引白入北工程集水豎井開挖控制技術(shù)

曲樹成 王春娟

(沈陽利鑫土木工程有限責(zé)任公司，遼寧沈陽 110179)

1 工程概況

1.1 工程概況

北票市引白入北供水工程的濾床取水區(qū)域位于白石水庫中心府區(qū)段，設(shè)計(jì)1條700m的輸水主巷道和3條支巷道，在主巷和支巷上布置9座硐室，在硐室頂部安裝滲濾取水器取水，主巷起點(diǎn)處設(shè)1眼集水豎井和1座取水泵房。集水豎井井口標(biāo)高129.75m，井底標(biāo)高77.5m，井深52.25m，內(nèi)徑5m，壁厚0.4m，C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆全支護(hù)。井底5m段為導(dǎo)井，便于施工和將來巷內(nèi)維護(hù)、檢修排水置泵空間。

1.2 工程地質(zhì)

豎井所處場(chǎng)地出露的主要巖性為砂巖類、泥巖、薄層頁巖。

2 土層、砂礫層施工

根據(jù)工程實(shí)際情況首先施工鎖口至井圈部位，依據(jù)業(yè)主提供的控制點(diǎn)資料及經(jīng)監(jiān)理工程師批復(fù)的復(fù)測(cè)成果進(jìn)行測(cè)量放線。首先利用全站儀放樣出豎井中心位置，然后利用鋼尺放樣豎井開挖范圍。豎井鎖口段以粉質(zhì)黏土為主，表層為塊石土，地表距強(qiáng)風(fēng)化巖層深度約8m。采用機(jī)械人工配合開挖，挖至砂礫層后，采用人工開挖，鎖口部位使用空壓機(jī)風(fēng)鎬開挖確保開挖質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。垂直提升出碴采用25t汽車吊吊料斗出渣。按設(shè)計(jì)斷面開挖完成后，進(jìn)行鎖口鋼筋混凝土的澆筑，澆筑時(shí)模板采用大塊定型鋼模板。井圈混凝土頂高程高于地面0.5m，搭設(shè)施工平臺(tái)、安裝井架及封閉井口。

3 井身巖石段施工

井身段分為兩部分進(jìn)行掘進(jìn)，先進(jìn)行高程82.0m以上段豎井施工，等輸水平巷及硐室施工完成后再進(jìn)行82.0m以下段豎井施工。采用鉆爆法施工，為減小爆破地震波的影響，采取分段、分次爆破，出碴采用井架垂直提升，每個(gè)開挖循環(huán)結(jié)束后為了確保施工人員安全，井壁噴射C30混凝土進(jìn)行支護(hù)。

3.1 控制點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)豎井的施工特點(diǎn)，近井點(diǎn)的測(cè)量在井筒附近至少建立一個(gè)豎井永久性控制點(diǎn)(包括平面控制和高程控制)，作為井建測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。井筒十字線的測(cè)設(shè):沿十字線各端埋設(shè)永久保護(hù)點(diǎn)不少于2個(gè)，并實(shí)測(cè)各點(diǎn)的坐標(biāo)。隨著豎井掘進(jìn)到一定深度，十字線還應(yīng)轉(zhuǎn)設(shè)到井筒鎖口面上，并埋設(shè)鐵質(zhì)標(biāo)志，永久保存。施工時(shí)定期檢校中心線，利用中心線確定開挖線。

3.2 集水豎井爆破設(shè)計(jì)

豎井井筒爆破設(shè)計(jì)主要包括爆破參數(shù)確定(爆破圖表編制)、鑿巖和爆破三項(xiàng)工作。在豎井掘進(jìn)時(shí)，鑿巖爆破是一項(xiàng)主要工序，在每一個(gè)循環(huán)中約占20%～30%的時(shí)間，鑿巖工作的快慢直接影響工程進(jìn)度，而爆破效果則直接影響井筒成型質(zhì)量。

3.2.1 爆破參數(shù)的確定

a.爆破器材選擇。豎井掘進(jìn)時(shí)，一般使用威力高、防水性好的炸藥。根據(jù)巖層實(shí)際情況，選用膠質(zhì)炸藥。雷管采用6號(hào)和8號(hào)毫秒延期電雷管，段數(shù)為1、3、5、7、9。

b.單位炸藥消耗量(q)的確定。影響單位炸藥消耗量的主要因素是巖石的性質(zhì)、炸藥種類和井筒斷面的大小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，參照國家定額——豎井掘進(jìn)炸藥及雷管消耗定額(見表1)選定，在施工中依據(jù)實(shí)際爆破效果不斷調(diào)整，使其達(dá)到最優(yōu)值。豎井掘進(jìn)斷面為26.4m2，巖石的堅(jiān)固性系數(shù)f=8～10，查表得知單位炸藥消耗量q定=1.62kg/m3。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，定額數(shù)值一般偏小，乘以1.1的系數(shù)，決定取q=1.8kg/m3。

表1 豎井掘進(jìn)炸藥及雷管消耗定額

c.炮眼直徑(d)的確定。炮眼直徑指炮眼眼底的直徑，一般取38～42mm。藥包直徑一般較炮眼直徑小5～7mm，釬頭直徑一般較炮眼直徑小2～3mm。豎井施工時(shí)，采用40mm的釬頭，故炮眼直徑為42mm。

d.炮眼深度(l)的確定。通常將從眼口到眼底的垂直距離稱為炮眼深度，而將從眼口到眼底的長度稱為炮眼長度。在施工時(shí)炮眼深度根據(jù)要求的月進(jìn)度來確定，依據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算:

式中 l——按月進(jìn)度要求的炮眼深度，m;

L——月掘進(jìn)深度，m;

n——每月掘進(jìn)天數(shù);

n1——每循環(huán)小時(shí)數(shù);

η——炮眼利用率，一般為0.8～0.9，取0.85;

η1——循環(huán)率，一般為80% ～90%，取85%。

豎井計(jì)劃月進(jìn)度為60m(L=60m)，采用掘砌順序作業(yè)。月掘進(jìn)天數(shù)取27d，取循環(huán)時(shí)間為12h，則炮眼深度為:

為了加快施工進(jìn)度和提前超額完成生產(chǎn)任務(wù)，取炮眼深度l=1.8m。

e.炮眼數(shù)目(N)的確定。通常先根據(jù)單位炸藥消耗量進(jìn)行初算，再根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料用工程類別的方法初步確定炮眼數(shù)目，作為布置炮眼時(shí)的依據(jù)，然后再依據(jù)炮眼布置情況，適當(dāng)加以調(diào)整，最后確定。用下式進(jìn)行計(jì)算:

式中 q——單位炸藥消耗量，kg/m3;

S——井筒的掘進(jìn)斷面，m2;

η——炮眼利用率;

m——每個(gè)藥包的長度，m;

G——每個(gè)藥包的重量，kg;

a——炮眼平均裝藥系數(shù)，當(dāng)藥包直徑為32mm時(shí)，取0.6～0.72;當(dāng)藥包直徑為35mm時(shí)，取0.6～0.65。

豎井掘進(jìn)斷面積S=26.4m2，單位炸藥消耗量q=1.8kg/m3，炮眼利用率為η=0.85，每個(gè)藥包的長度m=0.2m，每個(gè)藥包的重量G=0.15kg，炮眼裝藥系數(shù)a取0.72，則炮眼的估算數(shù)目為:故炮眼數(shù)目暫定75個(gè)，作為布置炮眼時(shí)的依據(jù)。

f.炮眼布置。豎井掘進(jìn)時(shí)，炮眼布置在以井筒中心為圓心做成的同心圓上，根據(jù)井筒掘進(jìn)直徑、巖石堅(jiān)固程度，共布置四圈。掏槽方式及掏槽眼的數(shù)目主要受巖石性質(zhì)、井筒掘進(jìn)斷面和炮眼深度等因素影響。掏槽眼的數(shù)目一般為5～7個(gè)，巖石越堅(jiān)固掏槽眼數(shù)目應(yīng)該越多。豎井掘進(jìn)采用淺眼直線掏槽形式，其具有巖碴飛揚(yáng)高度小、操作技術(shù)簡單、便于打深眼等優(yōu)點(diǎn)。掏槽眼數(shù)目確定為12個(gè)，掏槽眼深度為2.2m。

周邊眼口一般距井幫100～200mm，在軟巖中可達(dá)300～400mm。周邊眼在鉆孔時(shí)略向外傾斜，使眼底落在井筒的輪廓線上。為保證井筒規(guī)格質(zhì)量，周邊眼的眼距比輔助眼小。為使每個(gè)炮眼的最小抵抗線基本相等，輔助眼和周邊眼一樣都按同心圓分圈布置。豎井巖石較堅(jiān)固，炮眼深度取1.8m，掏槽采用淺眼直線兩次掏槽，在豎井中心設(shè)中心孔，其深度比其他炮眼略深20cm。

g.炸藥消耗量的確定。

?初步確定炸藥消耗總量Q

Q=q×S×l×η =1.8×26.4×2×0.85=80.8kg

?各類炮眼中單孔裝藥量的確定

①每個(gè)炮眼平均裝藥量q平:

②每個(gè)掏槽眼的裝藥量q掏:8.64個(gè)，考慮裝藥的可靠性，取n掏=9個(gè)

故q掏=G×n掏=0.15×9=1.35 kg

式中 n掏——每個(gè)掏槽眼所裝藥卷個(gè)數(shù);

m掏——掏槽眼藥量增加系數(shù)，可取1.15～1.2;

G——每個(gè)藥卷的重量，kg。

③每個(gè)輔助眼的裝藥量q輔:

故q輔=G×n輔=0.15×7=1.05 kg

④每個(gè)周邊眼裝藥量q邊:

q邊=G×n邊=0.9kg

式中 n邊——每個(gè)周邊眼所裝藥卷個(gè)數(shù);

m邊——周邊眼裝藥量降低系數(shù)。由于周邊眼眼距較小，自由面較大，易崩落，同時(shí)為減少因爆破而產(chǎn)生巖幫穩(wěn)定性下降，周邊眼裝藥量應(yīng)有所減少，故 m邊可取0.85～0.95。

?每循環(huán)實(shí)際炸藥量消耗總量Q實(shí)

Q實(shí)=q掏×n1+q輔×n2+q邊×n3=1.35×12+1.05×34+0.9×30=78.9kg

h.爆破圖表。根據(jù)以上各項(xiàng)確定的結(jié)果，進(jìn)行歸納整理，見表2、表3。

表2 原始條件

表3 豎井爆破參數(shù)

3.2.2 鑿巖作業(yè)

豎井鑿巖采用YT—28鑿巖機(jī)，釬頭采用φ40mm“一”字形硬質(zhì)合金鉆頭。豎井掘進(jìn)斷面積為26.4m2，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮到井筒作業(yè)面有限，設(shè)備過多易造成相互干擾和工作混亂，計(jì)劃配置4臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)，分四個(gè)工作區(qū)域，集中組成8人的“定人、定機(jī)、定位”的勞動(dòng)組織。

3.2.3 爆破作業(yè)

爆破作業(yè)主要包括裝藥、聯(lián)線和起爆。裝藥時(shí)安排爆破員和有經(jīng)驗(yàn)的工人進(jìn)行，必須認(rèn)真裝填，聯(lián)線可靠，方能獲得良好的爆破效果。裝藥前把工作面的工具提出井外，設(shè)備提至安全高度，非工作人員全部撤離至井筒以外。

a.裝藥。裝藥時(shí)采用串裝藥的方法，將每個(gè)炮眼欲裝的全部藥卷先在地面用竹片及線捆扎，加工成串聯(lián)藥卷。在工作面裝藥時(shí)將長藥卷一次裝入眼內(nèi)，眼口部分用炮泥充填。

b.聯(lián)線。全部炮眼裝藥結(jié)束之后即可開始聯(lián)線。聯(lián)線前必須打開放炮開關(guān)，并切斷通入井下的一切電源，以防意外電源接觸爆破母線造成事故。豎井爆破采用并聯(lián)網(wǎng)路，由于眼數(shù)較多，加之工作面有淋水、積水等原因，因此應(yīng)注意使通過每個(gè)雷管的電流大致相等，以防止因漏電而發(fā)生局部拒爆現(xiàn)象。

c.起爆。爆破網(wǎng)路聯(lián)好以后，必須認(rèn)真檢查，以免發(fā)生漏聯(lián)和錯(cuò)聯(lián)。爆破母線的連接必須在所有放炮準(zhǔn)備工作完成并經(jīng)檢查后進(jìn)行。放炮前必須打開井蓋門，當(dāng)所有人員撤離井口到達(dá)安全地點(diǎn)后，放炮工方可合閘起爆。

4 結(jié)論與建議

a.按爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，能夠達(dá)到進(jìn)尺1.6～1.8m左右的深度。

b.通過合理組織施工滿足施工進(jìn)度需求，保證了按計(jì)劃工期完成開挖任務(wù)。

c.施工時(shí)根據(jù)不同地段的巖石性質(zhì)適當(dāng)調(diào)整了各項(xiàng)參數(shù)，井壁開挖滿足超欠挖控制在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的要求。

可以看出，根據(jù)爆破效果和實(shí)際巖石條件的變化，適當(dāng)調(diào)整周邊孔與設(shè)計(jì)開挖邊線的距離，以及適當(dāng)調(diào)整裝藥量等參數(shù)在豎井開挖中起著至關(guān)重要的作用。上述開挖控制技術(shù)可供類似地質(zhì)條件豎井開挖施工參考?！?/p>