大伙房水库输水一期工程通风竖井设计施工方案

刘海龙

(葫芦岛市兴城市水利局，辽宁 兴城 125100)

1 工程概况

工程主要位于辽宁省抚顺市清原县境内，标段主体工程为输水隧洞工程，输水隧洞长35078.18m，桩号为95+806-130+884.18；纵坡i=0.3115‰，为解决施工中通风、出渣等问题，隧洞沿线设4条施工支洞，分别为15#支洞、16#支洞、17#支洞及18#支洞，各支洞设计参数见表1。

表1 支洞参数统计表

TBM7控制段位于15#支洞与17#支洞之间，15#支洞至17#支洞间主洞全15562.96m，其中TBM掘进全长13062.96m。

2 设计情况

根据施工图纸要求，该钻爆段有马蹄形断面与城门洞形两种，马蹄形断面成洞尺寸拱部R=3.64m，H=7.28m，城门洞形断面R=3.5m，H=6.7m。采用C30W10F200混凝土衬砌厚(Ⅱ、Ⅲa、Ⅲb)类围岩30cm、Ⅳ类围岩40cm、Ⅴ类围岩50cm，支护参数见表2所示。

由于原计划采用TBM开挖，无施工支洞，采用钻爆法后导致上下游通风困难，虽然上游的接力轴流风机已经启用，但是排烟效果改观很小，下游原设计施工长度为2355m，但由于TBM进场晚，需要继续接应TBM施工1852m，为解决下游的通风排烟问题，提高通风质量，根据现场实际情况，通风竖井位置选择在12#支洞控制段下游78+385.0，进洞方向的右侧[1]。

3 通风竖井布置方案

3.1 总体施工方案

为保障洞内空气环境要求，有效解决T7改钻爆段后各工作面长距离隧洞通风难问题，增设通风竖井共4个，设置通风工作室，利用风室内通风机从地表经竖井引入新鲜风，保证洞内钻爆施工环境要求；为避免通风机接出风管折叠，将竖井风室与主洞夹角设为45°，斜向掘进面一则，保证供风顺畅，各通风竖井与主洞位置关系。

各竖井位置经现场地表勘探确定，为保证结构稳定，在地表土清理完成后，表面土清理厚度50cm，同时铺设厚15cm，面积10m2C25混凝土作为钻井设备基础，在竖井地面口位置设置深2m，厚0.3m，C25钢筋混凝土管锁口防护，在竖井井底口位置设置高2m，厚2cm钢套管锁口防护；为防止地表井口处无物体坠落等安全隐患，于地面以上设置高3m，厚0.2m，C25钢筋混凝土套管防护，顶部加盖钢筋网片封闭，Φ8网眼间距3cm×3cm，同时为避免雨季降水影响，加盖防雨棚遮挡；于主洞内侧壁开挖通风工作室，并采用C30喷射混凝土+Φ22L=3m局部锚杆支护，考虑竖井施工期间需要及通风机前后安全距离要求，总体设置方向为45°指向掌子面，便于通风管顺接，长度设置根据地表井口位置对应主洞位置设置，经测设，各通风竖井风室施工长度均为18m，净高6.5m，为防止竖井内飞石或杂物等卷入风机，于井底口及通风机靠竖井一侧设置钢筋网片封闭，Φ8网眼间距3cm×3cm，通风工作室内采用锚网喷支护措施，风机位置施作混凝土调平层，为避免洞内污浊空气进入竖井，将主洞端通风工作室采用M10浆砌片石封堵，位于主洞范围外1m位置，厚度2m，预留检修通道门[2]。主体工程完工后，拆除部分浆砌片石回填封堵2m，采用洞碴回填15m，回填范围为偏移主洞3m范围外。通风竖井井口采用C25混凝土，下方吊支模板，封堵深度10m。各竖井位置及深度统计如表3所示。

表2 钻爆法施工洞段围岩支护参数表

表3 竖井概况统计表

竖井开挖采用反井钻机成孔，利用碴土自重，于主洞内采用大车出碴系统运碴至弃碴场内，考虑各工作面围岩条件不同，对应围岩类别竖井开挖采用反井钻机成孔，利用碴土自重，于主洞内采用出渣车运碴至弃碴场内，考虑各工作面围岩条件不同，对应围岩类别，成孔后拟采用3种竖井护壁方法进行施工。

3.2 钻机选型

根据施工标准本技术规范依据钻孔深度、直径，确定反井钻机规格，依据相关技术规范对钻机的施工技术参数进行计算：

实际工作拉力=动力头重量+扩孔钻头重量+钻杆重量+最大钻压。

实际工作扭矩=破岩阻力矩+摩擦阻力。

实际工作拉力=100kN(动力头及油缸重量)+80kN(扩空钻头重量)+240m×155kg×9.8(重力加速度)/1000+1650kN(钻压)=2194.56kN。

扭矩一般要求实际工作拉力不超过钻机设计最大提升力的80%，扭矩不超过设计最大扭矩的80%。在本例中BMC500型反井钻机最大拉力为3000kN，实际工作拉力/最大拉力比是73%，BMC500型反井钻机满足工程要求。

3.3 施工程序及方法

先从竖井水平面由上向下钻进Φ350mm导孔，贯通后，再在下水平面接扩孔钻头，由下向上扩孔，扩孔直径Φ2m。施工步骤为：作业平台的施工→反井钻机基础及循环水池的施工→安放干净油筒配小潜水泵做主机冷却循环水→安装反井钻机，并进行调试→由上向下钻进Φ350mm导孔→导孔贯通后，拆掉导孔钻头，接上Φ2m扩孔钻头，由下向上进行扩孔施工→拆除钻机并做好防护。

施工准备：

1)施工场地：反井施工场地为地面施工主要场所，需要按设计摆放操作系统，循环洗井系统，钻具等，因此场地不能<30m×25m，场地混凝土硬化，周围设置围挡。

2)道路：进场道路需满足30t运输设备及30t吊装设备通行、工作需求。

3)供电：因现场条件制约，本工程4个竖井现场施工均采用自发电施工，配置2台300kw柴油发电机，并设置发电机放置平台。

4)设备运输及吊装：BMC500型反井钻机主机重量为30t，且体积较大，因此需要30t以上吊装设备从运输车辆提放至基础上。其他设备需要30t以上吊车进行吊装。

5)供电：钻机额定功率为287.6kW，泥浆泵功率为185kW，要求供电功率500kW；电压等级为380V，电源频率为50Hz。

6)供水：供水管路接至施工现场。使用≥100mm供水专用管路，水量≥15-20m3/h。

7)照明：反井钻机为连续作业，为保证夜间正常施工，在钻机、开关柜、循环池等位置分别设置≥200W的照明灯，并作防水保护。

4 工期计划

地表施工场地交付使用后，根据BMC500型反井钻机施工工艺流程及钻机功率，竖井工序进度计划如表4所示。

表4 竖井工序进度计划表

依据各竖井设计概况、表4-1计划工期以及年施工进度计划，得出1#、2#、3#、4#竖井施工进度计划如表5所示。

表5 各竖井进度计划表

5 资源配置

5.1 劳动力配置

本工程为典型反井施工工程，配备施工人员共计9人，下设机长1人，负责日常的生产及管理工作，安全员、质量员各1人，技术工人6人，分2班24小时连续施工。钻机施工每班3人。其中：操作工一名，负责本班内钻机操作、运转。辅助工两名，负责本班内运送钻杆、系统维护等工作。

5.2 设备配置

单个竖井设备配置表如表6所示。

表6 单个竖井设备配置表

6 结 语

大伙房水库输水一期工程于2009年年底完成了通水验收，目前工程已经给辽宁中部六成市供水，施工单位采用的增加通风竖井方案取得了成功，为工程按期通水奠定了坚实基础。