧洞G5,6,7,8段贯通，在采用方案3的方法施工。

3.2施工方法

3.2.1上井筒正向开挖

3.2.1.1 锁口段施工

（1）竖井顶部3.0m钻爆开挖，采用反铲挖渣，15吨自卸车出渣至4号弃渣场，锁口锚杆施工；

（2）采用组合钢模板，D50钢管脚手架、钢管拱架施工，利用锚筋焊接拉条加固。

（3） 利用布置在3号弃渣场的CVC拌合系统拌制混凝土，搅拌车运送混凝土入仓。

3.2.1.2 上井筒正向开挖

采用钻爆法进行开挖，根据每层的地质情况制作爆破设计报监理审批。爆破后用履带吊吊反铲及吊笼至开挖工作面，反铲挖渣至吊笼，履带吊将吊笼吊至EL222.5m平台堆渣场。装载机在堆渣场将石渣装至15吨自卸车，出渣至4号弃渣场。

3.2.2导井开挖

3.2.2.1反井钻机选型

根据本工程调压井井筒开挖深度等，采用AT1500型反井钻机，其基本参数与施工指标见表2。

表2基本参数

3.2.2.2反井钻机安装与调试

（1）施工准备

在调压井EL200.0m平台开挖反井钻机基坑，并清理到完整岩石上后，浇筑混凝土，铺设枕木和钢轨。

（2）设备安装与调试

吊装反井钻机，用测量仪器反复校正钻机，使钻孔方向精确对准竖井中心线。

在调压井EL200.0m平台布置反井钻机的液压、电器、控制系统、钻具等，并配备足够的稳定钻杆。按照钻机操制程序逐个调试系统，以保证设备正常运行。

（3）循环液选择

反井钻机在钻进过程中，使用清水作为循环液。

3.2.3导孔钻进与孔斜控制

3.2.3.1导孔钻进

反井钻机调试正常后，采用Φ250mm钻头，扶正器扶正钻杆开孔。钻进1m后，测量孔斜偏差，满足要求正常钻进，否则重新开孔。在钻进过程中对记录分析，观测反出岩屑情况，初步判断地层岩性。导孔接近贯通时起，下平洞安排专人实行封闭管理，禁止人员、设备从井底通行。

3.2.3.2钻孔孔斜控制

孔斜一旦产生, 纠正起来颇为困难,根据工程地质和地质界面的变化具体情况，采用以下措施预防和纠正孔斜。

（1）.开孔：开孔前必须校正钻机, 以保证开孔孔位和孔向；

（2）钻进过程控制：在钻进过程中，须时刻保证钻杆、钻头与孔之间的同心度。

（3）加设稳定钻杆：钻孔过程中钻杆受钻机的推力和重力作用容易发生弯曲，造成偏钻，加设稳定钻杆是解决偏钻的有效方法之一，一般钻孔至2m时加一根，至5m加一根，然后每10m加一根。

（4）孔斜测量控制：导孔钻进过程中在保证测斜仪的精度同时，加大测斜频率，以便早发现孔斜不能满足要求时，及时得到处理，为后面工作顺利打下基础；钻进5.0ｍ～10.0m用测斜仪测一次顶角和方位角，如果出现孔斜现象，根据孔斜计算成果采取措施纠正，如重新支垫钻机、改变钻进压力等方法加以纠正。

（5）钻孔速度控制：导孔钻进太快容易发生偏钻，过慢功效太低，工期太长。一般开孔后30m按3～9m/d控制；30～80m按9～30m/d控制；80m以后按30～40m/d控制。

（6）钻压和转速控制：钻压、转速控制见表3。

3.2.4不良地层穿越办法

在导孔钻进过程中，应对破碎带、泥岩等地层进行必要的处理，根据钻进过程观察，导孔钻到这些地层时，加大循环水量，将断层中泥质冲洗较干净后，提钻进行固结灌浆处理。灌浆处理时水泥浆由稀到浓逐渐加大稠度。使其达到一定的扩散范围。然后重新钻进导孔，当通过大部影响带后，再将钻具提出，用稀浆进行全孔灌浆，主要是增强地层稳定性和封堵部分地层涌水，然后继续钻进，直到和下平洞贯通。

3.2.5扩孔与出渣

（1）扩孔：采用装载机端运1500mm扩孔钻头，在引水隧洞用千斤调整连接钻杆，使钻杆对准扩孔钻头中心，然后下钻对接。供水系统开始注水，慢速上提钻头。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提。用最低转速旋转，并慢慢提升钻头，以保证钻头滚刀不受过大的冲击而损坏。给进一些停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。开始扩孔时，下边要有人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔。在扩孔过程中。当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孔过程，拆下的钻杆要进行清理，上油带好保护帽。当钻头距基础2.5m时，要降低钻压慢速扩孔，并且认真观察基础周围是否有异常现象，如果有必要及时采取措施处理。慢慢扩孔，直至钻头露出地面，悬挂钻头，拆移钻机。

（2）出渣：在下平洞用装载机装渣，自卸汽车运至渣场。扩孔时必须及时出渣，防止堵孔。

3.2.6竖井扩挖

3.2.6.1竖井扩挖措施

（1）初拟爆破参数

竖井扩挖采用光面爆破，梯段高度1.2～1.5m。光爆层厚度50cm，光爆孔间距40～50cm，孔深1.5～1.6m，孔径45mm，线装药量75～200g/m，间隔不偶合装药。辅助孔间排50～55cm，单位耗药量1.2～1.7kg/m3。

（2）爆破效果要求

残留炮孔痕迹，应在开挖轮廓面上均匀分布。相邻两孔间的岩面平整，孔壁不应有明显的爆震裂隙；相邻两茬炮之间的台阶或预裂爆破孔的最大外斜值，不应大于20cm。为了有利于扩挖卸渣，防止堵井事故发生，爆渣块度要小于导井直径的1/3。

（3）测量放线

采用铅垂仪和钢尺进行测量，每排炮后投放竖井中心线，钢卷尺测放周边线，红漆标注炮孔位置。

（4）钻孔作业

采用YT28手风钻钻孔，要求井壁平整，每排炮按“平、直、齐”的要求进行检查；周边孔的外偏角控制在钻机所能达到的最小角度。

（5）装药、起爆

装药前用高压风冲扫炮孔，炮孔检查合格后，进行装药。光爆孔用导爆索、小药卷间隔不耦合装药，掏槽孔、辅助孔采用导爆管雷管装药，装药密实，堵塞良好。装药结束、复核检查，确认无误，连接电雷管，撤离人员和设备，在井口用发爆器起爆。调压井上部岩石完整性和稳定性较差，扩挖时要采取短进尺，弱爆破，及时采取支护措施，确保施工安全

（6）安全处理

井下爆破后，通风散烟结束，第一下井人员先进行检查并清除井壁上残留的危石及碎块，确认安全的情况下，后续人员下井作业；在施工过程中，经常检查井壁围岩稳定情况，清撬可能塌落的松动岩块。

（7）出渣及清底

施工人员先站在吊篮上用锄头扒渣，清理出作业平台时，在导井口上放置安全格板，方可离开吊盘，格板在下一次爆破前拆除，提升到地面或放置在吊篮上。

导井格板为型钢和钢板混合结构，格板在保留岩体上的搭设长度不小于30cm；作业时经常检查格板是否移位；

调压井扩挖利用导井做为临空面，部分石渣沿导井落到下平洞，剩余部分利用挖机或人工卸渣。下平洞必须及时出碴，以防导井堵塞。

3.2.6.2防止导井堵塞措施

（1）竖井扩挖时，减小炮孔深度、间距、排距，适当加大爆破药量，控制爆破石碴块度，使其小于导井直径的1/3；

（2）竖井扩挖时，采用多段位导爆管雷管，孔内延时爆破，加大各段雷管起爆间隔时间；

（3）及时装运井下石碴，下平洞堆碴不得超过洞顶高度。

（4）导井一旦堵塞，处理难度较大，最常用和最有效的办法是：向导井大量注水，使爆碴充分湿润，先将粉碴和小碴冲落，架空大块石碴，减小岩块与岩块间、岩块与井壁间摩擦，依靠重力使其自由下落而疏通。

4.结语

通过越南松邦4水电站调压竖井的开挖施工，笔者认为：在施工中我们大都按照理论的施工技术方案和个人所具有的经验进行施工，竖井开挖施工过程中，应该根据实际情况选择合理的施工方法，这是非常重要的。（1）对于复杂地质条件的大断面竖井开挖，必须作好井口的处理工作。在竖井的开挖中切忌一开始就抢进度，应该根据实际情况来调整施工进度，从抓施工组织与管理上抢进度。（2）对于软质破碎岩层、地质条件较差的情况，应在竖井开挖前进行地基的基础处理。采取固结灌浆增强岩体的密实性、整体性，提高岩体的力学性能，为竖井开挖创造良好安全的施工条件，确保工程的施工安全，加快施工进度，提高工效。参考文献：1.《水利水电施工手册》（地基于基础工程）  中国电力出版社，2004年 2.《现代水利水电工程爆破》 张正宇，中国水利电力出版社2003年

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。