达岱水电站引水隧洞调压井与竖井开挖支护施工技术

文/吴华 中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北宜昌 443002

达岱水电站引水隧洞调压井与竖井开挖支护施工技术

文/吴华 中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北宜昌 443002

本文以达岱河水电站引水隧洞竖井与调压井开挖支护为例，来探讨地下洞室中如何利用反井钻机施工形成斜井与垂直井的施工工艺。

引水隧洞调压井与竖井开挖支护；反井钻机；施工工艺

1、概述

1.1工程概况

调压井与竖井设计方案如下：

（1）调压井：为阻抗式调压井，位于5号施工支洞上游。井筒开挖深度82.4m，标准开挖直径19.40m，阻抗管开挖直径6.60m。

（2）竖井位于5号施工支洞与6号施工支洞之间，开挖断面为圆形，开挖直径为9.8m，由上弯段、竖井段和下弯段组成，上、下弯段轴线长度37.72m，竖井段35.7m，总计全长为110.9m。

1.2地形、地质条件

围岩以IV类为主，岩性以砂岩、泥质粉砂岩和泥岩的水平岩层，裂隙发育，裂面普遍夹有泥质，围岩总体稳定性较差，局部属不稳定围岩。

2、施工布置

2.1主要施工道路

施工时通过场内施工道路及支洞通道进行运输弃渣、施工设备及材料。弃渣分别运送至对应支洞外弃渣场。风、水、电利用原有平洞开挖时形成的体系施工，其中在调压井及竖井下口下游处边墙处分别设置沉砂池和集水井，增加排水管，抽取反扩时流下来的冷却水。

反井钻机进行导井施工，提升系统不考虑出渣，只考虑竖井扩挖时施工人员上下及小型施工设备、材料的运输，因此调压井采用25T汽车吊，竖井采用卷扬机配合吊篮。

3、调压井、竖井开挖支护施工方案及工艺流程

根据结构设计，按开挖方式来分调压井、竖井可分为上下弯段开挖支护和竖井段开挖支护。上下弯段施工工艺与平洞施工一样，因此本文不再做讲解。

3.1竖井段施工方案及工艺流程

3.1.1施工方案

首先利用反井钻机进行导孔施工，再采用Φ1.5m反井扩孔钻头扩孔形成导井。最后采用人工手风钻钻爆，由上至下将导井扩挖至设计断面。

导孔钻进时破碎岩屑由循环液带至井口沉淀池中，沉淀后人工挖装采用15t自卸车运至弃渣场。反井扩孔及导井扩挖过程中所产生的石渣采用侧卸装载机配合15t自卸车出渣，全部分别经5#、6#施工支洞运出。

3.2施工工艺流程

反井钻机导井施工工艺流程：钻机安装调试→正向钻取导孔→安装扩孔钻头→反向钻取导井→拆除钻机。

在导井开挖结束后，调压井、竖井扩挖工艺流程：测量放样→钻孔→装药爆破→通风散烟、散尘→安全处理→出渣→支护→转入下循环。

4、调压井、竖井段开挖支护施工工艺

本文重点介绍利用反井钻机进行竖井开挖施工工艺，因此对扩挖工艺只做简单的描述。

4.1反井钻开挖导井

4.1.1安装调试

反井钻机基础浇筑达到强度后进行安装，并调试钻机各种性能。作业时在现场设置一8m³水池，水池中间设一隔墙，将水池平分为沉淀池和清水池。钻机基础和水池之间通过深30cm水沟连接，导孔施工出现的回水，细沙、石渣沿此沟回流至沉淀池。

4.1.2正向钻孔施工

钻机安装调试运转一切正常后方可开孔。开孔钻进时，必须利用开孔扶正器和开孔钻杆配合慢速开孔，并开启泥浆泵供洗井液和冷却用水。

离钻透下平洞3m左右，应逐渐降低钻压，导孔钻透后，停止泥浆循环，但钻机不能停转，开始向孔内加清水，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时才能停钻。

对于导孔钻进返出的岩渣，必须及时清理，防止岩渣堆积。

4.1.3安装扩孔钻头、反导井施工和钻机拆除

导孔钻透后，用反铲进行底部孔口排险，并进行初喷。拆下导孔钻头接上扩孔钻头。

当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具，直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速旋转，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，给进一停下，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，才能正常扩孔钻进。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。钻孔钻进时要及时清理扩孔破碎下来的岩屑，防止下口被堵塞。

钻头距基础2.5m时，降低钻压慢速钻进，认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。慢慢的扩孔，直至钻头露出地面。

完孔后，将扩孔钻头牢固悬挂，将钻架主机等设备拆下，然后将钻头提出孔外，再将泵车、油箱等拆装整理、运输出洞外。

4.2调压井、竖井扩挖及支护

竖井、调压井分两次扩挖，第一次扩挖直径为4米，第二次直接扩挖至设计断面。第一次扩挖每次井挖深度3米，采用人工向溜渣井处扒渣，为保证施工安全需增加临时支护措施，井壁喷护5cm厚的C20砼，支护工作应及时跟进；第二次扩挖每次井挖深度3米，竖井为人工扒渣。调压井上半部30m采用25T汽车吊小型反铲至井内向溜渣井扒渣，下半部受吊车钢丝绳长度限制采用人工扒渣。

调压井、竖井扩挖之前需对井口布置Φ25锁口锚杆，然后围绕井口浇筑C20混凝土进行加固并兼挡水，并预埋Φ25钢筋用作防护栏杆。

扩挖过程中必须对每一排炮后断面进行测量放线，由熟练钻工按照测量及爆破参数钻孔作业，合理规划装药。爆破后应先对工作面进行安全检查处理后再进行喷护作业。

结语：

反井钻机施工的关键在于导孔钻孔质量，施工过程中应针对不同的围岩类别，依据经验，实施不同的工作压力、转速和适时装配稳定钻杆进行控制；在每根钻杆钻进结束后，上下提升钻头，待孔内的石渣排完后再接钻杆钻进。

另外扩挖过程需根据地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻孔机具、爆破器材和爆破效果，及时调整爆破参数。如在软弱地层中，开挖循环进尺恪守“短进尺，弱爆破，强支撑，勤观察”的原则。