白鹤滩水电站大断面竖井贯通部位施工技术研究

唐 毓 才，韩 进 奇，李 洪 伟

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鹤滩水电站左岸尾水管检修闸门井布置于主变洞与尾水调压室之间，与主厂房、主变洞平行布置，距主变洞与调压室中心线的距离分别为56.5 m和74 m。尾水管检修闸门井的断面尺寸为18.4 m×9.1 m，其下部与各尾水连接管相交于底部流道位置。

鉴于闸门井底部流道部位已于尾水连接管开挖支护期间完成了开挖支护工作，交叉口贯通部位最低处距底部流道已开挖底板的距离为21.5 m，且贯通部位距尾水管下层施工支洞(主要施工通道)仅为20 m，若采用传统的垫渣方式后登高作业及多次分层的开挖方法进行贯通部位的施工，虽然安全风险较低，但垫渣部分会覆盖施工支洞的位置，阻断人员、设备的正常通行，将极大地延误尾水连接管一线施工的进度。

随着越来越多的大中型水电站工程建设，如何安全、高效、优质地完成诸如此类的大断面竖井[1]与超高平洞相交的贯通部位施工是目前类似工程急需解决的一个重要课题。笔者对该贯通部位采用的开挖支护方案进行了全面的介绍，旨在为今后类似工程部位的施工设计提供资料和依据，以起到一定的推动作用[2]。

2 施工设计方案

2.1 总体方案

为满足尾水管检修闸门井的施工进度要求，在充分考虑施工安全风险并结合现场实际情况后，施工局决定采用贯通部位一次爆破、分层支护的方案施工。

2.2 开挖施工方案

由于开挖部位预留岩体的厚度将直接影响到施工安全、围岩稳定、爆破效果等，故在综合考虑多种因素后，将岩体最薄处拟预留8 m厚，尾水管检修闸门井底部流道实测高程为556.94～565.92 m，即预留岩体顶部高程为574 m。

为保证贯通部位的施工安全，只有待贯通部位上部的所有支护施工完成后，方可进行贯通部位的开挖施工。为减小爆破规模、保证围岩稳定，对闸门井的贯通部位最终采用一次造孔完成后分两序爆破的方式进行开挖。

对于闸门井贯通部位的边墙预裂孔主要采用搭设标准样架和QZJ100B潜孔钻进行造孔，预裂孔间距为75 cm/80 cm，孔深根据实际情况确定，边墙预裂与中部梯段爆破同步进行，利用延期雷管保证预裂孔先于主爆孔起爆。梯段主爆孔及缓冲孔采用CM351高风压钻机造孔。爆破完成后，先对松动岩体进行清撬排险并分层支护，再采用1.6 m3液压反铲或3 m3装载机配合25 t自卸汽车出渣。

2.3 爆破设计方案

闸门井贯通部位的预裂孔采用QZJ100B造孔，间距为75 cm/80 cm，孔深8.06～15.61 m；主爆孔和缓冲孔采用CM351高风压钻机造孔，孔径90 mm，主爆孔孔深8.6～12.6 m，间距200 cm，排距190 cm；缓冲孔距预裂孔100 cm，间距1.4～1.6 m，孔深8.22～13.93 m。

预裂孔线装药密度为461 g/m，底部采用1节φ70药卷+2×2节φ32药卷加强装药，中间段采用φ32药卷间隔30 cm装药，孔口采用1/2节φ32药卷间隔20 cm减弱装药并使用竹片+导爆索进行引爆；主爆孔采用φ70药卷连续装药；缓冲孔孔底采用φ70药卷加强装药，中间段及上部采用2φ32药卷连续装药。所有炮孔孔内均采用导爆索传爆，在孔口安装非电雷管延时，所有孔位的上部孔口均采用纸团及炮泥进行堵塞。

闸门井的贯通部位共分两序进行爆破，顺序为由中部溜渣井临空面向四周依次爆破，采用延时雷管分段位进行爆破，分为MS1、MS3、MS5……MS15共8个段位进行爆破，其中第二序炮孔孔口还需增加M13进行延时，以形成分段爆破。

2.4 支护方案

为提高闸门井底部贯通过程中围岩的稳定性并确保施工期的安全，采用自制型钢大吊盘作为施工平台对闸门井的贯通部位进行支护施工。对于大吊盘工作范围以外的部位采用在闸门井下部搭设满堂脚手架的方式进行剩余部分的施工。

3 施工程序及方法

3.1 开挖施工程序及方法

(1)反铲扒面。采用PC128反铲配合人工对贯通部位的顶部作业面进行清理，挖除基岩上部的积渣以备钻孔。

(2)放线布孔。测量放样的目的主要为：①预裂孔孔位点及方向点放样；②样架校核及方向点放样。

施工测量采用全站仪，测量由专业人员认真进行。将洞内测量控制点埋设牢固且隐蔽并作好保护，防止被机械设备破坏。

(3)样架搭设。①样架搭设的准备工作：预裂孔孔位及入岩插杆孔位已由测量人员完成放样。②入岩插杆孔造孔：现场技术员根据测量所放的每排孔的首尾入岩插杆孔拉线按纵向1.6 m间距、横向1.5 m间距放出其余插杆孔的孔位，然后采用手风钻(φ50钻头)按设计要求进行造孔，造孔孔深、倾角必须严格控制。③入岩插杆孔完成后，完成前排及后排的插杆，再搭设小横杆，小横杆端头紧抵岩壁，小横杆需利用水平尺严格控制水平。④小横杆搭设完成后进行大横杆的搭设，必需保证横杆与开口线平行，同时利用水平尺控制横杆的水平。前排上层大横杆采用十字扣与立柱连接牢固并保证水平。⑤大横杆搭设完成后进行斜撑杆的搭设；在斜撑杆搭设的同时，必须确保上层插筋孔钻孔斜杆、插杆、大小横杆及角度调整样架间均采用十字扣连接。⑥大横杆搭设完成后，样架雏形已形成，吊线进行倾角的初步校核。⑦初步校核完成后，由测量人员进行检校并按测量结果进行样架微调，调整完毕，测量人员在样架上层小横杆及下层小横杆上逐一放出方向点。⑧架设钻机。钻机架设时，对准测量人员所放的方向点，钻机中心线须与方向线重合，钻机通过十字扣与上、下层大横杆进行固定，防止钻机在造孔过程中晃动。⑨钻机架设好后进行倾角及方位角的检校，确认无误后进行样架的最终加固：主要是在入岩立柱(间距1.6 m，为预留钻机架设时所需空间)之间增加立杆、相应的横向连接杆。所增加的立杆、横向拉杆及斜撑均需紧抵岩面[3]。以上工作完成后，由质量部门及监理人员进行验收。

(4)钻 孔。待样架搭设完成并验收合格后方可进行预裂孔的造孔施工，预裂孔使用QZJ100B潜孔钻造孔。分别在开孔后钻进20 cm、60 cm、1 m时进行倾角及方位角的检查，严格要求、及时纠偏；开孔后三次校钻及调整结果需据实填写在钻孔记录表上。主爆孔和缓冲孔使用CM351高风压钻机钻孔，钻孔时，在已布设好的孔位点进行开孔。

(5)装药、联线及起爆。炮孔经检查合格后方可装药爆破；炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结必须由经考核合格的炮工严格按监理工程师批准的钻爆设计要求进行施工。

装药严格遵守安全爆破操作规程。装药前，先检查炮孔有无堵孔的情况，然后由专业炮工根据爆破设计要求进行每孔孔内的非电雷管分发。装药的炮工根据爆破设计的装药量装药并将孔内的延期雷管及时装入。装药完成后，采用炮泥堵孔，同时，根据爆破设计进行孔外网路的连接[4]。

最后由炮工和值班技术员进行复核检查，待确认无误后撤离人员和设备，炮工负责引爆。

(6)通风与散烟。爆破后启动洞口布置的系统通风机进行通风，爆破通风散烟结束后，采用人工乘吊盘至工作面清撬松动的岩块及危石。

(7)出 渣。开挖渣料采用CAT330C(1.6 m3)液压反铲或3 m3装载机配合25 t自卸式汽车出渣。

3.2 支护施工的程序及方法

3.2.1 贯通部位支护的总体施工程序

(1)尾水管检修闸门井下井口贯通部位采用20 t临时桥机配合自制型钢大吊盘作为支护施工的作业平台。

(2)吊盘设置了10个吊耳，其中4个吊耳与桥机大钩连接，另外6个吊耳与新增插筋连接，插筋连接的钢丝绳受力后摘除桥机大钩，然后采用吊盘进行支护施工。

施工人员必须佩戴安全带，安全母绳应与上部系统锚杆连接并布置于吊盘及吊盘受力钢丝绳的上部，且不能与之交叉。

(3)尾水管检修闸门井贯通部位支护施工前，应先对危岩进行人工清撬，然后测量、进行断面检查，待其满足设计要求且验收合格后进行初喷、封闭施工。

(4)初喷完成后，采用手风钻在型钢吊盘上进行锚杆及挂网复喷混凝土施工。

(5)为防止支护施工时吊盘发生侧向移动，主要采取Φ48钢管支撑岩面固定或大吊盘与边墙锚杆间焊接φ12圆钢两种方式用于约束平台的侧向位移。

(6)对于闸门井开挖后采用支护吊盘无法完成施工的部位，在保证安全的前提下，可搭设满堂脚手架进行支护施工。

3.2.2 预应力锚杆施工

(1)杆体的制作。锚杆杆体必须采用整根钢筋加工，不得采用焊接加长。杆体端部采用套丝机加工长20 cm的丝口。对加工好的杆体按规范要求检查验收。锚杆杆体、锚垫板及M32螺母经验收合格后用于该工程。

(2)钻孔与吹洗孔。锚杆钻孔采用YT-28手风钻造孔，锚杆钻孔的直径≥50 mm，孔位偏差不大于100 mm，孔深偏差不大于50 mm。钻孔完成后，用水将孔内清洗干净，经验收合格后方可进行锚杆安装。

(3)锚杆的灌注与张拉。①速凝锚固剂注装。安装锚固剂药卷前，安装人员先用杆体试探钻孔的深度并做出标记。根据设计要求的锚固段长度和钻孔孔径采用体积公式算出药卷用量。药卷入孔前，应将锚固剂用清水浸泡(40～70 s)，然后将锚固剂药卷装入专用的锚固喷枪，最后将喷枪送至孔内预定位置，抠动扳机，将锚固剂药卷均匀打入孔内，同时退出喷枪[5]。②张拉段注浆。张拉段的注浆通过进浆管按照普通砂浆锚杆的注浆工艺进行注浆施工，所注砂浆的配合比按照洞内普通砂浆锚杆执行。

3.2.3 钢筋网的施工

钢筋网的施工人员应在吊盘作业平台上进行操作。钢筋网按设计间距编制，将钢筋接头绑扎固定，网筋与岩面大致密贴并利用锚杆端部定位。

3.2.4 喷混凝土施工

喷混凝土施工采用吊盘作为施工平台，施工采用“湿喷法”。

4 结 语

白鹤滩水电站左岸尾水管检修闸门井贯通部位的施工在充分比较各项施工方法并结合现场实际情况的基础上进行设计：预留合理的岩层厚度，满足施工安全需要；采用一次造孔、分序爆破的方式既保证了施工的安全性，同时也提高了开挖断面的成型质量；采用自制型钢吊盘进行分层支护，上一层支护完成后再进行下一层支护以确保施工人员始终位于安全区域内。

目前，左岸总计8条尾水管检修闸门井均已安全贯通并完成后续支护施工，施工效果较好，施工安全风险可控，施工进度满足要求。在白鹤滩水电站左岸尾水管检修闸门井贯通部位施工中遇到的问题及采取的改进措施可为后续大中型水电站超大超深竖井贯通部位施工提供参考。