俄公堡电站调压井导井开挖方案优化

谭虓隆

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081)

1 工程概述

俄公堡水电站位于四川省木里县境内的木里河上，为低闸引水式电站，装机容量132MW。调压井位于电站厂址内圆包山山顶，为开敞阻抗式调压井，矩形断面，在平面上成“L”型布置。开挖成型后长 52．7m，宽 13．4m，内径 10．4 ～11m。与调压井相交的引水隧洞底部高程为2273．1m，调压井井底高程为2279．5m，顶部高程为2345 m(图1)。调压井井口以上为70m的开挖边坡，坡比为 1∶0．3。

因工程为低价中标，利润低，工期紧，受以上条件限制，必须对调压井导井开挖方案进行优化和调整。

2 导井开挖方案的优化

2．1 原导井施工方案

调压井井体开挖出渣是工程的施工重点，因此，选择调压井溜渣导井方案是本工程加快施工进度、降低施工成本的难点。

根据其他工程导井施工的成功经验，在本工程前期准备阶段，选择LM-200反井钻机进行导井施工。导井必须在调压井井口高程2345m以上70m的高边坡开挖完成、井口平台形成后，用LM-200型反井钻机自上而下进行导孔钻孔(导孔直径为216mm)。导孔施工结束后，用LM-200型反井钻机从调压井底部自下而上施工导井，导井直径为1400mm。最后再由人工垂直自上而下将φ1400导井扩挖成φ4000的溜渣井，作为调压井井身开挖的出渣通道。

2．2 原导井施工方案存在的问题

结合工程实际情况，采用原导井开挖方案存在以下问题:

(1)原导井开挖方案规定调压井边坡于2009年4月21日开始开挖，8月5日完成;调压井导井于2009年8月6日开始开挖，井身开挖于2009年10月1日开始。而实际情况是调压井边坡从2009年6月10日才具备开挖条件，调压井导井在2009年9月24日才能开始开挖，井身开挖则推迟到2009年11月13日。若采用原施工方案，必须等待井口以上边坡开挖完成后才能进行导井施工，同时，因边坡开挖实际进度的滞后，占用了调压井井身开挖的直线工期，从而对整体工期构成了极大的压力;

(2)勘察设计资料显示:调压井井身岩体破碎，大部分为Ⅴ类围岩，岩石强度极为不均衡。根据同类施工项目取得的经验，若围岩地质条件差，采用LM-200反井钻机容易偏钻，一旦偏钻，重新校正非常困难，将出现施工中很难解决的技术难题;

(3)本工程地处四川省木里县俄公堡，距离成都955km，其中包括木里县至施工现场146km的机耕道，交通运输条件十分恶劣，且调压井导井垂直总长度只有65．5m，工程量极小，若单独从成都租用LM-200反井钻机进场，在成本控制上不经济。

由于以上几个问题的存在，尤以影响工期为无法克服的困难，而且业主方明确对原先认可的工期不作调整，因此，在考虑进度、工期、技术难度、成本控制等综合因素的前提下，对原有方案进行优化调整势在必行。

2．3 方案优化

经论证并结合采矿行业普遍采用的人工开挖导井的既有经验，决定对原有方案进行优化，由反井钻机施工正导井修改为采用人工开挖反导井进行施工。

将导井起点选择在调压井下部引水隧洞洞室的检修闸门槽部位的A点，顶部出口选择在调压井井身的C点，因调压井为L形，在井身中间设置转弯点B(图1)。

导井与水平方向的夹角为45°，全长85．56 m，开挖断面为直径3m的圆形断面。

图1 调压井导井布置对比图

导井开挖施工采用光面爆破技术，选用φ25乳化炸药，导爆索传爆，开挖循环进尺1．5m。

由于导井的开挖角度较陡，人很难直接站立在井壁进行钻爆施工，故每次开挖前在井壁搭设简易操作平台，在井壁底部预埋φ28插筋，插筋与操作平台绑扎为一体，工人在操作平台上施钻。

导井因调压井井身形状限制而不能直接到顶，故在高程2308．15m处设置转弯点B，为防止溜渣过程中在B点堵塞，导井开挖过程中，可将B转弯点进行扩挖。

溜渣导井根据实际地质情况增加了随机支护锚杆并随机喷护混凝土，以确保洞内施工安全。

导井开挖过程中，可能伴随有毒有害气体(如氨气。氨气密度小于空气，容易聚集在斜井开挖掌子面，给施工人员带来伤害)。针对该问题，采用从现有引水隧洞通风系统中设置叉管，用φ100胶管接至开挖面进行通风。通风胶管顺着导井的顶部安装，B点转弯处采用钢筋网进行保护，可以防止溜渣过程中石渣对通风胶管的损坏。

导井在2308．15m高程设置B转弯点。虽然B点经过扩挖，但当其遇到2块或者2块以上、粒径稍大的石渣同时溜下时，仍然有发生渣料堵塞的可能。一旦堵塞，应立即停止再往导井内送渣。派遣工人从导井顶部到达B点，工人在系好安全带及防毒面具等安全防护设施后，对卡在B点的石渣进行钻孔，然后采用放小炮的形式对堵塞斜井的石渣进行解小处理，从而解决了B点发生渣料堵塞的问题。

通过以上方案的优化，解决了施工中存在的问题，达到了预期的效果。

3 方案优化后产生的效益

3．1 工期效益

根据原方案，调压井溜渣导井采用反井钻机施工。反井钻机施工须浇筑钻机安装平台(底座为10cm厚混凝土基础，混凝土浇筑及等强3d)→钻机就位安装(2d)→φ216导孔开挖(每天钻进5m，65．5m长导孔需用时13d)→φ1400导井开挖(每天钻进5m，65．5m长导孔需用时13 d)→φ4000溜渣导井扩挖(人工扩挖，每循环1．5 m，每天2个循环，总扩挖时间需22d)。

采用原方案，65．5m长溜渣导井施工总时间将达到53d，且必须等待调压井边坡施工完毕才能进行，在工期上将占用调压井井身开挖53d的时间。加上实际因前期边坡开挖的滞后时间50d(边坡开挖从2009年4月21日推迟至2009年6月10日)，调压井井身开挖总进度将滞后103d。

优化后的导井虽然总长度达到85．56m，较原方案的65．5m有所增长，但人工开挖导井可以和调压井边坡开挖同时进行(从2009年6月10日开始施工，导井每循环1．5m，每天安排3个循环，19d可完成导井开挖，则在2009年6月30日可完成导井开挖)，在调压井边坡2009年9月24日开挖完成之前，导井开挖已经结束。与原方案比较，优化后的方案省去了反井钻机占用的直线工期53d。虽然对于因边坡开挖推迟的50d不能弥补，但井身开挖却可以在边坡开挖完成前的9月24日进行，较原先合同规定的井身开挖开始时间2009年10月1日反而提前了7d，从而保证了项目的总体进度。

3．2 经济效益

根据合同中的施工组织设计，调压井导井采用反井钻机施工，而后由人工扩挖成φ4m的圆形溜渣井。根据2007版四川省水利水电建筑工程预算定额，调压井采用反井钻机施工导井和人工扩挖费用分析情况见表1。

表1 反井钻机开挖导井费用表

因俄公堡水电站地处四川省木里县，从成都运输反井钻机进场费用为2万元，退场费用为0．8万元，采用原方案导井施工总费用约为14．9万元。

方案优化后由人工直接从底部开挖反导井，导井断面为φ3m，长度为85．56m的圆形溜渣井。施工费用分析情况见表2。

表2 人工开挖反导井费用表

引进专业施工人员6人，进场和退场费用按照1．5万元计算，采用人工施工反导井总费用约为9．3万元。

经过对比得知，采用人工开挖反导井的方案较反井钻机施工导井在费用上将节省5．1万元。

3．3 综合效益

方案的优化使工期得到了保证，经济上节约了成本，取得了多方面的效益，得到了业主和监理的一致好评，为企业赢得了声誉，提高了企业的品牌效应。

4 结语

俄公堡水电站调压井溜渣导井施工方案的成功优化，为今后相关单位陆续进入西部不发达、偏远地区进行水电工程建设、对类似的工程施工提供了参考。