高地应力深大闸门竖井开挖施工技术方法

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

叶巴滩水电站位于四川与西藏界金沙江上游河段上，是金沙江上游规划“一库十三级”开发方案中装机最大的一级水电站，上游为波罗水电站，下游与拉哇水电站衔接。

叶巴滩水电站左岸导流洞按照功能布置两条竖井闸室结构，分别为导流洞竖井和旁通洞竖井。竖井闸室导流洞顶口高程为2734.13m，闸室平交洞底部高程为2767.00m，闸室尺寸为30.15m×15.30m×13.0m(长×宽×高)；旁通洞竖井闸室旁通洞顶口高程为2727.3m，闸室平交洞底部高程为2767.00m，闸室尺寸为17.3m×18.3m×13.0m(长×宽×高)。导流洞竖井式闸室底板高程为2712.50m，启闭机平台高程为2768.00m，闸室顶高程为2778.00m，底板厚3.5m，边墩厚4.0m，中墩厚6.0m，闸室尺寸为15.0m×26.0m×65.5m(长×宽×高)，上部与连接洞相接，下部接导流洞。

两个竖井基岩垂直埋深57m，位于两岸地应力增高带岩体中，属高地应力区，围岩为δo43石英闪长岩，微风化～新鲜。该洞段分布小断层f15-6。节理裂隙主要发育3组，J1：N80°～90°E/SE∠50°～70°；J2：N60°～90°W/NE∠80°～85°；J3：N30°～50°E/NW∠30°～50°。洞段岩体以次块～块状结构为主，湿润～滴水，围岩类别以Ⅱ类为主，围岩基本稳定，部分Ⅲ类，局部稳定性差。

由于导流洞深埋段属于高地应力区，施工中应对高地应力所引起的围岩脆性变形破坏现象引起重视，采取及时支护方式进行处理。

2 施工难点分析及应对措施

难点一：竖井开挖处于高地应力区域，容易因高地应力引起围岩脆性变形破坏现象。

应对措施：①严格控制爆破施工装药量，采取最优爆破参数进行控制爆破作业，控制最大单响，减少围岩因爆破震动造成破坏；②及时对开挖面进行系统支护工作，减少开挖面的暴露时间；③每次竖井开挖爆破后对已开挖面在竖井施工过程中，应通过目测与量测相结合的手段监视围岩和支护的稳定性。

难点二：导流洞竖井开挖支护断面尺寸大，深度大，施工难度大。

应对措施：项目部组织专家及现场施工多方讨论，精心组织准备，采用溜渣井方法施工，保证施工操作简单化；剩余断面一次爆破成型。系统支护采用登渣施工作业方式，保证竖井底部人员施工作业安全。

难点三：竖井开挖与导流洞下层关系密切，直接影响导流洞下部开挖支护工作，工期紧、任务重。

应对措施：竖井作业与导流洞下层作业人员无障碍沟通，项目部从进度角度出发，合理安排工期，精确到每小时。现场驻扎经验丰富的施工、技术、质量、实验、安全等管理人员，梳理每天施工过程中的重点难点，及时进行确认、解决，保证竖井施工进度安排。

3 主要施工技术

3.1 施工方法确定

该工程两个竖井断面尺寸之大在国内罕见，且竖井位置处于高地应力区，随时都会出现开挖后应力释放导致脆性裂变可能，施工作业难度大、安全隐患多、交叉作业严重。针对导流洞及旁通洞竖井闸室结构特点和复杂地质条件进行了施工方案的比选与研究。最终摒弃了传统的全断面开挖施工方案，确定了溜渣井开挖竖井方法：传统方案开挖速度较慢，且出渣困难。采用反井钻机钻孔，一次成孔φ1.4m先导孔，分两次爆破扩挖成φ6.0m溜渣井，每3m为一个开挖循环进行分层爆破直至完成。施工工艺流程见图2。

图2 竖井闸室开挖施工工艺流程

3.2 先导孔施工

左岸导流洞中部闸门竖井和旁通洞闸门竖井选用反井钻打导孔，采用溜渣法开挖，两条竖井共配一台反井钻机。具体施工步骤如下：

(1)根据现场实际情况浇筑反井钻机混凝土基础(C25混凝土，厚度15cm，0.7m3)，并依托反井钻机工作原理制作排污池和回收利用清水池(水池采用M7.5砖砌结构，0.1m3)；

(2)用反井钻机根据测量精准放线钻孔先导孔，由启闭机平台位置将旁通洞竖井中心和左导竖井中心自上而下打通。钻孔直径为25cm。根据竖井尺寸情况，旁通洞竖井左导竖井各需要一个先导孔；

(3)反井钻机自下而上进行扩孔，25cm先导孔扩孔后直径为140cm。

3.3 溜渣井施工

受现场条件及闸室复杂结构限制，溜渣井无法一次开挖成型。为避免出现堵井现象发生，采取两次扩挖至设计溜渣井轮廓线。第一次扩孔由φ1.4m先导孔扩挖成φ3.4m后再次扩挖成φ6.0m设计溜渣井，溜渣井钻孔布置及装药结构如图3。

3.4 竖井开挖支护

3.4.1 光面爆破孔施工

边墙光面爆破孔采用测量放样，使用YQ-100B或YT-28手风钻钻机钻孔。标准进尺钻孔深度3.5m，爆破进尺按3m一个循环。受钻孔设备本身结构限制，为保证周边不欠挖，周边孔钻孔技术超挖20cm。

3.4.2 主爆孔、缓冲孔爆破施工

(1)6t反铲扒面

采用反铲对准备钻孔的作业面进行清理，挖除基岩上部的积渣以备钻孔。

(2)放线布孔

施工测量采用全站仪，由专业测量人员进行，测量器具必须经过鉴定后方可使用，每个月进行一次测量检查、复测，确保测量控制工序质量。

(3)钻孔

钻孔时，在已布设好的孔位点进行开孔，倾角采用坡度尺进行控制，严格按照设计孔深钻孔。钻孔采用YQ-100B钻机钻孔，钻孔直径90mm，每3m一个循环。

第二点，在进行动物养殖时，缺乏必要的免疫程序。全国范围内动物养殖的品种较为复杂，为了适应市场，很多区域拥有具有区域性的动物养殖方案，这则造成了动物养殖免疫程序的混乱。另外，很多乡镇农户文化程度较低，对于动物免疫程序毫无概念，往往错过了最佳的动物防疫时机，造成动物免疫效果不理想。

(4)装药、联线、起爆

炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结，由经考核合格的炮工，严格按监理工程师批准的钻爆设计成果进行施作。

图3 溜渣井钻孔布置及装药结构

装药严格遵守安全爆破操作规程。装药前，先用PVC管或其他工具检查炮孔有无堵孔的情况，以便及时利用钻机进行洗孔。然后由专业炮工根据爆破设计进行每孔孔内非电雷管分发。装药的炮工则根据爆破设计装药量进行装药，孔内延期雷管及时装入。装药完成后，采用炮泥进行堵孔，堵塞长度按照爆破设计执行。同时，炮工根据爆破设计进行孔外网路连接。

最后由炮工和值班技术员复核检查，确认无误，撤离人员和设备，炮工负责引爆。

(5)通风、散烟

爆破后起动洞口布置的大容量强力通风机通风，结合工作面水雾降尘，搞好井内通风除尘、散烟。

(6)安全处理

通风散烟后，采用液压反铲进竖井清理危石和碎块，以确保进入竖井内的人员和设备安全。在施工过程中，经常检查已开挖段的围岩稳定情况，清撬可能塌落的松动岩块。

渣料用液压小反铲、通过溜渣井溜渣，在下部用装载机或履带式反铲装自卸车运输。液压反铲爆破时，用设在穹顶的10t卷扬机起吊撤出。

3.4.3 系统支护施工

受高地应力影响，爆破开挖后，如果不及时采取支护措施，围岩应力释放过程可能会发生围岩脆性变形破坏现象，对后续施工作业人员造成安全隐患。且现场施工条件有限，工期紧张，无法在开挖作业完成后再进行全断面支护。经过讨论决定采用“分层爆破后采用积渣支护作业方法”。该方法优点如下：

(1)省略支护排架搭设工序。采用爆破后积渣平台进行支护施工，无需搭设排架进行系统支护工序；

(2)开挖后系统支护及时跟进，防止围岩应力释放变形带来安全隐患。分层爆破后及时跟进系统支护，减少未及时支护给后续施工带来的安全隐患。

图4 竖井开挖支护工作示意

4 过程安全、质量控制要点

左岸导流洞、旁通洞竖井闸室开挖、支护过程中安全、质量控制重点见表1。

表1左岸导流洞、旁通洞竖井闸室开挖、

5 结语

实际结果证明：该施工技术方案切实可行，方案合理，有效地解决了深大竖井施工中无法利用大型设备施工、系统支护困难、施工难度大等技术问题。成功地完成了叶巴滩水电站左岸导流洞两个竖井的开挖支护，积累了一定的施工经验，为以后同类型工程中提供了较好的施工技术方法。叶巴滩水电站导流洞竖井及旁通洞竖井在3个月的工期内圆满完成开挖支护任务，较原计划工期提前15d完成。且开挖体型满足设计要求，开挖支护质量优良。并且在施工过程中未出现安全、质量事故。