山西省小浪底引黄工程调压井开挖及初期支护施工技术

赵文静

（山西省小浪底引黄工程建设管理局 山西太原 030002）

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程位于山西省运城市，工程干线自小浪底库区取水，由引水干线、灌区工程、工业和城镇供水工程三部分组成，主要任务是解决盐湖区、闻喜县、绛县、夏县、垣曲县五县（区）农业灌溉、工业和城镇生活、生态用水问题。设计流量20 m3/s。引水起始于垣曲县境内板涧河河口右岸的小浪底水库，终止于闻喜县境内的吕庄水库，线路总长度59.6 km。

调压井位于地面厂区，从竖井底板高程至井顶高差89.85 m，即井总高度为89.85 m，若以井底板相对高程为零点计，倒挂井段（相对高程89.85 m至相对高程79.85 m）的开挖直径为13.3 m，喷混凝土厚15 cm，相对高程79.85 m以下竖井的开挖直径为12.3 m，喷混凝土厚15 cm。最高涌浪水位相对高程为86.53 m，最低涌浪水位相对高程为15.52 m。

2 工程地质条件

调压井上部开挖边坡为岩质边坡，强风化岩体，岩体完整性差，存在边坡稳定问题，为Ⅲ类围岩，建议临时开挖坡比 1∶0.75—1∶1，永久开挖坡比 1∶1.25—1∶1.5。调压井岩体完整性较差，裂隙较为发育，岩层与多组裂隙共同作用，易形成不稳定块体，规规模较大的各种变形和坡坏部可能发生，变形破坏严重，建议喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌。

相对高程64.85 m以下位于地下水位以下，岩体多具中等透水性。竖井施工存在涌水问题，可能存在突水、突泥现象。为IV类围岩，应采取足够的降排水及封堵措施，并加强施工地质超前预报工作。

3 施工重难点

1）竖井工期紧、任务重

由于调压井下方引水隧洞未贯通，调压井高度高、工期紧，任务重，目前竖井不具备反井施工条件，因此采取正井法自上而下进行开挖。为抢抓工期，锁口段前6 m（相对高程89.85 m～相对高程83.85 m）采取拉槽开挖，拉槽宽度3 m，长度20 m，挖机通过拉槽进入调压井内进行施工。相对高程83.85 m以下采取履带吊车配合挖掘机的方式进行施工。

2）施工作业面干扰大

由于调压井位于地面厂区，目前地面厂区正处于施工高峰期，电缆竖井、通风洞、地面厂区边坡马道均正在施工，为防止爆破产生飞石影响周围作业面安全，减小施工干扰，调压井井口倒挂井段前10 m采用挖机破碎锤进行开挖，之后的采用装药爆破。

3）竖井高度高，井口地质条件差

由于调压井高度较高，井口地质条件较差，为保证调压井开挖施工安全，在竖井开挖过程中，采取边开挖边浇筑锁口混凝土的方式进行施工。

4）竖井距离河岸近，可能存在涌水情况

调压井位于板涧河左岸地面厂区，距离板涧河河床较近，根据设计图纸，推测地下水位线位于竖井64.85 m高程左右，在开挖过程中可能存在竖井涌水情况，为此，在开挖过程中备足抽排水设备，做好竖井抽排水工作。必要时采取超前探水、堵水等措施。

4 调压井开挖及初期支护

1）调压井上部（相对高程89.85 m～相对高程79.85 m）开挖及初期支护

竖井倒挂井段（相对高程89.85 m～相对高程79.85 m）为Ⅲ类围岩，开挖直径为13.3 m，锁口混凝土厚0.5 m。相对高程89.85 m～83.85 m采用拉槽开挖，拉槽宽度3 m，拉槽长度20 m，挖机通过拉槽进入调压井内进行施工，相对高程83.85 m以下采取履带吊车配合挖掘机的方式进行施工。为防止爆破产生飞石影响周围作业面安全，减小施工干扰，调压井井口倒挂井段（相对高程89.85 m～79.85 m）采用挖机破碎锤进行开挖。竖井的初期期支护为：直径8 mm间距20 cm×20 cm钢筋网，喷15 cm厚C20混凝土，直径25 mm，间距为1.5 m×1.5 m，长度为4.5m的砂浆锚杆。调压井上部（相对高程89.85～79.85 m）的初期支护见图1。

图1 调压井上部（相对高程89.85～79.85 m）的初期支护

2）调压井中部（相对高程79.85～64.85 m）开挖及初期支护

竖井相对高程79.85m以下的为Ⅲ类围岩，开挖直径为12.3 m，竖井倒挂井段（相对高程79.85～64.85 m）采取履带吊车配合挖掘机的方式进行施工。采用装药爆破。竖井段（相对高程79.85～64.85 m）爆破的孔位布置见图2。竖井的初期期支护为：直径8mm间距20cm×20 cm钢筋网，喷15 cm厚C20混凝土，直径25 mm，间距为1.5 m×1.5 m，长度为4.5 m的砂浆锚杆，调压井中部（相对高程79.85～64.85 m）竖井的初期支护见图3。

图2 调压井中部（相对高程79.85～64.85 m）孔位布置平面图

3）调压井底部（相对高程64.85～0.00 m）开挖及初期支护

图3 调压井中部（相对高程79.85～64.85 m）竖井的初期支护

竖井高程64.85m为IV类围岩，以下调压井的开挖直径为12.3 m，竖井倒挂井段（相对高程64.85～0.00 m）爆破的孔位布置见图4；采取履带吊车配合挖掘机的方式进行施工。采用装药爆破。竖井段（相对高程64.85～0.00 m）爆破的孔位布置见图4。竖井的初期期支护为：直径8mm间距20cm×20cm钢筋网，喷15cm厚C20混凝土，直径25mm，间距为1.2m×1.2m，长度为5 m的砂浆锚杆，调压井底部（相对高程64.85～0.00 m）竖井的初期支护见图5。

图4 调压井底部（相对高程64.85～0.00 m）孔位布置平面图

图5 调压井底部（相对高程64.85～0.00 m）竖井的初期支护

5 施工技术难点控制

1）施工排水布置

竖井地下水位高程在相对高程64.85 m左右，竖井深度89.85 m，洞身围岩多为中等透水岩石，同时因靠近板涧河，施工中在裂隙和岩溶发育段涌水量较大，考虑采用1台ISW150-315（I）B型（流量 173 m3/h，扬程95 m，功率75KW）水泵集中抽排，同时备用1台ISW150-315（I）B 型（流量 173 m3/h，扬程 95 m，功率75 KW）作为应急水泵，在开挖过程中如果洞内渗水量加大，则根据实际情况增加排水设施。

同时做好竖井周边边坡的引、截水沟，防止雨水倒灌；在施工过程中如果遇到突发涌水及时采取应急响应措施，及时的组织高扬程的抽排水设施；同时分析涌水原因，采用“堵、引”等方法进行处理。

2）通过含水层的施工方法

首先，最主要是要控制好挂网喷混凝土和井壁混凝土的施工质量。日常施工过程中设置集水井进行渗水的抽排。

坚持“早预报、先治水、强支护、快封闭，早衬砌”的施工原则组织施工。施工前严格执行超前地质预报工作，通过超前地质预报资料进行分析，确定岩溶或断层破碎带延伸、规模、方向与类型。对可能存在突泥涌水地段采取超前预注浆结合局部注浆方法，经注浆止水效果达到要求后，方可组织开挖施工，具体则根据现场实际情况另行确定。

3）通过断层破碎带的施工方法

井筒穿过断层破碎带，应根据实际情况采取钢筋网+喷射混凝土支护+砂浆锚杆等支护方法；同时采取“短进尺、弱爆破、勤支护”的方案。

6 竖井安全监测

安全监测包括有害气体监测、围岩稳定和变形监测。

1）有害气体监测

隧洞有害气体监测选择的仪器为：澳洲新仪器品牌EM-4便携式四合一气体检测仪，仪器具有读数准确、便携、操作简便的特点。

在围岩变化时必须进行监测，同时每班监测不得少于一次，遇有突发气体时，每班可根据情况进行多次监测，监测时每个断面测五个点，皆在竖井内侧井壁和竖井中心。有害气体监测方案和应急预案参考隧洞的有害气体方案。

2）围岩稳定和变形检测

常规每间隔10 m设置一道围岩稳定和变形的监测点，将竖井平均分为5等份进行围岩稳定和变形的观测。施工监测结合设计的永久监测设施，监测结果及时上报，以便更快捷的处理围岩稳定和变形。

7 结语

山西省小浪底引黄工程调压井的地质条件为强风化岩体，岩体完整性差，切井深深度深，施工难度大，采用分层控制爆破开挖技术，有效地解决了产生飞石影响周围作业面安全，减小施工干扰的影响。钢筋网+喷C20混凝土+砂浆锚杆的联合支护对井身进行了固定，有效地解决了大断面竖井在不良地质中的稳定性。对其他大断面竖井在不良地质中开挖有一定的借鉴作用。