引水隧洞中竖井开挖施工分析

摘要：严格意义上分析，在水利水电隧洞施工中会遇到竖井开挖的现象，因为竖井开挖的出渣环节所涉及的因素比较多，所以对掘进速度产生影响。其中为进一步分析竖井开挖施工的步骤，在本次研究中笔者结合相关案例，从不同的角度出发，针对性的探究了引水隧洞竖井开挖施工方法与步骤，为其它工程提供理论帮助，提高施工的有效性。

关键词：引水隧洞;竖井开挖;施工技术;步骤;方法

一、工程概述

在本次工程中，竖井中心桩号为DT7+169.772，顶部高程1116m，底部高程936m垂直高度180 m（含两个圆弧段的高度），隧洞断面为圆形，直径为5m。上部，有一段半径为20m的四分之一的圆弧段与蝶阀室相连;底部有一段夹角为87?，半径为19m的圆弧与下平段相连接;竖井垂直段深度为158.267米。此外，从蝶阀室到竖井通过一段半径为20m的四分之一的圆弧连接（圆弧为隧洞中心线）。竖井起始高程为EL952.375--EL1110.637，深度158.267m，底部通过一段夹角为87?，半径为20m的圆弧与下平段相连接。从下平洞底部到上平洞高差为187.287m，为保证施工安全以及加快施工进度，采用反井钻机钻进施工。

二、竖井开挖的施工步骤

从整体角度分析，在竖井开挖过程中需要遵循基本的步骤，经归纳概述为：①上平洞按照平洞尺寸开挖到竖井顶部→②下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井底部→③做导井施工准备以及反井钻机进场就位→④从上往下钻216mm导孔→⑤从下往上扩挖成直径1.4m导井→⑥按照设计图纸从上往下人工扩挖至设计断面。

上下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井桩号：上平洞与竖井通过一段半径为20m的四分之一圆弧连接，在实际开挖过程中，为方便安装反井钻机，先按照上平洞开挖尺寸开挖到竖井顶部，待导井开挖完成后，再人工开挖圆弧段。

下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井底部：下平洞与竖井连接段为87度半径20m的圆弧，在实际开挖过程中，为方便出渣，先按照下平洞尺寸开挖到竖井底部。

做导井施工准备以及反井钻机进场就位：导井施工准备主要包括主机混凝土浇筑，主机就位，主机二期混凝土浇筑，沉渣池的砌筑，水电道路设施的完善。钻机基础混凝土浇筑2-3天后，将主机轨道铺设在混凝土平台上，轨距为64cm，轨道下垫枕木（20×20cm，长120cm），每个60～80cm垫一根，然后将主机吊至轨道上，调好钻机位置，锁紧卡轨器，竖起架杆，安装后拉杆，调平钻机。钻机调平后，用螺栓将钢垫板连接在钻架上，安装前拉杆及埋设预埋螺栓，再次调平钻机并浇筑二期混凝土。

216mm导孔开挖：反井钻机就位后以及主机混凝土凝结后，开始进行216mm导孔的开挖，216mm导孔从上往下钻进，钻进过程中出渣原理是：利用泥浆泵往孔内注水，在钻进过程中钻头与岩石剪切摩擦将岩石磨成细小颗粒，通过水压，将细小颗粒压出孔，再流入到沉渣池中。在钻进过程中，关键因素是控制钻孔的方向，保持竖直向下，每次钻进8～9m，利用细线末端绑住一个铁锥，然后将铁锥放入孔内，孔口细线处于孔中心位置，且铁锥未与孔壁发生摩擦等现象，则说明钻孔方向为竖直向下。在距离孔底还有4～5m时，将下平洞竖井底部位置设置护栏，防止人员进入，以免导孔穿透时石渣掉落发生人员安全事故。

1.4m导井开挖：在216mm导孔钻孔开挖完成后，将反井钻机的钻头换成1.4m钻头，开始进行导井开挖，导井开挖从下往上钻进，钻进过程中石渣通过冷却水的冲刷以及自重的作用掉落在下平洞。

人工扩挖导井至设计断面：在1.4m导井开挖完成后，人工扩挖导井，一次性扩挖至设计断面（直径5m），采用光面爆破，采取边扩挖边支护原则，如遇破碎岩石或者地质围岩应力比较大的部位，则需安装钢圈以稳定岩体。根据地质工程师地质素描预测围岩类别。此竖井开挖深度达187.287m，井口采用型钢作为支撑架，配合卷扬机，人员机械通过吊篮下方到井底。

三、竖井开挖施工的方法

在本次工程的导井开挖施工中，引进了反井钻机施工技术，从根本上解决了传统的反井施工的安全问题，同时又加快了施工进度，提高了工效。其工艺流程为：首先在竖井井口基岩上施工反井钻机基础并安装反井钻机，当井底平洞段开挖形成出渣运输道路后开始钻导孔，导孔钻头自上而下旋转钻进，钻机加压后的循环水将石渣冲出孔外带人循环水池沉淀;随着导孔钻进，钻杆不断加长直至将导孔钻透;导孔钻透后，在井底将导孔钻头换成扩孔钻头，自下而上旋转扩孔，扩孔石渣掉入井底平洞，并从井底平洞出渣。扩孔形成导井后，再采用钻爆发自上而下井挖到设计断面，开挖石渣顺导井落入井底平洞出渣，导井直径为1.4米。

此外，竖井扩挖在导井开挖完成后开始，从上至下，全断面进行。扩挖竖井时，一次成型到设计直径（5m），采用光面爆破，采取边扩挖边支护原则，循环施工，开挖和支护不超过两排爆。因为竖井深度180m，井口顶部制作型钢支撑架，安装定滑轮，人员和施工工具、小型设备的垂直运输采用调度绞车，调度绞车安装在蝶阀室。

四、竖井开挖施工的基本工艺

根据归纳与整合，将竖井开挖施工的基本工艺概述为以下几个部分：施工准备→测量放樣→钻孔作业→装药联网爆破→安全处理→出渣→支护。

①施工准备：井内风、水、电就绪，施工人员、机具、设备准备就位，做好井口防洪栏及井口覆盖。风、水、电从顶部往下接，固定在井壁。

②测量放样：竖井顶部施工平台采用全站仪进行放样控制，下方洞段采用重锤法控制竖井中心线。

③钻孔作业：采用调度绞车慢速将施工人员及设备、材料用吊篮吊至工作面，各钻手分区、分部位定人定位进行钻孔。施工人员均挂安全绳，安全绳直接绑在吊笼或系统锚杆上。

④装药连网爆破：严格按设计及试爆后的每孔装药量装药，采用非电毫秒导爆管进行联网，控制单响药量。起爆雷管采用电雷管。

⑤安全处理：爆破后，人工清除井壁上残留的危石与碎块。检查上部支护是否变形，风、水、电管线路是否脫落。

⑥出渣：爆破扩挖的石渣随导井掉落到竖井下方，采用3m3装载机装车，10T自卸车运输出渣。避免交叉作业，下部出碴时，停止上部作业。

⑦支护：出渣完成后，对井壁进行清理，通知地质工程师进行素描并确定围岩类型，根据围岩类型进行支护。有渗水部位适当埋设排水管，避免破坏喷砼质量。

五、竖井开挖需注意安全问题

①严禁非施工作业人员进入施工现场;②施工作业人员必须遵守施工安全守则。③人员下到竖井中进行开挖支护时，先将导井封闭，以免人员掉落至井底，封闭导井采用12mm钢筋焊接，间距10cm，直径2m，周边用锚固筋锚固。④井口设置防护栏，防止人员石块掉落至井底

结语：

总而言之，在引水隧洞竖井施工中要明确施工步骤与施工方法，依据实际的施工情况，从不同角度入手，确定施工工艺，做好爆破、支护等工作，积极提高出渣效果，节省劳动力，降低造价，加快竖井的施工速度，这样才能有效提高经济效益与社会效益。

参考文献：

[1]毕国先. 竖井开挖施工技术与质量控制的相关性研究[J]. 建筑技术开发，2019，46（05）：65-66.

[2]唐雄，代强. 500 m级超深竖井开挖方案的比选与施工[J]. 四川水力发电，2019，38（03）：49-51+70.

[3]孙德望，刁凯. 竖井开挖施工技术[J]. 中国西部科技，2009，8（05）：21-23.

[4]Yang zaihua， Yin ziping. Selection and application of tunnel shaft excavation construction technology [J]. Water conservancy construction and management， 2017，37 （09） ： 9-12.

[5]zhan jianhua. Construction overview of pressure regulating shaft excavation and support in mulishawan hydropower station [J]. Low-carbon world， 2018 （10） ： 48-49.

作者简介：

全涛，（1985-），男，汉族，大学本科，工程师，主要从事水电站建设项目管理工作。