某水电站闸门井开挖支护技术

李玺

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000）

1 工程概况

某水电站下水库泄洪放空洞布置在右岸，由导流洞改建而成。闸门井段位于桩号泄0+165.5-0+186.5 范围内，高程为EL668.5 m-EL720.0 m，对应地表为山梁脊部。泄洪放空洞闸门竖井开挖高43.50 m（EL676.50 m～EL720.00 m），为矩形竖井结构，断面尺寸17.70 m×7.70 m，其中EL720.0～EL714.0 段围岩类别为Ⅳ类；EL714.0～EL699.0 段围岩类别为Ⅲ类；EL699.0～EL682.5 段围岩类别为Ⅱ类；井底渐变段EL682.5～EL676.50 围岩类别为Ⅱ类。支护采用锚杆Φ25，梅花型布置，间排距3 m，长4.50 m，入岩4 m。喷混凝土厚10 cm，挂钢筋网φ8@20 cm×20 cm。

2 施工布置及辅助设施

竖井施工作业之前，对竖井周围进行布置。空压机房、材料棚、值班房等，并在值班房设置登记室，对井内的施工作业人员及设备进行实时记录，并要求所有人员进出竖井必须先行登记。沿竖井锁口混凝土外侧布置一道防护栏杆，栏杆结构见《临边安全防护栏杆结构图》。

2.1 道路布置

上坝道路及闸井明挖已形成通畅道路，施工设备可直接到达闸门井工作面，施工道路为：右岸上坝道路通过L2 路坝肩段、右岸沿河道路、L2道路与场外道路相接，交通条件良好。

闸门井下部出渣线路：闸门井施工主要通过溜渣井将爆破的石渣溜至泄洪放空洞闸门井底部平洞段，通过平洞段出渣至暂存料场（道路冰冻条件下可堆存到出口明渠外侧，待天气条件允许时，集中出渣）。

目前已进入冬期施工，为保证行车安全，采取雪后人工配合反铲及时清理积雪，避免道路冻冰，若结冰，采用反铲配合装载机除冰，必要时融雪剂，以确保道路的通行安全。

2.2 施工用风

闸门井扩挖周边光面爆破孔主要采用手风钻钻孔，施工供风在闸门井平台施工布置一台21 m3/min 电动空压机，设置储气罐以保证风量和风压的稳定，空压机和储气罐之间设置钢管，储气罐与作用面之间供风管采用胶管。管路敷设应考虑不妨碍后续工序施工和交通运输，并做好防炮措施。

供风站布置在闸门井平台右侧，放置空压机的地面要硬化，空压机建立专用设备房，管路外侧缠绕保温材料，保温材料采用发泡泡沫保温材料包裹，供风管路井口向下布置在岩壁上，采用胶管供风。

导井钻孔以及扩挖主爆孔钻孔所用的履带式潜孔钻为成套设备，钻机自带油动空压机，通过胶管供风。

2.3 施工用水

闸门井施工主要在冬季寒冷条件下施工，负温天气下供水需要采用严格的保温措施，为防止供水管路结冰，施工供水采用随抽随用，集中时间抽水，采用2 英寸水泵将河水引至闸井平台布置的两个水箱内，利用水箱在井口平台储存。供水管路采用DN30 塑料管，每次抽水后，安排专门人员将管路内水放空，将水泵从抽水点的水源内提出来，防止将管路冻坏或堵塞。

过程中施工用水主要采用热水，在铁水箱底部采用煤炭加热，水箱布置与闸门井保温盖距离5 m以上。水箱向作业面供水同样采用DN30 塑料管，水箱规格为：1 个22 m3和10 m3铁水箱。

2.4 施工用电

施工用电主要采用发电机发电，主要21 m3/min 空压机供电，照明线路，注浆机用电、热风机用电、电焊机、喷锚机等，在闸井平台布置一台300 kW 和一台50 kW 发电机，设置低压开关柜，施工设备用电由此接出。闸井平台各布置2个防震投光灯ZY8310 以供施工，为防止施工中突然停电，施工人员配置12～24 V手提应急灯。

2.5 通讯

竖井扩挖时，井上井下的通讯通过对讲机进行联系，现场配对讲机10部。

3 闸门井开挖支护施工

3.1 闸门井施工规划

泄洪放空洞闸门井施工，在下部平洞开挖结束后进行，竖井采用先贯通导井，后全段面自上而下（正井）扩挖的施工方法。

导井施工采用深孔爆破法，在上部（EL717.00 m 平台）将孔深40.50 m的竖井导井爆破孔全部钻孔完成，然后自下而上分段后退爆破成井，最终形成直径3 m的溜渣导井。竖井扩挖在溜渣导井形成后开始，自上而下（正井法）分层进行爆破开挖，3 m一个作业循环，翻渣采用50 t吊车将反铲（PC120型）吊入竖井作业面，利用反铲将爆破石渣翻入溜渣导井，出渣完成后利用吊车再将反铲吊至井外，开始支护施工，支护施工时，采用格栅式顶盖将导井封闭，保证人员在上部施工安全；出渣：采用ZL-50 装载机在下部平洞段装渣，装载机端出洞口后，在泄槽段装车，自卸汽车拉运至暂存料场。

具体施工工艺流程为：竖井石方明挖（▽720.00 m 平台修整）→锁口段3 m开挖（EL717.00 m～EL720.00 m）→锁口段支护→竖井导井开挖（EL717.00 m～EL676.50 m）→竖井导井扩挖（EL717.00 m～EL676.50 m）→竖井钻爆扩挖（周边光面爆破，井底清渣→井身支护，循环施工至井底▽676.50 m高程）。

3.2 支护施工

竖井在开挖施工中，井壁的围岩稳定是安全施工的关键。围岩由于地质构造运动及自然风化等原因，本身节理切割，裂隙发育的现象较为普遍，加上爆破振动破坏，井壁围岩有可能成为不稳定岩体。因此，竖井施工过程中，应对竖井井壁进行及时支护施工，每1 个扩挖爆破循环后，应立即进行系统支护以确保施工安全。

对于裂隙面较大、存在断层、岩石条件较大的情况，立即联系业主、监理、设计沟通是否增加随机锚杆，保证开挖支护的安全。

3.3 锚杆施工

锚杆注浆采用“先注浆后插锚杆”的程序，采用YT-28型手风钻钻孔，GZJB型液压双液注浆泵注浆。

3.3.1 材料

锚杆施工材料主要有：水泥、砂、水泥砂浆。

3.3.2 锚杆施工程序

锚杆施工程序为：测量定孔位→钻孔→清洗钻孔→注浆→锚杆插入→孔口固定→孔口处理→检测。

3.3.3 锚杆施工方法

3.3.3.1 测量定孔位根据施工图布置的钻孔位置进行孔位测量定位，由技术人员和钻工配合完成，按设计孔位用红漆标出。3.3.3.2 钻孔

①采用手风钻钻孔。其孔位误差、孔深误差、钻孔偏差角度等按规范要求进行控制。②锚杆孔按施工图纸布置的钻孔位置进行，其孔位偏差应不大于100 mm，孔深偏差值不大于50 mm。③钻孔结束后，要进行清洗钻孔，将孔壁清理干净后方可进入下一道工序。

3.3.3.3 锚杆的注浆

①锚杆注浆的水泥砂浆配合比，水泥：砂，1：1～1：2（重量比）；水泥：水，1：0.38～1：0.45；在规定的范围内通过试验选定。②采用GZJB型液压双液注浆泵注浆，灌浆时，要注意从里往外注浆，直到钻孔全部灌满。

3.3.3.4 锚杆安装

人工配合钻机将加工好的锚杆插入孔内，必要时用冲击锤快速压入。在砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。

3.3.3.5 质量检查

砂浆锚杆注浆密实性检测：单项或单元工程的整体抽检率宜不低于锚杆总数的10%，重要部位或重要功能的锚杆宜全部检测。锚杆注浆密实度应满足现行规范的要求。

3.4 挂网支护

钢筋网采用φ8 圆钢，间、排距均为200 mm；钢筋在材料堆放场内调直，为便于运输，将钢筋切断，切断长度不宜小于5 m，吊车向闸门井施工作业面运输，施工现场进行安装，钢筋网沿岩面铺设，留出保护层，用焊接法把钢筋网与锚杆连接在一起。

3.4.1 挂网施工工序

挂网施工工序为：网片加工→挂网锚筋孔钻孔→安装锚筋→网片安装→下一道工序。

3.4.2 持网支护施工

①在指定部位进行喷射混凝土前布设钢筋网，钢筋网的间距为200 mm×200 mm，钢筋采用直径为φ8 mm。②钢筋现场加工。③为避免喷射混凝土过程中钢筋网松动移动，采用短锚筋或已有锚杆焊接固定钢筋网。

3.5 喷混凝土施工

初期支护喷射混凝土设计厚10 cm，设计强度为C20，喷射混凝土配合比的设计应满足：强度符合设计要求、不发生管路堵塞、能向上喷射至设计厚度的要求。

3.5.1 施工机具

混凝土原料采用JSZ350 拌和机进行拌和，喷混凝土采用GSP-D干湿两用混凝土喷射机进行，采用干喷法，施工供风用闸门井平台的21 m3电动空压机提供。空压机及拌和机均搭设保温棚。

3.5.2 喷射混凝土施工

为利于喷射混凝土与岩面之间的粘结，喷射混凝土施工前，用高压风将作业面的泥土、粉尘及浮渣等清理干净，坡面清理经验收合格后进行喷射混凝土施工。

混凝土拌合、运输、喷射：①喷射混凝土料在保温棚内拌制干料，按设计配比配料、拌料。②喷射施工应自下而上分段进行，喷射机人工将干拌料投入进料斗，并加入水泥用量4%的速凝剂，持续投料，连续喷射。③喷混凝土采用干喷法，运输至施工现场，喷头与受喷面应尽量垂直，距离控制在约0.80 m，分层完成喷射混凝土，每一喷层喷4～5 cm 厚。④喷射分层和间歇时间：混凝土分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，但也不宜间隔过久。若终凝1—2 h 后再进行喷射，应用风水清洗混凝土表面，以利层间结合。

3.5.3 养护

混凝土喷射完成后须保证竖井内温度≥5 ℃，防止混凝土受冻影响后期强度。利用布置的热风机持续对封闭的竖井进行加热，保证竖井温度满足规范要求。

4 安全保证措施

4.1 井口防护安全措施

①锁口确保围岩稳定。采用在井口结构支护线外设置现浇混凝土进行竖井锁口。②上井口周围设置不低于1.20 m的围栏，并设置30 cm高的踢脚板，对井口周边进行封闭，以防止杂物掉入井内。③上井口设专人24 h 监护，同时设置施工警示牌或隔离带，与施工无关人员不得靠近井口周边施工区。④开挖面与支护面的距离小于3 m，以确保围岩稳定。⑤竖井施工尽可能避免立体作业。

4.2 开挖施工安全措施

①开挖导井和扩挖时，应及时出渣，不应使石渣堆积致使下井口被堵塞。②一旦发生堵进，首先应查清堵塞段距下井口的高度，采取安全可靠的措施进行疏通。施工人员不得从竖井下部进入堵塞段工作面处理堵井。③扒渣人员必须系好安全带或安全绳防止坠落；施工人员必须佩戴安全防护用品，照明充分。④对未支护的围岩要每天进行检查清橇；扩挖应控制爆岩块度，以防下渣时堵井，井下出渣时，必须将导井口封闭。⑤贯通前的几排炮的施工方式，应根据专门的安全措施进行施工，最后的一排炮循环应留渣支撑岩壁，以确保作业人员的安全。⑥下序钻孔作业前要对未支护段井壁围岩进行检查和安全处理，经检查确认安全后，用防护盖对导井口进行封闭，同时对上部井口进行封闭后，才能进行钻孔施工；钻孔、装药结束后，实施起爆作业前，将导井防护珊拆除并运至安全部位。

5 结语

文章以某水电站为例对闸门井开挖支护施工进行详细分析，施工过程严格按照施工程序进行，保证施工材料质量、严格施工安全保证措施，保证闸门井开挖支护施工质量。开挖结束后，开挖质量得到业主、设计和监理一致好评，为以后在闸门井开挖支护施工积累了新的施工经验。