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    蘭州市水源地建設(shè)項(xiàng)目665m超深豎井開(kāi)挖施工技術(shù)研究

    2017-04-29 00:00:00楊志光
    水能經(jīng)濟(jì) 2017年4期

    【摘要】蘭州市水源地建設(shè)項(xiàng)目通氣豎井深度達(dá)665m,開(kāi)挖施工難度大,技術(shù)要求高.本文對(duì)該超深豎井開(kāi)挖支護(hù)施工方案和垂直運(yùn)輸方案的選擇以及豎井開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了深入分析和研究,值得類似條件下的豎井施工借鑒.

    【關(guān)鍵詞】蘭州市水源地建設(shè);超深豎井;鑿巖鉆機(jī);正挖施工

    1、工程概況

    1.1 工程概況

    蘭州市水源地建設(shè)工程以劉家峽水庫(kù)作為引水水源向蘭州市供水。工程包括取水口、輸水隧洞主洞、分水井、蘆家坪輸水支線、彭家坪輸水支線及其調(diào)流調(diào)壓站、蘆家坪水廠和彭家坪水廠等。

    本工程為永久工程,主要是為防止引水主洞中的氣體可能帶來(lái)的局部及瞬時(shí)極端壓力對(duì)引水主洞造成破壞。另外,為盡量避免F8斷層對(duì)TBM施工的影響,通氣井位置的選擇還綜合考慮了兼做F8斷層的預(yù)處理施工豎井,對(duì)F8斷層及影響帶范圍提前進(jìn)行鉆爆開(kāi)挖,噴錨支護(hù)后,TBM滑行通過(guò)并安裝管片。

    1.2 水文條件及地質(zhì)條件水文、氣象條件

    蘭州氣象站1951年建站,根據(jù)蘭州氣象站資料統(tǒng)計(jì),年平均氣溫9.8℃,一月份平均氣溫最低,為-5.3℃,七月份平均氣溫最高為22.4℃。平均年降水量311.7mm,年蒸發(fā)量1446.4mm,最大風(fēng)速17.0m/s,最大凍土深103cm。

    1.3 地形、地質(zhì)條件

    本工程區(qū)為白堊系下統(tǒng)河口組泥質(zhì)砂巖、粘土巖和砂礫巖,巖性較軟,流水沖蝕嚴(yán)重,風(fēng)化作用較強(qiáng),沿線最高山峰海拔2398m,位于腦和尚溝下游,最低海拔1973m,位于下莊村附近大峴子溝處,相對(duì)高程200~400m,沿線沖溝發(fā)育,溝底與分水嶺相對(duì)高差小于200m,地貌形態(tài)以低中山為主,地勢(shì)總體東高西低。沿線發(fā)育上灘溝、周家腦溝、茅茨溝、打柴溝、廟兒溝、腦和尚溝等6條沖溝,沖溝依地形發(fā)育,走向110°~125°,與線路交角40°~60°,沖溝切割較淺,最大切割深度約60m,溝內(nèi)干涸,溝底普遍可見(jiàn)由青灰色、深灰色變質(zhì)安山巖、變質(zhì)玄武巖等洪積塊碎石。

    2.施工準(zhǔn)備

    2.1 施工前期準(zhǔn)備

    (1)工業(yè)廣場(chǎng)平整

    根據(jù)工業(yè)廣場(chǎng)布置要求,平場(chǎng)時(shí)需要開(kāi)挖周邊部分山體以具備施工條件。場(chǎng)區(qū)高程低于井口標(biāo)高500mm,工業(yè)廣場(chǎng)長(zhǎng)約130m,寬約45m。

    (2)供電

    豎井井筒施工電源采用10KV架空線路供電電源,10KV永久供電線路已形成。

    (3)供水

    施工用水施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)供水管路供水,在宿舍區(qū)設(shè)置150m3磚砌蓄水池蓄水,采用無(wú)塔供水器向廠區(qū)內(nèi)供水,埋設(shè)供水管路長(zhǎng)約400m。

    (4)地面排水

    豎井施工期間,在場(chǎng)地沿山邊設(shè)置排洪溝,井下水及施工廢水經(jīng)排洪溝排出工業(yè)廣場(chǎng)連接原天然沖溝。豎井工業(yè)廣場(chǎng)沿西北側(cè)布置一條排水溝連接原沖溝。

    (5)道路

    在施工場(chǎng)地期間,將黃土路面鋪設(shè)成泥結(jié)碎石路面。

    (6)臨建設(shè)施

    根據(jù)施工需要在豎井附近布置生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)臨時(shí)設(shè)施。

    (7)通訊

    地面通訊采用移動(dòng)電話聯(lián)系,井下與地面通訊采用電話聯(lián)系。

    2.2 測(cè)量

    根據(jù)建設(shè)方提供的控制基點(diǎn),布置近井測(cè)量點(diǎn)和井筒十字樁坐標(biāo)資料,并負(fù)責(zé)使用和保護(hù)。

    (1)井口十字中心線的測(cè)設(shè)

    井口中心以甲方提供的中心樁為準(zhǔn)。若只提供近井點(diǎn)資料和井筒中心設(shè)計(jì)坐標(biāo),則應(yīng)先標(biāo)定井中位置,使用全站儀按地面一級(jí)導(dǎo)線精度要求測(cè)定。

    (2)提升設(shè)備安裝測(cè)量

    1)提升設(shè)備安裝測(cè)量,必須保證設(shè)備本身及其有關(guān)建構(gòu)筑物的相對(duì)幾何關(guān)系正確,測(cè)設(shè)與標(biāo)定測(cè)量的精度必須與設(shè)備安裝要求的限差相適應(yīng)。

    2)絞車已安裝好而基座未灌漿前,應(yīng)配合施工對(duì)絞車安裝的準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)量,求出實(shí)際與設(shè)計(jì)之差。

    (3)井筒掘砌測(cè)量

    井筒施工給向采用垂線法,中心垂線采用2mm的碳素細(xì)鋼絲繩,井筒中心位置偏差不得超過(guò)5mm,否則應(yīng)進(jìn)行更正。

    2.3施工設(shè)備、設(shè)施的安裝

    (1)鑿井懸吊設(shè)施的安裝

    1)天輪平臺(tái)的安裝

    井筒采用鑿井ⅣG型井架,根據(jù)《天輪平臺(tái)平面布置圖》,50t吊車將天輪平臺(tái)的各梁及天輪進(jìn)行就位、安裝。

    2)翻渣系統(tǒng)的安裝

    翻渣平臺(tái)的安裝采用整體組裝、整體起吊的方法安裝。即在地面上將組成翻渣平臺(tái)的各梁及鋪板組裝成一體,利用已安裝好的用于懸吊吊盤的3臺(tái)穩(wěn)車或50t吊車將翻渣平臺(tái)整體起吊到設(shè)計(jì)位置,將其與井架腿通過(guò)支座利用螺栓連接固定。

    (2)變電站的安裝

    通過(guò)吊車直接將配電盤吊起放至變電所門口,人工移動(dòng)到放至變電安裝位置并找平找正,進(jìn)行固定,然后進(jìn)行配線進(jìn)線、接地系統(tǒng)、照明、監(jiān)控系統(tǒng)的安裝。

    (3)礦井提升機(jī)的安裝

    井筒施工采用一臺(tái)JKZ-3.0/20及一臺(tái)JKZ-3.0/15.5礦井提升機(jī)進(jìn)行兩套單鉤提升。

    (4)壓風(fēng)機(jī)的安裝

    根據(jù)井筒施工用壓風(fēng)量選用開(kāi)山壓風(fēng)機(jī)10m31臺(tái)、20m31臺(tái)、30m31臺(tái)、40m31臺(tái)。壓風(fēng)機(jī)安裝的主要內(nèi)容有:壓風(fēng)機(jī)、配電柜、壓風(fēng)管路等。

    (5)鑿井絞車的安裝

    鑿井懸吊設(shè)備全部采用JZ、2JZ系列鑿井絞車,井口集中控制。在進(jìn)行提升機(jī)安裝的同時(shí),當(dāng)鑿井絞車的基礎(chǔ)施工完畢并經(jīng)驗(yàn)收且其強(qiáng)度達(dá)到70%以后,即可進(jìn)行鑿井絞車的安裝。

    (6)二盤吊掛的安裝

    為滿足二盤吊掛的安裝需要,應(yīng)先掘砌井筒28m,以便二盤吊掛的安裝。

    2.4 施工供電、照明、通訊、信號(hào)、爆破、接地、防雷

    本工程施工永久用電采用10KV架空線路供電電源,臨時(shí)用電就近從原有供電系統(tǒng)取電。井底工作面照明選用2臺(tái)投光燈,置于下層盤。吊盤上用KB-100傘燈做輔助照明。吊盤至井口、井口至絞車房采用電話通訊。信號(hào)系統(tǒng)采用井底工作面(或吊盤)→井口→絞車房逐級(jí)傳遞。放炮電纜選用MY3×25+1×10型,專用穩(wěn)車懸吊,懸吊天輪與井架絕緣,防止漏電。井架頂部應(yīng)設(shè)置高度不小于6m的避雷針,根部采用-50×5mm鍍鋅扁鐵,并聯(lián)后引至地面主接地極。

    3.施工方案

    3.1 施工重難點(diǎn)及對(duì)策

    豎井施工防止高空墜物、高空墜落是施工安全的重點(diǎn)及難點(diǎn)

    豎井施工工作面狹窄,深度深,一旦發(fā)生高空墜物,高空墜落事故時(shí)極易造成傷害,因此高空墜物、高空墜落是豎井施工中的安全防護(hù)重點(diǎn)、難點(diǎn)。

    3.2 施工方案

    本豎井施工采用正井法施工,主要機(jī)械化配套方案為:

    井架、三盤兩臺(tái):采用ⅥG型井架,井架上布置天輪平臺(tái)及翻渣平臺(tái);地面井口采用封口盤;井下大盤采用雙層大盤,上層為保護(hù)盤,下層為工作盤;

    提升:選用兩套單鉤提升系統(tǒng),主提采用JKZ-3.0/15.5型絞車,提升5m3吊桶,副提采用JKZ-3.0/15.5型絞車,提升3m3吊桶;

    打眼放炮:采用風(fēng)動(dòng)傘鉆打眼,非電雷管配合乳化炸藥起爆爆破;放炮電纜采用專用穩(wěn)車懸吊;

    出渣:采用HZ-6B中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)配合吊桶;

    通風(fēng):采用壓入式通風(fēng),地面布置軸流通風(fēng)機(jī)配合阻燃膠質(zhì)風(fēng)筒向作業(yè)面供風(fēng),風(fēng)筒靠井幫固定;

    排水:在上層盤上布置集水箱,工作面到吊盤采用風(fēng)泵排水,吊盤到地面采用臥泵作為排水系統(tǒng)。

    信號(hào)、通訊:井上下采用電鈴作為上下信號(hào),統(tǒng)一信號(hào):一停二上三下四上人;采用電話作為井上下通訊工具。

    混凝土:采用商品混凝土,由混凝土罐車運(yùn)輸?shù)骄?,?jīng)溜灰管下放至工作面,同時(shí)在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)建造拌合系統(tǒng)備用。

    3.3 施工方法

    (1)鎖口段施工

    在井架及提升系統(tǒng)形成后,采用挖掘機(jī)直接開(kāi)挖,邊開(kāi)挖邊進(jìn)行混凝土襯砌,襯砌采用段高4.5m組合大鋼模板。

    混凝土待強(qiáng)后,將模板上提,澆筑上端混凝土鎖口。施工中,為防止發(fā)生片幫,采取如下措施:

    加快施工速度,縮短暴露時(shí)間。先挖掘井筒凈徑部位,再挖井幫四周土層,確保開(kāi)挖安全、減少片幫。根據(jù)土幫情況,采取土釘加鋼筋網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)(或增設(shè)噴射混凝土臨時(shí)支護(hù))。

    本工程表土層為雙層雙向鋼筋,內(nèi)側(cè)保護(hù)層厚度50mm,外側(cè)保護(hù)層厚度50mm混凝土強(qiáng)度C40。環(huán)形鋼筋采用搭接連接,搭接長(zhǎng)度35d(d為鋼筋直徑),豎向鋼筋采用套筒鏈接。鋼筋綁扎完成后進(jìn)行混凝土襯砌,采用高4.5m組合大模板支模。

    (2)基巖段施工

    根據(jù)井筒技術(shù)特征及設(shè)備配備,確定采用ⅣG型鋼管井架、機(jī)械化配套裝備:傘鉆打眼、中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)裝巖兩套單鉤提升。進(jìn)行短段掘砌單行作業(yè)的施工方案。采用SJZ6.7型風(fēng)動(dòng)傘鉆打眼,中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)裝渣,采用吊桶出渣。井架設(shè)雙側(cè)溜渣倉(cāng),地面排渣采用鏟車裝汽車將渣石運(yùn)到指定的排渣場(chǎng)。

    a.掘進(jìn)施工

    采用SJZ6.7型風(fēng)動(dòng)傘鉆打眼,配合使用B25×3500mm六角中空合金鋼釬,配Φ50mm十字型合金鉆頭。

    采用光面、光底、弱震、弱沖深孔爆破技術(shù),選用乳化炸藥,規(guī)格為Φ40mm×500mm×500g,非電毫秒延期雷管,腳線長(zhǎng)度10m,全斷面一次起爆。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)巖性及時(shí)合理調(diào)整爆破參數(shù),周邊孔采用光爆藥卷并用導(dǎo)爆索間隔裝藥,嚴(yán)格控制裝藥量以便達(dá)到最佳爆破效果。

    選用交流電為起爆電源,在距井口50m以外安設(shè)起爆箱,箱內(nèi)設(shè)雙級(jí)刀閘式開(kāi)關(guān),放炮電源平時(shí)不接通,僅在放炮時(shí)接在刀閘上,放炮后立即拆除上鎖。利用穩(wěn)車下放一根放炮電纜,其規(guī)格MY3×16+1×10。

    b.出渣

    采用中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝吊桶出渣,渣石上井后經(jīng)溜渣槽落地后,再由鏟車裝自卸汽車排至指定卸渣場(chǎng)。

    抓巖的順序?yàn)椋鹤コ鏊C,抓出兩個(gè)桶窩,抓井筒渣石,最后清底。

    c.隨機(jī)支護(hù)

    出渣完成后,根據(jù)井壁圍巖穩(wěn)定情況,搭設(shè)隨機(jī)錨桿,規(guī)格為Φ25mm,L=3000mm,間距1500mm。

    掘砌作業(yè)循環(huán)

    井筒正常掘進(jìn)施工實(shí)行一掘一支正規(guī)循環(huán)作業(yè)方式,將施工循環(huán)分為鉆眼爆破、出渣清底、混凝土砌筑三大工序,相應(yīng)成立三個(gè)專業(yè)班組,實(shí)行“滾班”制作業(yè)。

    (3)過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶施工

    引水主洞在過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí),由于巖層的穩(wěn)定性差,容易發(fā)生片幫冒頂?shù)仁鹿?,為保證施工安全,必須采取“短掘短支”,加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù),及時(shí)封閉圍巖,減少圍巖暴露時(shí)間。采取錨網(wǎng)噴時(shí),縮小一次施工段高,必要時(shí)采用超前支護(hù)等措施,并且編制專項(xiàng)措施進(jìn)行審批后方可實(shí)施,確保施工安全。

    (4)防治水

    本工程地質(zhì)資料較為粗略,施工中需加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)情況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),施工中應(yīng)做好排水設(shè)備和設(shè)施的管理工作,加強(qiáng)對(duì)涌水量的探測(cè)和治理工作。 施工期間落實(shí)“有疑必探,先探后掘,不探不進(jìn)”的方針。探水距為60m,掘進(jìn)距為48m,超前距為12m。井筒探水時(shí),鉆孔布置在井筒的四個(gè)方向,共布置4個(gè)探水鉆孔,終孔位置距井壁不少于10m;引水主洞探水時(shí),布置1個(gè)水平鉆孔。鑿孔設(shè)備采用液壓鉆機(jī),鉆孔直徑為?75mm,在探水前,必須先安裝套管,套管長(zhǎng)度不少于10m。如果含水層涌水量大于10m3/h或單孔涌水量達(dá)到3m3/h及其以上,采取工作面預(yù)注漿堵水措施。井筒在掘砌之后,隨吊盤升降對(duì)井壁有出水點(diǎn)的部位進(jìn)行壁后注漿加固措施。在井壁沒(méi)有注漿之前,井壁淋水采取安裝截水槽等措施,以減少井壁漏水對(duì)施工的影響。

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