金寨电站超长引水压力斜井扩挖施工技术

田树申

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳110000）

1 概述

金寨抽水蓄能电站位于安徽省金寨县张冲乡境内，电站安装4 台单机容量300MW 的混流可逆式水轮发电机组，总装机容量1200MW。枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库等建筑物组成。

引水系统共2 条引水主洞，均采用两级斜井布置，分别包括引水压力管道上平段、压力管道上斜井、压力管道中平洞、压力管道下斜井、压力管道下平洞。压力管道上斜井全长200.86m，为直径8.4m 圆形断面；压力管道下斜井全长308.15m，为直径7.6m 马蹄形断面。1#引水压力管道斜井与2#引水压力管道斜井轴距53.99m。

引水长斜井是抽水蓄能电站引水系统的四级风险关键部位，对整条引水系统工程有重要的影响，是金寨抽水蓄能电站工程引水系统关键线路上的关键项目，引水长斜井能否顺利贯通直接影响后续引水系统的混凝土衬砌施工，甚至制约首台机组的按期投产发电。

2 设计方案选择

目前国内长斜井扩挖普遍采用作业人员站在开挖作业面上钻孔爆破以及支护作业，开挖面平行于水平面，人工扒渣，运输小车在钢轨上行走，开挖期间由于爆破影响，在后续混凝土施工或钢衬施工前需重新对钢轨进行修复，这套工法施工效率低，人工费用投入较高，并且存在较大的安全隐患，开挖质量很难控制。由于本工程在施工中均存在掉块、地下渗水问题，不宜采用常规设备及工艺方法施工。

根据本工程的特点，斜井扩挖采用人工自上而下钻爆开挖，根据深度不同扩挖采用两种施工方法：0～30m 深度段开挖时，由于作业面距离平洞作业面较近，不能满足扩挖台车运行范围，故施工人员利用锚杆爬梯下至井内扩挖爆破作业；扩挖进尺大于30m 后，进行扩挖台车、载人运输台车及卷扬机提升系统安装施工，斜井开挖采用将溜渣井靠近底板部位布置，开挖面垂直于斜井轴线，利用研制的多层钻爆台车手风钻钻孔、合理确定炮孔的孔深和间排距等爆破参数及网路设计，密布孔、加强装药，周边孔光面控制爆破，有效地控制了爆破块度，爆破产生的石渣绝大部分自动落入溜渣井中，实现了石渣的自处理，大大减少了扒渣工作量，提高了工作效率，加快了施工进度。

3 斜井扩挖施工提升系统布置

斜井导井施工完成后，斜井扩挖采用自上而下施工成井。为了满足斜井扩挖时人员、材料井内运输及工作面作业安全防护，井口布置提升系统，安装矿用绞车、卷扬机、天轮导向进行提升。在上平台设计位置安装绞车、卷扬各自独立的永久导向轮，导向轮固定在钢平台钢架上。

斜井正向扩挖每条斜井布置两台台车，一台扩挖支护台车，一台载人运输台车。扩挖支护台车设计为三层平台结构，配置2 台10t 同步卷扬机牵引，作业人员站在台车平台上进行钻爆等施工作业。载人运输台车配置一台90KN 双筒绞车牵引。

4 斜井扩挖施工

4.1 扩挖施工方法

斜井扩挖采用人工自上而下钻爆开挖，根据深度不同扩挖采用两种施工方法：0～30m 段扩挖时，施工人员利用爬梯下至井内进行扩挖爆破作业；扩挖进尺大于30m 后，进行扩挖台车、载人运输台车及提升系统（卷扬机、绞车）安装施工。除前30m段外，开挖掌子面近似垂直于斜井轴线。

钻爆施工时人员站在钻爆台车上进行钻孔、装药等作业，采用YT-28 手风钻钻孔，在每一层台车上负责钻设一定数量的炮孔，钻孔深度2.5m，循环进尺2.0m，Ⅱ、Ⅲ1 类围岩每开挖五个循环支护一次，对于Ⅲ2、Ⅳ类围岩开挖一层支护一层。

4.2 扩挖爆破设计

为减小导井堵井的几率，扩挖循环进尺按2.0～2.5m 进行控制。钻孔孔径为Φ42mm，中间钻设崩落孔，周边钻设光爆孔，崩落孔等间距布置，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.2 之间，光爆孔的孔距以（10～15）d 控制（d 为孔径），拟采用50cm左右，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.3 之间。崩落孔采用Φ32mm 药卷，装药系数取0.5～0.8；为保证光爆效果，周边孔采用Φ32mm 药卷，装药量不大于200g/m。炮孔堵塞长度一般在（0.7～1.0）抵抗线之间，且不小于50cm，堵塞材料选用黄泥和砂子的均匀混合料。爆破采用非电毫秒塑料导爆管串、并联形成爆破网络实现微差爆破，磁电雷管起爆。

4.3 质量过程控制

（1）测量放线。

施工过程中，每次钻孔前均根据爆破设计参数布置孔位施工，周边光爆孔逐孔放样，并用红油漆在掌子面上标示各施工钻孔位置，测量员放样结束后向开挖队现场技术员进行交底，并提交书面放样成果。

（2）钻孔作业。

钻孔实行“三定”制度，即定人、定机、定孔位施钻，落实钻孔责任人。炮孔采用YT-28 手风钻进行钻孔，严格按测量定出的开挖轮廓线和方向线进行造孔作业。钻孔时采用测斜仪控制钻孔的方向，每排炮由工程部质检员按“平、直、齐”的要求进行检查。

下斜井典型断面扩挖爆破设计参数表

（3）装药、联网、起爆。

根据监理工程师批准的钻爆设计要求，由专业爆破工进行炮孔的装药、堵塞和联网。爆破崩落孔药卷直径Φ32mm，连续装药；周边孔采用竹片捆绑药卷方式装药。所有周边孔采用导爆索串联，非电雷管延时起爆，孔口采用黄泥和砂子的均匀混合料堵塞，堵塞长度50cm，形成不连续装药，插药入孔时将竹片靠洞室轮廓线一侧，药卷朝向最小抵抗线，装药严格遵守安全爆破操作规程。

4.4 爆破效果

引水斜井钻孔等作业均在台车上进行，有效保证了钻孔的角度，从而开挖质量较好。经测量检测引水上、下斜井开挖质量共检测3501 个点，最大超挖为37cm，合格率90.2%以上，无欠挖，不平整度共检测1597 个点，最大值为24cm，合格率为90.3%以上，半孔率90.1%以上。

5 结论

超长引水压力斜井扩挖施工采用三层钻爆台车，实现了作业人员立体式多部位钻爆作业，矿用大绞车双绳牵引载人运输台车，布置限位、限载、限速、紧急制动、深度指示等多种安全保障措施，钻孔支护过程中封口盘自动封闭，防止作业人员掉落至溜渣井中，确保人身安全。爆破过程中产生的石渣绝大部分落入溜渣井中，实现石渣的自处理，少量剩余的石渣，通过人工方式清理，扒渣工作量大大减少。此斜井开挖施工技术为首次成功应用并取得了阶段性成果，也较大程度上提高了施工管理，保障了施工安全，对控制施工成本与施工工期带来了可观的效益，同时带来了一定的社会效益，是一种安全实用且快速扩挖的斜井施工技术。金寨抽水蓄能电站四条斜井施工过程中无一例伤亡事故发生，为水电市场后期提供很好的借鉴作用。