探析快速施工工艺在中长斜井的应用

王磊

摘要：目前国内对大坡度长斜井的快速施工可借鉴的经验不多，在水利工程建设施工中对大坡度、大断面、长斜井的正井法快速施工还是一个空白。在兰州市水源地建设工程F3断层处理斜井施工过程中，我们对长斜井快速施工进行了积极地摸索和研究，取得了不错的效果。

关键词：快速;施工工艺;中长斜井

1 绪论

长斜井布置方式在矿山建设领域应用的较多，由于矿山建设领域的地质条件复杂多变，斜井的布置坡度、长度、断面大小受到了很大的限制。在水利工程建设施工中对大坡度、大断面、长斜井的正井法快速施工还是一个空白，而在水利工程建设施工在斜井基岩段施工中，一般是采用耙斗机装岩，绞车提升矿车出矸，装矸出矸效率较低，下山施工时，巷道底板清理困难，放炮后普遍存在底高现象，无法解决。当巷道底板岩性较松软时，耙岩会使巷道底板出现超挖，尾工大。另外斜井劳动组织方式一般采用的是“三八制”作业，两掘一喷，月成井一般在80m左右。

2 工程概况

兰州市水源地建设项目是甘肃省省委、省政府确定的“一号工程”，是以刘家峡水库作为饮水水源地向兰州市供水，是兰州市1号工程。兰州市水源地建设工程以刘家峡水库作为引水水源向兰州市供水。在整个工程建设中，洞径4.6米、全长31.57千米的输水主隧洞，是控制水源地项目建设的关键。输水主隧洞主要掘进任务由两台TBM相向掘进完成，F3断层处理斜井主要是为处理输水主隧洞F3断层段周围的破碎围岩段而设计，采用钻爆法将不良地质段挖除，确保TBM可以顺利滑行通过，从而保障TBM施工进度。F3断层处理斜井作为兰州市水源地工程第七标段输水隧洞的施工通道，其施工进度直接影响着该标段工程能否按计划工期完成和后续TBM施工工期，远者影响全线工程的工期。鉴于全线工程连续性，F3断层处理斜井务必按照计划工期完工。工程包括取水口、输水隧洞主洞、分水井、芦家坪输水支线、彭家坪输水支线及其调流调压站、芦家坪水厂和彭家坪水厂等。F3断层处理斜井为处理F3断层段输水主洞的措施工程，位于兰州市永靖县内，全长618.442m，倾角22.1°，断面为半圆拱形，净断面15.5m2，净宽4.4m，净高4m。

F3断层处斜井进度目标：Ⅳ、Ⅴ类围岩不低于70m/月，Ⅲ类围岩不低于100m/月，才能按时井筒落底，工期共计223天。任务重，工期紧。

3 施工方法特点

（1）采用开挖、锚喷、提升运输机械化配套作业，机械设备的合理配套，可适应不同的地质条件和施工断面，同时优化提升装矸系统，适用范围广;

（2）研究探索中深孔光面爆破技术，运用科学管理方法，提高循环进尺;

（3）采用专业工种、专业工序“滚班”作业制度，优化人员配备，合理组织，缩短单个循环时间;

（4）加强现场施工管理，抓好打眼爆破、支护、出矸重点工序的管理，提高作业效率。

4 先进的施工工艺

4.1 凿岩爆破

斜井采用全断面光面爆破开挖，钻孔采用手风钻钻孔，使用Φ50 钢管加工简易施工平台（作业平台长4m，宽3m，作业平台框架用Φ50 钢管加工而成，顶层铺设金属网，金属网由Φ6.5 钢筋焊接而成，网格为60×60mm，）作为钻孔、装药的施工平台;Ⅳ、Ⅴ类围岩施工遵循“短进尺、勤支护”的原则，循环进尺为1.2m;Ⅲ类围岩洞身段循环进尺2.2m。施工时应根据岩性及时合理调整爆破参数，周边孔采用光爆药卷并用导爆索间隔装药，严格控制装药量以便达到最佳爆破效果。

通过对中深孔爆破的探索研究，对不同的地质条件及时调整爆破图表，提高了爆破效率，保证每循环进尺不低于2.2m，有效的降低每米巷道炸药消耗量，加快了施工速度。

4.2 装岩提升

在斜井施工過程中， 出矸时间一般占总循环时间的60 %左右， 斜井排矸速度的快慢是影响进度的关键， 所以组织好排矸提升至关重要。提升运输系统主要考虑提升机选型、箕斗配置以及施工期间的提升能力。

经过调研、考察，结合目前挖斗装岩机和矿车在平巷施工工艺，F3断层处理斜井采用运输采用JK2.0×1.5矿井提升机和6m3箕斗配套使用，提高提升运输效率与安全性。一个正规循环的岩石爆破方量为38.1m3，松散系数按1.53考虑，松方为58.293m3。在618.442m井深时，提升机1小时可以提升22.77m3，考虑清底1.5h，即4.5个小时出渣清底完毕。

4.3 支护

斜井建设过程中基本都是采用单一的“二掘一喷”施工工艺，喷浆过程中其它工艺都必须停止作业。通过改进传统的“二掘一喷”施工工艺为“混合掘喷”，符合斜井的实际支护情况，满足安全生产。开口前15mIV类围岩段采用36U型钢拱架+喷砼。开口15m至Ⅲ类围岩部分采用锚网喷+29U型钢拱架支护。斜井洞身Ⅲ类围岩段支护形式为随机锚网喷支护。斜井拱部120°以下部分采用随机锚杆支护。斜井洞身V类围岩（F3断层破碎带）支护形式为锚网喷+29U型钢拱架，优化了支护方式，缩短了掘进工作面的喷浆时间，加速了掘进施工的速度。

4.4 排水

采用2级排水，工作面涌水通过风泵排入水箱（尺寸：1m×1.2m×2m），水箱设置在掌子面后50m处，安装MD4050×5型排水设备2台（流量：40m3/h，扬程：250m，功率：为55kw），通过Φ108mm×δ4.5mm排水管，将水直接排至地面。

4.5 机械化配套设备

机械化配套作业时根据具体工程条件围绕斜井施工中的钻爆、支护、装矸、运输四道工序配以适宜的配套设备进行作业，使人机操作一体化、程序化、机械化的施工作业方式。

在F3断层处理斜井开工前，我们根据工程实际和其他工程施工先进经验，通过多方案经济技术比较，确定F3斜井施工选用风钻打眼，激光指向仪控制眼位，ZWY180/75L履带式耙装机装矸，JK2.0×1.5提升机提升6m2箕斗出矸，自卸汽车排矸，井口地面用PZ8喷浆机长距离输料喷浆的机械化配套方案。

5 科学的组织与管理

5.1 劳动组织

F3断层处理斜井施工改变了传统的“三八”及“四六”作业制，采用专业工种、专业工序“滚班”作业制度与混合作业相结合的施工组织方式。掘进采用“滚班”作业制，辅助作业采用“三八”作业制。掘进分为爆破班（负责打眼放炮）、支护班（负责支护）、出矸班（负责装矸、出矸）三个作业班，辅助作业班负责提升，地面运矸、机电检修等作业。喷浆站设在井口，掘进与支护平行作业。每个作业班配备相关专业人员，

统一指挥，统一平衡，分工清，责任明确，配合密切。通过这样有效地组织，明显提高了工时工种利用率，充分发挥了每个工种的作用，调动了每个施工人员的积极性。

5.2 现场管理

斜井施工中工序主线为开挖爆破—出矸—支护，加强工序主线的管理，严格控制工序主线的影响因素，同时抓有关工序间的平行作业，即换班与点眼定位平行，钻眼与安装锚杆平行，排矸与打眼平行，打眼、排矸与喷射混凝土支护平行，装药与检修接长管线平行，修台阶与支护排矸平行，施工水沟与各工序平行，井筒维修粉刷与各工序平行等，缩短循环时间，以此来加快施工进度。

6 主要经济技术指标

F3断层处理斜井实施的快速施工研究从施工机械化配套、施工工艺流程优化、劳动组织和加强施工现场管理、安全管理等几方面着手进行了系统的阐述，现场管理人员经过切身实践后，施工进度明显加快，F3断层处理斜井提前28天井筒落底，Ⅳ、Ⅴ類围岩月进度达到82.5m，Ⅲ类围岩月进度达到130m，使公司斜井施工水平提高到一个新的高度。在经营指标方面，快速施工方案的实施较计划节约28天，节约辅助固定费用189216元，节约收益508726.4元，多创效益89446.4元，共计创造787388.8元，取得很好的经济效益。

7 结语

该快速施工研究方案比较合理地配备了斜井快速施工机械化配套设备，通过探索研究中深孔爆破技术，优化施工工艺，先进劳动组织管理，为水利工程长斜井的快速施工积累了宝贵的经验;加以科学的施工管理、严密的安全防范措施和严格的设备管理制度，使斜井的施工速度达到一个新水平，为下一步公司在水利水电领域的斜井工程提供了实践基础。该项目在F3断层处理斜井的成功应用，大大缩短了工期，取得了一定的社会效益和经济效益。