印尼PAKKAT水电站隧洞竖井开挖及支护施工技术探讨

谢　盛

（江西省水利水电建设有限公司　江西　南昌　330025）



印尼PAKKAT水电站隧洞竖井开挖及支护施工技术探讨

谢盛

（江西省水利水电建设有限公司江西南昌330025）

摘要本文结合帕卡特水电站中引水隧洞竖井施工实例，针对本工程岩石整体性差且易破碎的情况，针对竖井不同地质条件，提出3种不同的支护方式，总结出不同类型地质情况下竖井开挖及其支护的具体施工技术。

关键词隧洞竖井开挖；光面爆破；开挖支护

1　工程概况

帕卡特水电站位于印度尼西亚共和国北苏门答腊省帕卡特区境内,坝址位于东经221°29′21″,北纬2°08′03″，AekSirahar河上游，河床高程440m～450m处，距帕卡特区中心约5km，距省会棉兰320km。厂址位于东经221°29′26″,北纬2°07′38″，在坝址下游约0.35km处（顺河），坝址以上集雨面积251km2。本枢纽主要建筑物有：混凝土重力坝（含溢洪道），发电引水上平洞，竖井，下平洞及发电厂房，升压变电站等。

引水隧洞上平洞总长308m，坡度为1%，隧洞开挖直径3.6m，衬砌型式为不衬砌、喷锚支护和钢筋砼衬砌，衬砌工程量在隧洞开挖揭露后，根据实际地质条件调整。砼衬砌段采用C25砼，衬砌厚度30cm，衬砌后洞径为3.0m。锚喷段采用挂网Φ6@20×20喷C30砼厚10cm，局部不稳定段增加随机锚杆。不衬砌段的锚喷段底部抹15cm厚C20素砼。混凝土衬砌段均需固结灌浆和回填灌浆。

在桩号0+323.156m处为竖井,用转弯半径15m和8m的圆弧与上、下平洞相连接，井深为133m，开挖直径3.8m，410m以上高程采用C25钢筋砼衬砌，衬砌厚度为40cm，衬砌后洞径为3.0m。其下为Q345- C钢板衬砌，衬砌后洞径为2.6m，井壁需进行固结灌浆。竖井后接下平洞至隧洞出口（桩号0+430.412m），纵坡为1%，开挖直径3.2m，采用Q345- C钢板衬砌，钢板厚度为14mm～22mm，采用C20砼回填，衬砌后直径为2.0m。竖井全长145.068m（含上、下反弧段），高差130.152m，开挖洞径4200mm，钢衬直径3000mm，板厚14mm～16mm。通过反井钻机扩孔情况推测，岩石节理发育，岩石整体性差，较破碎，渗水较严重。

2　竖井开挖施工方案选取

本工程竖井开挖采用全断面光面爆破的方式进行。YP—27、YP—24气腿式风钻凿岩造孔，人工装填炸药，电雷管起爆，爆破后采用扒渣机、翻斗车出渣。

（1）钻爆施工。由于反井钻机已经扩出了直径1.4m的中心孔洞，所以只布置辅助孔和在设计轮廓线上布置周边孔。辅助孔孔轴中心布置在半径1400mm的轮廓线上，孔距500mm。周边孔孔距440mm。孔深全部为2000mm。为了分开管路、电路。在靠下游侧开挖一500mm×1200mm的凹槽，该凹槽内一侧布置风、水管路，一侧布置电路。

（2）出渣处理。爆破后留在平台上的石渣采用人工推向导洞，自落到竖井底部。在下平洞采用扒渣机、翻斗车联合出渣。每3排炮出渣一次。根据竖井不同高度的地址条件，对竖井采取以下3种不同的支护方式。1、对岩石结构较好，渗水量少的地段，采取挂钢丝网和钢筋网相结合并喷砼的方案进行保护；2、对岩石结构较好，渗水量大的地段，采取内挂钢丝网和钢筋网，外挂安全网相结的方式进行保护；3、对岩石破碎或夹泥质断层等地段，采取钢筋网和现浇C20砼的方式进行保护。

（3）井口锁口、起吊安全架。对竖井开挖施工时，竖井锁口采用八角形钢筋砼。在水平方向布置2排锚筋，竖直方向布置一排锚筋，砼采用C20砼，砼高出地面500mm。在锁口的上部采用钢结构对竖井顶部进行支护保护。防止岩石脱落及水漏入井内。钢架10根150的工字钢作立柱及横梁，顶部采用10号槽钢沿岩壁支撑，空隙部位采用槽钢顶密实，并在岩壁紧贴一层钢丝网。在框架上部采用铁皮瓦进行挡渗水。

（4）开挖施工所需的起重设备选取。由于人员、物质等需要通过起重设备下到工作面，因此在竖井的上反弧段布置起重设备。另外，本工程开挖施工主要起重设备由5t卷扬机一台、门式吊架和2套升降机等组成。其中5t卷扬机的运行速度为10m/min，配置钢丝绳为Φ19.5，5t卷扬机安装在离竖井中心15m处，门式吊架布置在竖井中心处。通过安装在吊架上的5t定滑轮导向，从竖井中心处起吊。升降机采用清洗高层建筑外墙的双吊点升降机，该设备在吊篮中控制升降，双吊点可以防止在升降时吊篮旋转，并配有自动锁定装置和电机失效安装装置，安全性好。一套升降机安装在井口顶部钢架上，一部安装在施工平台下方。

3　竖井开挖施工所采取的支护方案

为了提供支护空间，不对原设计的安装、运输空间造成影响，本工程对竖井开挖时采取增大开挖半径的方法，如图1所示。即开挖直径增加至4400mm（对需要现浇砼的地段，直径增加至4600mm）。鉴于本工程中岩石节理发育，岩石整体性差，较破碎以及渗水较严重，该情况下进行大直径竖井开挖，如何采取合理的竖井支护是工程施工关键要点。因此需要对竖井开挖施工全过程中采取有效的支护方式，鉴于此，本工程结合竖井不同高度情况，对竖井采取以下3种不同的支护方式。对岩石结构较好，渗水量少的地段，采取挂钢丝网和钢筋网相结合并喷砼的方案进行保护；对岩石结构较好，渗水量大的地段，采取内挂钢丝网和钢筋网，外挂安全网相结合的方式进行保护；对岩石破碎或夹泥质断层等地段，采取钢筋网和现浇C20砼的方式进行保护。

图1　竖井上弯开挖方案图

3.1挂钢丝网和钢筋网相结合并喷砼的方案

针对本工程中岩石结构较好、渗水量少的地段，对竖井支护方式采取挂钢丝网和钢筋网相结合并喷砼的方案进行保护。锚筋采用螺纹钢筋直径22m，单根长度3.0m，同时要求锚筋深入基岩2.8m，锚筋间距1.2m，每排11根，排距1.5m。锚筋采取梅花形布置，在锚筋之间增加一些固定点，使钢丝网、钢筋网成圆弧状。支护所选用的钢丝网要求钢丝直径2.5mm，网眼尺寸50mm～60mm；选取的钢筋网要求钢筋直径19mm，上下间距200mm，竖向钢筋22根直径19mm，22根直径13mm。砼采用C30砼，厚度为100mm。

（1）对于竖井高度小于20m的竖井开挖施工，应当在爆破完成后，作业人员通过提升设备下降到作业面，清渣完成后作业人员站在施工平台上对未进行支护的岩面清理松散岩石，清理石渣。采用风钻机钻锚筋孔，完成后，采用砂浆中掺少量速凝剂作泥胶材料埋设锚筋。作业人员的安全带挂在锚筋上，以防人员坠落。吊运钢丝网下到作业面，人工挂网。钢丝网紧靠岩壁，离岩壁距离大的部位增加小锚筋进行加固处理。钢丝网采用铁丝与锚筋连接。增加的小锚筋采用冲击钻钻孔，钻头14mm，用直径13的螺纹钢捶打植筋。加工场加工的弧形钢筋网片吊装，把钢筋网与锚筋焊接牢固。所有的钢筋接头全部采用焊接。对于局部需要采用钻孔引水的部位安装排水管，堵塞漏水缝隙。每2m为一次安装段，安装在安全平台上进行。钢筋网的底部离爆破面保持在4m的高度。

（2）对于竖井高度大于20m的竖井开挖施工，本工程采取的施工流程如下：安装安全平台、施工平台。人员在施工平台上对上部已经安装了钢丝网、钢筋网的岩壁进行清洗。清洗完毕后，把喷射机安装在施工平台中间，连接管、线。砼通过吊篮吊至安全平台上，通过安全平台中间的活动门进行喂料。喷射人员在施工平台内进行喷射作业。每喷射2m高后，平台通过卷扬机下放2m，并锁定平台在锚筋上。进行下一段的喷射施工。喷射砼每10m高度为一次施工，喷射砼的底部始终保持离作业面10m高度。

3.2内挂钢丝网和钢筋网，外挂安全网相结合方案

针对本工程中岩石结构较好但渗水量大的地段，对竖井开挖支护方式采取内挂钢丝网和钢筋网，外挂安全网相结的方式进行保护。开挖爆破完成后，作业人员通过提升设备下降到作业面，清渣完成后作业人员站在施工平台上对未进行支护的岩面清理松散岩石。然后采用风钻机钻锚筋孔，钻孔完成后再采用砂浆中掺少量速凝剂作泥胶材料埋设锚筋。锚筋埋设完成后，则可以采取人工挂网。但值得注意的是，针对于离岩壁距离大的部位应当增加小锚筋作加固处理。本工程采取增加的小锚筋通过采用冲击钻钻孔，把钢筋网与锚筋焊接牢固。所有的钢筋接头全部采用焊接。

3.3钢筋网和现浇C20砼相结合方案

针对本工程中岩石破碎或夹泥质断层等地段，对竖井开挖支护方式采取钢筋网和现浇C20砼相结合的方式。该方案的支护方式与第一种支护方式相同，本方案混凝土选用C20。但本方案为了方便施工，安全平台固定在需要浇筑砼段的底部。模板采用钢拱架，木板相结合的方式。砼采用吊罐吊运到安全平台上，人工铲锹入仓。

4　结语

文章结合帕卡特水电站中引水隧洞竖井施工实例，针对该工程中岩石节理发育，岩石整体性差且破碎情况，提出合理的竖井开挖方式以及支护方案，结合不同高度的地质条件，对竖井开挖施工采取了3种不同的支护方式。从工程实施效果表明，本工程竖井所采取的开挖以及支护方式是安全有效的，可为同类工程提供参考实例。陕西水利

参考文献：

[1]丁勇．巴贡水电站引水隧洞竖井开挖施工[J].四川水力发电，2011，（12）：227.229.

[2]吕海强．正井法施工在东涌水库输水隧洞竖井开挖中的应用与探索[J].人民珠江，2013，（12）：52.56.

[3]张营营;石向阳．Safety Check List在电站引水隧洞竖井开挖支护中的应用[J].河南水利与南水北调，2013，（05）：227.229.

（责任编辑：唐红云）

中图分类号：TV554

文献标识码：C