高原水电站竖井开挖施工技术

韩建平

(中铁十六局集团第一工程有限公司，北京市 101300)

高原水电站竖井开挖施工技术

韩建平

(中铁十六局集团第一工程有限公司，北京市 101300)

结合青海省玉树州查日扣水电站建前工程导流洞项目通气孔及旋流竖井开挖实例，对高原缺氧地区竖井开挖制定了具体的开挖方案，利用反井钻机开挖导井及人工扩挖相结合的施工工艺，有效的降低了竖井开挖难度，加快了施工进度，施工过程安全可靠，开挖质量合格，表明该施工方法可行，为今后类似工程提供参考。

高原高寒地区 竖井开挖 反井钻导孔 导井开挖 人工扩孔

1. 程概况

查日扣水电站建前工程导流洞项目位于青海省玉树州下拉秀乡，地处青藏高原腹地，海拔3985m，区内多年平均气温3.7℃，极端最低气温－24.1℃，地处高原高寒地区，施工时严重缺氧，施工人员、机械效率严重降低。在导流洞、交通洞及泄洪洞开挖完毕后进行通气孔和旋流竖井开挖，竖井顶部连接交通洞，竖井底部连接导流洞，中间与泄洪洞相接，通气孔高40.04m，开挖断面小（5.3m2），开挖时难以布置通风系统，旋流竖井高50.35m，开挖断面较大。

2. 查日扣水电站通气孔及旋流竖井施工

2.1 竖井施工工艺流程

竖井开挖施工工艺流程为：导孔施工→导井一次扩挖→全断面扩挖→竖井支护

3. 导孔施工

导孔施工采用反井钻机进行，首先通过测量精确测定竖井施工坐标，将反井钻机就位固定，做好钻机施工所需风、水、电等施工准备工作。

反井钻施工分为φ216mm导孔钻孔、φ1400mm导孔扩孔2个步骤，钻机调试试运转正常后进行φ216mm钻孔施工，导孔使用牙轮钻头自上而下钻进，开启冲洗液循环系统向孔内供水，正常反水后开始钻进。开孔时随时调整钻孔的角度以满足设计要求，钻进过程要观察仪表，控制合理钻压，一般钻压为2-5MPa。在每根钻杆钻进完毕加接钻杆时，待孔内的细碴排完后再接钻杆继续钻进。

导孔钻孔完成后进行扩孔，在竖井底部扩孔钻头安装完成后开始自下而上反拉进行扩孔，扩孔开始施工时一般围岩破坏严重，钻头周围难以均匀受力，因此，采用副泵提供较小、均匀的动力，进尺控制在10cm/h左右。

扩孔过程也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆进行必要的清理，上油戴好保护帽，钻杆拆除时要注意钻杆卡瓦正确摆放及自身完好程度，防止出现卡瓦突然断裂，造成扩孔钻头、钻杆脱落。

4. 导井扩挖及支护

4.1 导井扩挖施工工艺

导孔施工结束后，进行导井扩挖施工，将导孔从φ1.4m先进行一次刷井，扩大到φ2.8m，再进行全断面扩挖和支护，一次刷井和全断面扩挖竖向间距不超过3m。因通气孔设计开挖断面直径为φ2.8m，因此可以一次刷井到设计断面，对于旋流竖井可分两次刷井扩挖完成。

4.2 施工方法

4.2.1 洞口开孔

在导井扩挖前，通过精确测量后，首先在竖井顶部进行洞口扩挖，扩挖深度为1m左右，本次扩挖采取“短进尺、弱爆破”的原则，保证洞碴破碎且通过导井落于竖井底部导流洞。

4.2.2 洞口混凝土护壁施工

在洞口1m深导井扩挖完成后，为防止竖井扩挖过程中竖井顶部坠物造成安全隐患，临时制作简易混凝土模板，在洞口浇筑混凝土护壁，护壁净空直径为2.8m，混凝土标号为C30以上，标高高于洞顶处路面20cm，混凝土浇筑完成后在竖井顶部安装防护网。在洞侧壁预埋φ25钢筋爬梯，爬梯上下间距为60cm。

4.2.3 架设卷扬机

根据施工情况卷扬机一般采用3-5t慢速卷扬机，具备断电制动的功能。采取措施将卷扬机固定在竖井轴线正上方。卷扬机钢丝绳通过卷扬机动滑轮后重合于竖井中心线。

4.2.4 测量控制

将测量导线引控制点到井口附近，用于竖井中心线放样。井下用钢尺拉距离放样，并用全站仪定期检查垂球的精度。

4.2.5 钻孔及一次扩挖

配备直径1.5m的吊蓝，吊篮可以运输施工机械、材料，且有封闭导井的作用，吊篮固定于卷扬机钢丝绳下挂钩。扩挖前用吊篮将导井封闭，避免施工时人员、机械、碎石坠落。扩挖自下而上进行，吊篮降落到位后，施工人员通过洞壁爬梯到达作业处，用气腿式凿岩机改装后进行垂直向下钻孔，一次扩挖钻孔直径为φ 2.8m。钻孔时孔深为1.5m为宜，每次爆破深度为1.2m左右。

4.2.6 全断面扩挖及支护

为保证井壁扩挖质量且减少安全隐患，对于旋流竖井而言，全断面扩挖与一次扩挖交替进行，竖向间距不能超过3m，采用光面爆破，每次爆破深度不宜超过1.5m。每扩挖2个循环后，将上部成型断面进行锚杆、喷射混凝土支护，锚喷支护时，待吊篮将导井封闭后施工，喷射混凝土作业面距竖井顶部深度小于20m时，将喷锚机安放在竖井上方洞口外，喷锚机将混凝土料通过管道直接送达作业处，超过20m时，为防止管道堵塞，可以另行加工直径为φ1.5m的运料斗，将喷锚料及喷锚机运至作业处进行喷射混凝土作业。

4.2.7 装药与起爆

将火工材料用吊蓝运到作业面，人工装药连线，孔内用毫秒雷管连接并用电雷管起爆。

4.2.8 出碴

爆破完成人工将爆破面进行扒碴排险后，用吊篮将导井封闭，用装载机配合自卸车在导流洞出碴，在竖井下方出碴时，竖井内不准进行施工作业。

5 防堵井措施

5.1 在扩挖过程中，为了防止石碴堵井的发生，应采取以下措施：

5.1.1 合理布置炮孔密度，合理装药，炮孔间排距不大于50cm，爆破后松碴粒径不大于50cm。

5.1.2 用毫秒雷管合理分段位延期爆破，避免爆炮后石碴集中挤压堵井。

5.1.3 导井下口堆碴距井口距离小于2m时应及时出碴，避免堆碴堵井。

5.1.4 人工在井内扒碴时，注意观察导井内风向及气流情况，防止堵井后继续下碴，致使导井全部堵死，无法处理。

5.1.5 竖井下部导流洞出碴次数按不堵塞下部集碴区导井孔口的排炮数为原则，以多堆碴为好，减少出碴次数，可加快施工进度。

6结论

6.1 查日扣导流洞竖井开挖施工中，竖井开挖过程及结果体现了反井钻机开挖导井结合人工扩挖施工方法的特点和优势，可供类似工程参考。

6.2 反井钻机开挖导井结合人工扩挖的竖井开挖方案，可以明显降低施工难度，减少施工危险性，缩短工期，节约成本，经济效益显著。

6.3 在高原高寒缺氧地区，此方案可以最大限度的克服高原地区施工人员缺氧效率降低、施工机械效率下降的问题，做到了“安全、优质、高效”的施工特点。

[1]SL172-2012小型水电站施工技术规范

[2]DL-T5407-2009水电水利工程斜井竖井施工规范

TU75

B

1007-6344（2015）12-0269-01