內(nèi)藏式調(diào)壓井反導(dǎo)井法開挖施工

姜凌宇，閆 鵬

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都 610066)

1 工程概況

鎖兒頭水電站位于甘肅省舟曲縣縣城上游約500m的白龍江右岸，是白龍江尼什峽至沙川壩河段上規(guī)劃的第13個(gè)梯級(jí)電站，工程主要任務(wù)是發(fā)電。電站由混凝土閘壩、有壓引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和電站廠房等建筑物組成，電站額定水頭53m，設(shè)計(jì)引用流量141.5m/s。電站安裝3臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量22MW，電站總裝機(jī)容量66MW。

調(diào)壓井為內(nèi)藏阻抗式，其斷面為圓形，直徑14m，井底部高程1369.00 m，頂部高程1412.16m。最高涌波水位1402.85m，最低涌波水位1371.80m。底部設(shè)阻抗孔與引水隧洞連接，高12.1m，圓形斷面，直徑3.6m。調(diào)壓井采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為1m，阻抗孔襯砌厚度為0.5m。調(diào)壓井上部1404.00m高程設(shè)有通氣洞，長約40m，斷面為城門洞形，尺寸2.5m×3.0m(寬×高)，采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為0.4m。

2 施工布置

2.1 施工道路布置

a.頂部通氣洞、穹頂開挖支護(hù)、溜渣、穹頂襯砌，主要采用通氣洞和上調(diào)壓井道路、溜渣道及2號(hào)支洞道路進(jìn)行施工。

b.溜渣井開挖、井筒擴(kuò)挖，主要利用2號(hào)支洞道路進(jìn)行施工。

2.2 風(fēng)、水、電系統(tǒng)布置

由于施工場地極其有限，將主材存放地點(diǎn)設(shè)在2號(hào)施工支洞進(jìn)口段內(nèi)一側(cè)，由2號(hào)施工支洞口已架設(shè)變壓器接線向井內(nèi)供電，施工用水從支洞口設(shè)置的生產(chǎn)水池抽取，風(fēng)由20m3空壓機(jī)通過軟管向井內(nèi)提供。

3 施工方法

3.1 施工工藝流程

先進(jìn)行頂部通氣洞和反導(dǎo)井開挖，通氣洞和反導(dǎo)井貫通后進(jìn)行穹頂開挖，穹頂支護(hù)完成后再進(jìn)行井身擴(kuò)挖，采取邊開挖、邊支護(hù)、邊監(jiān)測的施工方法，實(shí)現(xiàn)以施工監(jiān)測為中心的信息化施工。

調(diào)壓井根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)及施工需要分3個(gè)區(qū)塊開挖:調(diào)壓井、溜渣反導(dǎo)井 (調(diào)壓井中心寬1.5m)為Ⅰ區(qū)，高程1406.19m以上穹頂部分為Ⅱ區(qū)，高程1406.52m以下井身擴(kuò)挖部分為Ⅲ區(qū)。

在通氣洞及溜渣反導(dǎo)井 (Ⅰ區(qū))貫通后，先進(jìn)行Ⅱ區(qū)開挖并及時(shí)完成穹頂支護(hù)，然后進(jìn)行Ⅲ區(qū)開挖，擴(kuò)挖支護(hù)隨開挖及時(shí)進(jìn)行。進(jìn)行Ⅲ區(qū)開挖時(shí)，每3m一循環(huán)，自上而下分層開挖。調(diào)壓井分區(qū)開挖和Ⅲ區(qū)分層開挖順序見圖1。

圖1 調(diào)壓井開挖分區(qū) 單位:m

3.2 測量

a.測量人員會(huì)同監(jiān)理工程師接收各控制網(wǎng)點(diǎn)，并進(jìn)行校核加密，增設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)。

b.洞內(nèi)布設(shè)基本導(dǎo)線和施工導(dǎo)線，洞挖造孔前由測量放出開挖輪廓線、中心線、高程腰線，根據(jù)布孔圖放出鉆孔孔位，并及時(shí)校核、糾偏。

3.3 調(diào)壓井開挖施工

3.3.1 Ⅰ區(qū)開挖

根據(jù)圍巖情況確定采用手風(fēng)鉆鉆爆進(jìn)行溜渣井施工。

3.3.1.1 施工工序

施工工序見圖2。

圖2 工區(qū)開挖施工工序

3.3.1.2 施工方法

施工方法如下:

a.自下而上分層開挖，每層2m作為一個(gè)開挖循環(huán)，開挖洞徑為3m。

b.手風(fēng)鉆鉆孔，爆破后洞渣墜落洞底，并及時(shí)進(jìn)行排險(xiǎn)處理，清除松散巖石。

c.溜渣井井壁每50cm設(shè)置一個(gè)爬梯，以便施工人員上下，爬梯深入井壁1m，每1cm設(shè)置一個(gè)護(hù)欄，護(hù)欄深入巖石1m。

d.采用ZLC50側(cè)卸裝載機(jī)裝10t自卸汽車出渣;出渣及時(shí)，不得堆積，以保持井內(nèi)通風(fēng)、視線良好。

施工工藝見圖3。

3.3.2 Ⅱ區(qū)開挖

圖3 調(diào)壓井、導(dǎo)井開挖施工工藝 單位:m

調(diào)壓井穹頂開挖，采用手風(fēng)鉆造孔，光面爆破。光爆孔選用2號(hào)巖石炸藥，藥卷直徑25mm，其余孔選用直徑32mm的2號(hào)巖石炸藥，人工裝藥。其中，光爆孔用導(dǎo)爆索竹片捆綁，線狀間隔不耦合裝藥，掏槽孔、崩落孔及底邊孔均采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，非電塑料導(dǎo)爆管分段起爆。遇水開挖段均采用乳化炸藥。開挖后及時(shí)進(jìn)行襯砌。其混凝土澆筑施工工藝見圖4。

圖4 調(diào)壓井穹頂混凝土澆筑施工工藝 單位:m

3.3.3 Ⅲ區(qū)擴(kuò)挖

采用臺(tái)階法分層開挖，每層3m作為一個(gè)開挖循環(huán);先進(jìn)行第一層I序開挖，再進(jìn)行第二層Ⅰ序和第一層Ⅱ序開挖，見圖5。

圖5 豎井開挖示意圖 單位:m

a.爆破參數(shù)的確定。調(diào)壓井、反導(dǎo)井?dāng)U挖采用臺(tái)階式預(yù)裂爆破，既能保證施工進(jìn)度和施工安全，又方便控制超欠挖。在中硬性巖石中，炮孔深度等于臺(tái)階的高度，施工采用淺孔爆破法 (孔深小于5m，孔徑小于75mm)進(jìn)行施工。

炮孔布置時(shí)應(yīng)注意以下原則:

1)炮孔方向不要與最低抵抗線方向重合，以免產(chǎn)生沖天炮，降低爆破效果。

2)充分利用地形，盡量利用和創(chuàng)造臨空面以減小爆破阻力。

3)炮孔應(yīng)盡量垂直于巖石的層面、節(jié)理和裂縫，且不要穿過較寬的裂縫，以免漏氣。

經(jīng)計(jì)算得出的爆破參數(shù)見下頁表1。

b.鉆孔爆破。井身按平面分區(qū)、豎向分層及邊墻留保護(hù)層的方法自上而下開挖。井身平面分為A、B兩個(gè)臺(tái)進(jìn)行開挖。井身采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑42mm。

非保護(hù)層:爆破孔孔距1m，排距0.75m，孔深3m，巖石炸藥，非電毫秒雷管孔間微差起爆;由于爆破排數(shù)較多，為防止串段發(fā)生，采用網(wǎng)路同步技術(shù);炸藥單耗控制在0.75kg/m3左右，井身巖石開挖循環(huán)進(jìn)尺3m。

表1 Ⅲ區(qū)爆破參數(shù)

光爆孔:為確保邊墻的光面爆破質(zhì)量，設(shè)一排光爆孔。光爆孔孔距0.6m、孔深3m，裝直徑25mm 2號(hào)光爆藥卷，非電微差毫秒雷管分兩段起爆。其中，第二道光爆面 (井壁面)鉆孔孔深3m，第一次爆破時(shí)用草堵塞孔口 (不裝藥)，作為井壁防震孔，以減小開挖對井壁的爆破影響，在保護(hù)層開挖時(shí)作為光爆孔爆除。

圖6 Ⅲ區(qū)開挖炮孔布置 單位:m

保護(hù)層:保護(hù)層初定為1m，實(shí)際厚度應(yīng)通過井壁爆破抗震模擬試驗(yàn)得出。保護(hù)層開挖采用淺孔弱爆破及光面爆破挖除，保護(hù)層循環(huán)進(jìn)尺0.8m(即每區(qū)內(nèi)1個(gè)循環(huán)保護(hù)層分兩次開挖)。炮孔布置情況見圖6。

網(wǎng)路參數(shù):上述爆破網(wǎng)路采用孔外分段的微差起爆，孔間微差25ms，排間微差75ms。

c.出渣。采用井內(nèi)扒渣和井下出渣兩種方式。

d.豎井?dāng)U挖安全措施。設(shè)置有防護(hù)的人工爬梯;井內(nèi)設(shè)專職安全員，內(nèi)外配備對講機(jī)，確保井上及井下通訊暢通;擴(kuò)挖作業(yè)時(shí)，為保證施工人員安全，溜渣井井口加蓋防護(hù)網(wǎng)，爆破時(shí)撤除。

3.4 調(diào)壓井支護(hù)施工

3.4.1 施工程序

錨噴支護(hù)施工程序?yàn)?測量放線→鉆孔→錨桿制安→噴混凝土→養(yǎng)護(hù)。

3.4.2 噴錨施工方法

a.系統(tǒng)錨桿制安。采用L=4.5m系統(tǒng)錨桿、間排距2m，選用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，先注漿后插錨桿。

b.噴射混凝土拌制及運(yùn)輸。噴射混凝土原料用裝載機(jī)運(yùn)至調(diào)壓井井底，在井底設(shè)置噴漿機(jī)，邊拌制邊噴護(hù)。

c.噴混凝土前準(zhǔn)備工作如下:用人工撬除危石及松動(dòng)石塊，剔除斷層及有害夾層中碎石和軟弱夾層，用高壓風(fēng)槍清洗巖面附著的巖屑、巖粉及其他污物，邊墻底部的石碴和堆積物也要清除，并用高壓風(fēng)水槍清洗干凈;對巖石面的滴、滲、淋水部位要打排水孔，并埋設(shè)導(dǎo)管集中引排;埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志;作業(yè)區(qū)要保證良好的通風(fēng)和充足的照明，在噴射混凝土施工前，必須對施工機(jī)械設(shè)備，風(fēng)、水管路和電線等進(jìn)行全面檢查和試運(yùn)行。

d.混凝土噴射施工。噴射混凝土選用PZ-5C型干噴機(jī)進(jìn)行噴護(hù)，按先下后上的順序施工。

e.噴射混凝土養(yǎng)護(hù)。噴射混凝土終凝后灑水養(yǎng)護(hù)，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可停止養(yǎng)護(hù)。

3.4.3 調(diào)壓井施工監(jiān)測

為確保調(diào)壓井順利施工，避免安全事故的發(fā)生，必須做好施工監(jiān)測工作，采取信息化施工，通過施工檢測檢驗(yàn)開挖及支護(hù)是否合理及安全可靠，用監(jiān)測指導(dǎo)施工。施工監(jiān)測項(xiàng)目及儀器見表2、表3。

表2 施工監(jiān)測項(xiàng)目

表3 量測儀器明細(xì)

3.4.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)整理及反饋

現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)整理，繪制出“位移～時(shí)間”曲線，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和“位移～時(shí)間”曲線對圍巖穩(wěn)定作出正確分析，進(jìn)而判斷圍巖屬于穩(wěn)定狀態(tài)、臨界狀態(tài)還是處于危險(xiǎn)狀態(tài);并將監(jiān)測結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)及監(jiān)理人員，如有異常情況，可以及時(shí)采取措施或改變施工方案，以確保工程安全。

3.5 豎井交通方式及安全措施

豎井內(nèi)設(shè)計(jì)兩套交通方式:輔助緊急人員交通和施工材料交通。人員交通采用在洞壁布置鋼筋爬梯方式，調(diào)壓井內(nèi)施工材料運(yùn)輸采用頂拱吊籠 (罐)吊運(yùn)。

4 施工中的注意事項(xiàng)

a.鋼筋保護(hù)層。貼巖面部分為5cm，其余部位為3cm。

b.井字梁配筋按示意圖 (圖7)進(jìn)行，井字梁相交部位及兩側(cè)端頭箍筋加密布置210@100。

c.井字梁要求整體澆筑，中間不得分縫。

圖7 調(diào)壓井井字梁配筋示意圖

5 安全保證措施

a.崗位培訓(xùn)。教育和督促施工作業(yè)人員嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)規(guī)章制度和安全操作規(guī)程;在技術(shù)交底的同時(shí)，向作業(yè)人員如實(shí)告知作業(yè)場所和工作崗位存在的危險(xiǎn)因素、防范措施以及事故應(yīng)急措施。

b.施工區(qū)內(nèi)設(shè)置醒目的安全警示標(biāo)志。爆破作業(yè)時(shí)，一是要嚴(yán)格控制一次起爆藥量，避免對洞室整體圍巖造成過大的震動(dòng);二是加強(qiáng)警戒，每次爆破認(rèn)真檢查警戒范圍內(nèi)人員、設(shè)備是否撤離到安全區(qū)域。

c.洞內(nèi)施工環(huán)境差，施工場地及道路要布置足夠的照明，施工用電要有可靠的接地，動(dòng)力線路按規(guī)定架設(shè)，不隨意搭設(shè)，且需有良好的絕緣，以防傷人。

6 質(zhì)量保證措施

a.嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范對生產(chǎn)過程的材料和各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行必要的檢查和試驗(yàn)，全過程監(jiān)督，做好質(zhì)量檢查記錄和報(bào)表。

b.測量放線準(zhǔn)確，鉆孔方向及角度滿足設(shè)計(jì)要求，施工時(shí)隨時(shí)檢查、調(diào)整;在鉆孔作業(yè)前，查看和檢查鉆孔范圍內(nèi)是否有埋設(shè)儀表、電纜和管路，摸清準(zhǔn)確位置后方可施工。爆破施工前，合理選擇爆破參數(shù)，作為指導(dǎo)開挖施工的依據(jù)，施工 時(shí)詳細(xì)記錄各種數(shù)據(jù)。

c.由于調(diào)壓井地質(zhì)條件并不是很好，因此要嚴(yán)格控制炮孔間距、孔深、孔位偏差和鉆孔方向，及時(shí)準(zhǔn)確記錄施工各道工序的作業(yè)，并及時(shí)對資料進(jìn)行匯總、整理和分析。

7 環(huán)保措施

a.認(rèn)真執(zhí)行國家頒布的有關(guān)安全規(guī)程及法律、法令，執(zhí)行關(guān)于環(huán)境保護(hù)的政策和工程師在施工安全方面的規(guī)定。

b.將環(huán)保責(zé)任層層落實(shí)到人，使全體員工具有“環(huán)境保護(hù)，人人有責(zé)”的意識(shí)。

c.通過圖片、標(biāo)語、會(huì)議等多種形式宣傳環(huán)保法、水保法。

8 結(jié)語

2011年5月13日調(diào)壓井、反導(dǎo)井與通氣洞順利貫通，2012年12月鎖兒頭水電站正式發(fā)電，截至目前運(yùn)行正常。水電站施工通常都會(huì)遇到不同形式調(diào)壓井施工，鎖兒頭水電站反導(dǎo)井開挖施工內(nèi)藏式調(diào)壓井的成功經(jīng)驗(yàn)可以為類似條件的工程作為參考，具有技術(shù)指導(dǎo)意義。