大型水電站豎井開挖與支護(hù)施工技術(shù)研究

吳衡　祝于森　羅江勇

【摘要】通過對復(fù)雜地質(zhì)條件下大型水電站豎井的開挖與支護(hù)施工方法進(jìn)行研究與實(shí)踐，探索了豎井的導(dǎo)井法施工、開挖前回填灌漿與開挖中的噴錨支護(hù)、鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)，對塌方區(qū)域采取模噴、回填澆筑等處理方法，總結(jié)出對極其復(fù)雜地質(zhì)條件下的豎井開挖與支護(hù)分別采取預(yù)固結(jié)灌漿、錨噴支護(hù)、鋼支撐加固以及模噴、回填澆筑的綜合施工方法。

【關(guān)鍵詞】大型水電站；豎井；開挖；支護(hù)；塌方處理

1、前言

某水電站1#豎井段是壓力管道的一部分，垂直高度102.2m（EL852.2～EL750.0）。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，1#豎井采用反井法施工，先打?qū)Ь?，然后自上而下進(jìn)行井身擴(kuò)挖施工。在擴(kuò)挖施工過程中，當(dāng)全斷面擴(kuò)挖進(jìn)行到39.1m（即EL810）時(shí)，發(fā)現(xiàn)了下部有較大規(guī)模的塌方，塌方寬度以反導(dǎo)井為中心徑向最大半徑約9m。經(jīng)多次研究，最終決定先將井內(nèi)塌空區(qū)用混凝土填滿，并預(yù)留溜渣通道（預(yù)埋PE管），然后再自上而下擴(kuò)挖。

2、豎井開挖

2.1施工方案選擇

豎井施工方式通?？煞譃閮深?，即正井法和反井法。正井法是自上而下鑿井，最常用的辦法是采用手風(fēng)鉆打眼、放炮，強(qiáng)制通風(fēng)，人工裝巖或抓斗抓巖，吊桶出渣；其特點(diǎn)是對于復(fù)雜地質(zhì)條件情況下，便于適時(shí)支護(hù)，確保安全。正井法開挖施工工藝落后，進(jìn)度緩慢，且經(jīng)濟(jì)效益較差，不滿足該水電站工期要求。反井法是先利用正井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)孔施工，自上而下鉆出先導(dǎo)孔，再利用反井鉆機(jī)自下而上鉆出反導(dǎo)井，最后從上至下開挖，利用導(dǎo)井進(jìn)行通風(fēng)、排水和出渣。采用反井法施工，能充分利用反井鉆機(jī)施工小直徑鉆孔速度快、質(zhì)量好和鉆眼爆破法破巖效率高、出渣快、節(jié)省通風(fēng)和排水設(shè)備等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)豎井快速安全施工。反井法具有較正井法機(jī)械化程度高、人員投入少、施工進(jìn)度快、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)對比論證，1#豎井選擇了反井法施工方案。

2.2施工條件分析

1#豎井段開挖與支護(hù)是豎井段壓力管道部分的一道工序，豎井直徑較大、垂直高度達(dá)102.2m。施工交通靠上下平洞，條件較差；圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，施工難度極大。

2.2.1豎井開挖存在的問題

（1）圍巖地質(zhì)條件差

1#豎井段圍巖為灰白色中厚層狀細(xì)晶白云巖、灰色石灰?guī)r，自上而下巖性依次為②、③、④和⑤層，巖性差別較大，地質(zhì)條件變化較多，以強(qiáng)風(fēng)化為主；巖體較破碎，裂隙發(fā)育，裂隙面見厚5cm～10cm、呈條帶狀的風(fēng)化暈，局部充填有2cm～5cm厚的粉土；該段巖溶作用較強(qiáng)，“溶蝕”、“砂化”現(xiàn)象明顯，存在溶洞堆積物，其物質(zhì)多為孤塊碎石土，架空現(xiàn)象明顯。綜合評價(jià)：1#豎井段巖體完整性差，呈薄層～互層狀結(jié)構(gòu)，多為Ⅲ～Ⅳ類圍巖，以Ⅳ類為主，局部為Ⅴ類，極易產(chǎn)生塌方掉塊。

（2）安全問題突出

由于1#豎井段較差的圍巖條件，加之豎井高度大，工作人員必須進(jìn)入井內(nèi)工作面施工，安全問題突出。

（3）先導(dǎo)孔與反導(dǎo)井施工困難

由于1#豎井圍巖條件差，先導(dǎo)孔鉆孔精度較難控制，鉆機(jī)施工時(shí)容易產(chǎn)生卡鉆、掉鉆，因此豎井的先導(dǎo)孔鉆孔、反導(dǎo)井?dāng)U挖成為本工程的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.2.2問題的應(yīng)對措施

針對施工中可能遇到的突出問題，提出應(yīng)對措施如下：

（1）對破碎巖體采取固結(jié)灌漿、錨噴支護(hù)、鋼支撐加固等措施。

（2）加強(qiáng)安全設(shè)施配置，具體包括：井口安全圍欄，安全防護(hù)罩；豎井內(nèi)設(shè)安全鋼梯；加強(qiáng)安全用電系統(tǒng)管理；卷揚(yáng)機(jī)設(shè)置安全防溜裝置；設(shè)置井內(nèi)通訊設(shè)施；及時(shí)對開挖面進(jìn)行噴錨支護(hù)。具體措施還包括：制訂一整套完整的運(yùn)行管理制度；統(tǒng)一井內(nèi)外的信號系統(tǒng)，對進(jìn)入井內(nèi)作業(yè)人員事先進(jìn)行教育、學(xué)習(xí)；控制爆破；持證上崗；對各井口三班倒運(yùn)行管理人員采用定人、定崗、定責(zé)任的三定管理；制訂各種危險(xiǎn)源辨識和防范措施，對可能發(fā)生的事故制定相關(guān)的防范措施和應(yīng)急措施，定期和不定期進(jìn)行安全檢查。

（3）保證鉆機(jī)安裝精度，開孔時(shí)采用扶正器；在先導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中及時(shí)采取糾偏措施，合理采用鉆壓和轉(zhuǎn)速、每鉆進(jìn)10m做孔斜檢測并進(jìn)行糾偏等。對反導(dǎo)井施工和擴(kuò)挖施工中可能遇到的問題亦制定相應(yīng)的措施對策。

3、豎井支護(hù)

豎井井口21m段采用混凝土襯段，井身段的二次支護(hù)施工為掛網(wǎng)噴護(hù)混凝土施工。在豎井開挖施工時(shí)布置的1臺10t卷揚(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)，現(xiàn)用作掛網(wǎng)鋼筋的垂直運(yùn)輸。大吊籃作為主要施工平臺，施工時(shí)按施工人員的高度確定每次吊籃提升高度。初步擬定為：掛網(wǎng)施工每次提升1.8m～2.0m；噴混施工每次提升1.0m。鋼筋網(wǎng)的連接采用在豎井井口布置一臺電焊機(jī)，對鋼筋網(wǎng)現(xiàn)場焊接。混凝土噴護(hù)施工采用濕噴機(jī)送料，人工噴護(hù)。

噴混凝土施工首先清理基礎(chǔ)面，采用高壓風(fēng)清掃巖面，再測量放線埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志，驗(yàn)收合格后，按監(jiān)理審批后的混凝土配合比進(jìn)行配比；噴漿機(jī)放在吊籃上，噴漿料采用自卸汽車進(jìn)行運(yùn)輸，通過排風(fēng)豎井洞口制作盛料斗，下接80mm鋼管，再接軟管至工作面噴射。噴射作業(yè)應(yīng)分段分片進(jìn)行，噴射順序自下而上，分段長度一般不超過6m，噴射方向應(yīng)大致垂直巖面，噴射混凝土順序應(yīng)遵循“先下后上，先凹后凸”的原則。噴嘴與受噴面垂直，保持0.6m～1.2m左右的距離；分層噴射時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝lh后進(jìn)行噴射，應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面；并調(diào)節(jié)噴射角度，以保證鋼筋與壁面之間混凝土的密實(shí)性。噴射混凝土面應(yīng)平整，不允許出現(xiàn)鼓皮、割落、局部空洞及流淌等現(xiàn)象。相臨區(qū)段搭接處必須認(rèn)真控制，保證搭接處光滑平整、無明顯接頭痕跡。噴射過程中應(yīng)保持噴射機(jī)工作風(fēng)壓穩(wěn)定，連續(xù)均勻向噴射機(jī)供料。完成噴射混凝土作業(yè)或因故中斷噴射作業(yè)時(shí)，應(yīng)將噴射機(jī)和輸料管內(nèi)的積料清除干凈。噴層終凝2h后噴水或噴霧養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。氣溫低于+5℃不得噴水養(yǎng)護(hù)。

4、結(jié)束語

綜上所述，在豎井深井巖石開挖的過程中，采用反井鉆機(jī)施工導(dǎo)井，再用人工進(jìn)行反擴(kuò)，最后正擴(kuò)，使開挖的石碴從井中溜下，減少了人工出碴的強(qiáng)度，降低了施工難度。

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