黃家灣首部樞紐工程引水發(fā)電洞豎井段反井鉆機(jī)施工技術(shù)研究

劉國(guó)中

(貴州省水利投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550001)

0 引 言

黃家灣首部樞紐工程引水發(fā)電洞豎井段開(kāi)挖總高度39.9m，開(kāi)挖斷面為φ6.6m圓型井，襯砌成型直徑為?5.0m，由于豎井高度高，直徑大，需要采取非常規(guī)施工方法進(jìn)行施工，保證施工安全。

1 工程概況

黃家灣首部樞紐工程規(guī)模為大(2)型，主要樞紐建筑物有擋水大壩、左岸溢洪道、左岸導(dǎo)流兼泄洪放空隧洞、大地頭沖溝副壩、右岸壩后電站工程等。引水發(fā)電洞豎井段設(shè)置于引0+147.43-引0+154.03m樁號(hào)段。洞室圍巖為三疊系中統(tǒng)邊陽(yáng)組第二段的砂、泥巖，主要呈微風(fēng)化狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性較差，主要為互層狀結(jié)構(gòu)，地下水位比洞室高0-32m，地下水活動(dòng)中等至較強(qiáng)烈，巖層走向與洞向交角50-80°，巖層倒轉(zhuǎn)，傾角50°左右，豎井段為Ⅳ類圍巖。上平段底板高程為1024.2m，下平段洞頂高程984.3m，開(kāi)挖總高度39.9m，其中豎井段高度26.5m，其他余為上下轉(zhuǎn)彎斷，轉(zhuǎn)彎半徑10m。設(shè)計(jì)開(kāi)挖為?6.6m圓型井，襯砌成型直徑為5.0m。

2 施工工藝技術(shù)

設(shè)計(jì)開(kāi)挖為?6.6m圓型井，襯砌成型直徑為?5.0m。豎井開(kāi)挖首先反井鉆機(jī)開(kāi)挖溜渣井，溜渣井開(kāi)挖成?2.0m直徑圓形井，用于溜送豎井?dāng)U挖時(shí)的石渣到下平段上，再用裝載機(jī)進(jìn)行出渣，用人工鉆孔爆破的方式擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)斷面后，進(jìn)行豎井鋼筋混凝土襯砌。

2.1 開(kāi)挖溜渣井

溜渣井開(kāi)挖采用LM-200型反井鉆機(jī)，轉(zhuǎn)機(jī)由主機(jī)、操作車、泵車組成。鉆孔最深度為200m。其施工特點(diǎn)有：①施工工藝簡(jiǎn)單；②各種地質(zhì)條件均能滿足施工要求；③施工人員配置少；④施工效益高，成井速度快。施工工藝流程如下(見(jiàn)圖1)：

2.1.1 反井鉆機(jī)布置安裝

鉆機(jī)基礎(chǔ)清至完整的基巖，澆筑厚75cm、強(qiáng)度為C20混凝土基礎(chǔ)，預(yù)留機(jī)架固定螺栓、前拉桿螺栓槽。鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土澆筑7d后，將輕型軌道鋪設(shè)在混凝土平臺(tái)上，軌距為64cm，軌道下墊枕木(20×20cm，長(zhǎng)120cm)或20#工字鋼，每隔60-80cm墊一根，然后將鉆機(jī)從洞外拆解后分散搬運(yùn)至洞內(nèi)，再拼裝到軌道上，調(diào)好鉆機(jī)位置，鎖緊卡軌器，豎起鉆架，安裝后拉桿，調(diào)平鉆機(jī)。

圖1 反井鉆機(jī)工藝流程圖

2.1.2 反井鉆機(jī)鉆溜渣井施工

1)導(dǎo)孔施工

鉆機(jī)調(diào)平后，調(diào)整動(dòng)力水龍頭的轉(zhuǎn)速為預(yù)定值，并將動(dòng)力水龍頭升到最高位置、把事先與異型鉆桿相接的導(dǎo)孔鉆頭移入鉆架底孔并用下卡瓦卡住異型鉆桿的下方卡位，然后將卡瓦放入卡座；用轉(zhuǎn)盤(pán)吊將開(kāi)孔鉆桿放入機(jī)械手，卡住鉆桿，操作機(jī)械手，連接鉆桿，接好鉆桿后，收回機(jī)械手；上升動(dòng)力水龍頭，取出下卡瓦，下放動(dòng)力水龍頭，使鉆桿進(jìn)入卡座；操作手柄使動(dòng)力水龍頭正轉(zhuǎn)并向下推進(jìn)，操作調(diào)節(jié)閥達(dá)到鉆進(jìn)壓力，開(kāi)始開(kāi)孔鉆進(jìn)的同時(shí)開(kāi)啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水。

動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)至最低位置時(shí)，停止向下推進(jìn)，檢查棘輪套的插銷是否往上頂出來(lái)，如果插銷被頂出來(lái)，說(shuō)明孔內(nèi)石渣沒(méi)有沖洗干凈，繼續(xù)沖洗至插銷回到原位。導(dǎo)孔沖洗干凈后，提升動(dòng)力水龍頭，使鉆桿上卡位升至卡座上方約20cm，停止動(dòng)力水龍頭的轉(zhuǎn)動(dòng)和提升，將下卡瓦卡住鉆桿的上方卡位，下降動(dòng)力水龍頭將卡瓦放入卡座，動(dòng)力水龍頭反轉(zhuǎn)，邊轉(zhuǎn)邊提升動(dòng)力水龍頭至最高位置；同時(shí)用轉(zhuǎn)盤(pán)吊將待接鉆桿放入機(jī)械手，卡住鉆桿，操作機(jī)械手，連接鉆桿，下降動(dòng)力水龍頭接好鉆桿，收回機(jī)械手；上升動(dòng)力水龍頭，取出下卡瓦，再下降動(dòng)力水龍頭向下鉆進(jìn)。

2)?2.0m擴(kuò)孔鉆進(jìn)

導(dǎo)孔鉆通后，在下平洞用卸扣器將導(dǎo)孔鉆頭和異型鉆桿換下，修平平洞頂拱擴(kuò)孔鉆進(jìn)范圍，用裝載機(jī)將鉆頭運(yùn)至導(dǎo)孔下方，將上下提吊塊分別同鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定，上下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導(dǎo)孔鉆桿，使鉆頭離開(kāi)地面約20cm，然后固定鉆頭，下放導(dǎo)孔鉆桿，拆去上下提吊塊，連接擴(kuò)孔鉆頭；調(diào)節(jié)動(dòng)力水龍頭出軸轉(zhuǎn)速調(diào)為慢速擋；用一個(gè)三通將冷卻水泵的水分出一部分供擴(kuò)孔鉆頭，以冷卻鉆頭、消塵；在擴(kuò)孔鉆頭未全進(jìn)入鉆孔時(shí)，為防止鉆頭劇烈晃動(dòng)而損壞刀具，應(yīng)使用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，待鉆頭全部鉆進(jìn)時(shí)，方可加壓鉆進(jìn)。

3)拆卸鉆桿

擴(kuò)孔完成后拆卸鉆桿，在卸鉆桿過(guò)程中，鉆桿接頭無(wú)法松動(dòng)時(shí)，使用輔助卸扣輔助動(dòng)力水龍頭反轉(zhuǎn)，如果使用輔助卸扣裝置也不能松動(dòng)接頭時(shí)，則在待松動(dòng)的接頭四周用氧焊烘烤，邊烘烤邊反轉(zhuǎn)動(dòng)力水龍頭直至松動(dòng)為止。如果使用氧焊烘烤還是不能松動(dòng)接頭時(shí)，則在第一根鉆桿的下邊緣用鋼鋸鋸除2-3mm，再反轉(zhuǎn)動(dòng)力水龍頭松動(dòng)接。

2.2 豎井?dāng)U挖

豎井的擴(kuò)挖采用人工鉆孔爆破擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)斷面。豎井的擴(kuò)挖需在溜渣井施工完成，下平段開(kāi)挖與溜渣井相接后才能實(shí)施，豎井?dāng)U挖采用人工鉆孔爆破開(kāi)挖，爆破石渣經(jīng)溜渣井溜到下平段后，再用裝載機(jī)鏟運(yùn)出渣。為便于溜渣，擴(kuò)挖工作面布置成漏斗階梯狀。

2.2.1 造孔

造孔采用YT-28型氣腿式風(fēng)鉆造孔，孔徑42mm，周邊孔必須在測(cè)定出的輪廓線上開(kāi)孔，孔間間距偏差≤5cm，其它爆破孔位偏差≤10cm。每輪鉆孔深度3m，鉆孔布置如圖2。

圖2 發(fā)電引水隧洞豎井爆破布孔圖

2.2.2 裝藥、聯(lián)網(wǎng)、起爆

鉆孔驗(yàn)收合格后，由爆破人員按爆破設(shè)計(jì)，操作規(guī)程進(jìn)行裝藥、堵塞，使用黏土對(duì)炮孔進(jìn)行堵塞，并用炮棍輕輕搗實(shí)，裝藥、堵塞完成后，按設(shè)計(jì)聯(lián)網(wǎng)，爆破網(wǎng)路要處于松弛狀態(tài)，聯(lián)網(wǎng)結(jié)束后，要檢查復(fù)核整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，避免漏裝漏聯(lián)，爆破前進(jìn)行清場(chǎng)警戒，施工人員撤離警戒區(qū)，機(jī)械設(shè)備做好安全防護(hù)，確認(rèn)一切準(zhǔn)備工作完畢后，由爆破人員起爆。爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2.3 安全處理及出渣

待煙塵消散后，爆破人員進(jìn)入作業(yè)面檢查，發(fā)現(xiàn)盲炮及時(shí)處理，處理完畢后，人工清除危石，確認(rèn)安全后，進(jìn)行出渣作業(yè)。石渣經(jīng)溜渣井溜到下平段，再用裝載機(jī)鏟運(yùn)出渣。在出渣的過(guò)程中對(duì)開(kāi)挖成型的豎井壁進(jìn)行噴錨支護(hù)，支護(hù)完成后，再進(jìn)行下一循環(huán)的開(kāi)挖。

表1 爆破參數(shù)表

2.2.4 不良地質(zhì)帶、探洞、探坑等的開(kāi)挖

對(duì)于破碎帶開(kāi)挖，采用人工配合風(fēng)鎬挖除，人工清渣，井壁范圍內(nèi)的溶洞、探洞、探坑，用人工配合風(fēng)鎬清除充填巖塊、浮渣、積水以及污物等，并用高壓風(fēng)水槍沖洗干凈，對(duì)開(kāi)挖處理后的破碎帶、溶洞、探坑洞等驗(yàn)收合格后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回填處理。

在豎井開(kāi)挖過(guò)程中遇到局部的溶洞和土洞，對(duì)于洞口深度<1m的土洞，采取清除充填物后，打設(shè)錨桿，錨桿錨固段進(jìn)入完整巖體3m，且全長(zhǎng)≥6m，錨桿間距3m。雙層鋼筋網(wǎng)掛網(wǎng)噴護(hù)，混凝土噴層厚度200mm，鋼筋網(wǎng)采用HPB300￠8，間距200×200mm，向洞口周邊延伸3m。對(duì)直徑<1m的洞穴，采用灌注水泥砂漿及混凝土的方式，再掛網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行加固處理。

在豎井開(kāi)挖過(guò)程中遇見(jiàn)斷裂帶和寬大裂隙不良地質(zhì)，采取清除松動(dòng)、軟弱充填物后，間隔設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿和型鋼腰梁，與周邊完整巖石連接，噴射混凝土護(hù)面，兩側(cè)5m范圍內(nèi)巖石中打設(shè)6m的巖石錨桿，錨桿直徑25mm。破碎帶、裂隙帶中設(shè)置泄水孔，防止形成滯水。

3 結(jié) 論

黃家灣首部樞紐工程引水發(fā)電洞豎井段開(kāi)挖總高度39.9m，其中豎井段高度26.5m，其余為上下轉(zhuǎn)彎斷，開(kāi)挖斷面為?6.6m圓型井，襯砌成型直徑為?5.0m，施工難度大。通過(guò)采用LM-200型反井鉆機(jī)開(kāi)挖溜渣井，再用人工鉆孔爆破的方式擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)斷面，針對(duì)不良地質(zhì)帶、探洞、探坑等的開(kāi)挖，采取人工特殊處理，提高了施工效率，保證了工程質(zhì)量及施工安全。