靈關(guān)水電站調(diào)壓井豎井開挖施工技術(shù)

陳 洪 波， 張 永， 成 奇

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 ，四川 都江堰 611830)

靈關(guān)水電站調(diào)壓井豎井開挖施工技術(shù)

陳 洪 波， 張 永， 成 奇

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 ，四川 都江堰 611830)

靈關(guān)水電站調(diào)壓井地質(zhì)條件極為復(fù)雜，井身中V類圍巖占48%，Ⅳ2類圍巖占30%，Ⅳ1類圍巖占22%，穩(wěn)定性極差，在弱風(fēng)化及新鮮巖體中發(fā)育的巖塊巖屑型軟弱夾層和泥夾巖屑型軟弱夾層對(duì)井壁圍巖穩(wěn)定影響較大，此類復(fù)雜地質(zhì)條件下的大直徑調(diào)壓井開挖及支護(hù)施工安全問題尤為突出。闡述了靈關(guān)水電站調(diào)壓井開挖及支護(hù)施工技術(shù)，可為今后類似工程提供借鑒。

靈關(guān)水電站；調(diào)壓井；復(fù)雜地質(zhì)條件；開挖及支護(hù)；施工；安全

1 工程概況

靈關(guān)水電站位于青衣江支流——寶興河中游寶興縣靈關(guān)鎮(zhèn)小關(guān)子～大溪鄉(xiāng)煙溪口河段上，上接小關(guān)子電站尾水，下接銅頭電站庫尾。由擋水建筑物、泄水建筑物、引水隧洞、調(diào)壓井、調(diào)壓井前后漸變段、壓力管道、主副廠房、安裝間、GIS樓及尾水渠等建筑物組成，裝機(jī)容量為2×38.4 MW。

調(diào)壓井型式為阻抗式，阻抗孔為3.1 m×3.1 m正方形，阻抗孔頂面高程為801.2 m，調(diào)壓井底高程為792 m，頂高程為862 m，高70 m。調(diào)壓井井筒為圓形，采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌內(nèi)徑D=22 m，厚2 m，雙層配筋。

靈關(guān)水電站調(diào)壓井圍巖中的覆蓋層厚度約占鉛直厚度的8%，強(qiáng)風(fēng)化巖體占40%，弱風(fēng)化巖體占30%，新鮮巖體僅占22%。不論風(fēng)化巖體，還是新鮮巖體的完整性均較差。由于層間擠壓錯(cuò)動(dòng)嚴(yán)重，在高程822 m以下至井底的弱風(fēng)化及新鮮巖體中共發(fā)育七條巖塊巖屑型軟弱夾層(C1～C7)和兩條泥夾巖屑型軟弱夾層(Nj1、Nj2)，單層鉛直厚度為0.75～5.35 m，累計(jì)厚度為22.95 m，占該段圍巖厚度的76.5%，其抗剪強(qiáng)度較低，對(duì)井壁圍巖穩(wěn)定影響較大。

高程841 m以上的覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化巖石為Ⅴ類(占井周圍巖的48%)；高程841～813 m的弱風(fēng)化巖石為Ⅳ2類(占井周圍巖的30%)；高程813 m以下為新鮮巖體，地下水位高程為802.84 m，對(duì)施工和圍巖穩(wěn)定有不利影響，圍巖分類為Ⅳ1類(占井周圍巖的22%)。

由于井身圍巖穩(wěn)定性較差，在井筒四周進(jìn)行了豎向預(yù)固結(jié)灌漿，孔內(nèi)插入錨筋束，灌漿孔深62 m，豎向錨筋束60 m，并對(duì)調(diào)壓井井筒四周巖體采用φ28，L=9 m，間、排距3 m布置的水泥砂漿錨桿進(jìn)行水平錨固。 靈關(guān)水電站調(diào)壓井結(jié)構(gòu)布置情況見圖1。

2 調(diào)壓井開挖及支護(hù)

2.1 施工規(guī)劃及施工程序

由于該工程地質(zhì)條件的特殊性，將設(shè)計(jì)方案中2 m厚的混凝土分兩期施工：在開挖的同時(shí)跟進(jìn)倒掛混凝土進(jìn)行一期支護(hù)，待開挖完成后再采用滑模工藝進(jìn)行二期混凝土支護(hù)至設(shè)計(jì)斷面。

在調(diào)壓井高邊坡開挖支護(hù)完成后，先進(jìn)行井圈鎖口混凝土施工，然后進(jìn)行超前預(yù)固結(jié)灌漿及超前錨筋束施工(至少先形成內(nèi)圈超前預(yù)固結(jié)灌漿及部分超前錨筋束)，在導(dǎo)井中部進(jìn)行5個(gè)孔的預(yù)固結(jié)灌漿，待調(diào)壓井底部形成通道后進(jìn)行正導(dǎo)井施工，隨即進(jìn)行井筒豎向開挖及臨時(shí)支護(hù)施工。導(dǎo)井開挖采用LM-200型反井鉆機(jī)由上至下進(jìn)行。擴(kuò)挖時(shí)以立面分層、平面分區(qū)、反鏟扒渣、邊開挖邊倒掛混凝土襯砌為原則進(jìn)行施工。在開挖及倒掛混凝土間隙進(jìn)行掛鋼筋網(wǎng)并結(jié)合噴混凝土進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。井挖采用YT-28手風(fēng)鉆造孔鉆爆、PC225反鏟扒渣，側(cè)卸式裝載機(jī)在井底裝15 t自卸汽車出渣的聯(lián)合作業(yè)方式作業(yè)。

2.2 施工布置

(1)施工道路。

圖1 靈關(guān)水電站調(diào)壓井結(jié)構(gòu)布置圖

調(diào)壓井施工材料的運(yùn)輸?shù)缆窞檎{(diào)壓井上山公路。

開挖時(shí)的爆渣以導(dǎo)井為通道，導(dǎo)井底部集渣從壓力管道上平段、引水隧洞分別經(jīng)6#+1、6#施工支洞運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。

(2)施工中的供風(fēng)及供水。

施工用風(fēng)由6#支洞臨建場(chǎng)內(nèi)的空壓站用4in(1in=2.54 cm)風(fēng)管作主風(fēng)管供至調(diào)壓井平臺(tái)下游側(cè)開口線外附近位置，再由3″、1.5″架管向井內(nèi)用風(fēng)點(diǎn)分散供出；

施工用水采用在調(diào)壓井平臺(tái)下游側(cè)開口線外修建的蓄水池由4″鋼管作為主管引出，再由3″、1.5″鋼管及軟管分支引向施工用水點(diǎn)，水源由寶興河邊用高揚(yáng)程多級(jí)泵直接抽水至蓄水池內(nèi)。

(3)施工供電。

豎井開挖施工供電由井口供電系統(tǒng)接入，井內(nèi)用電主要為鋼筋焊接、灌漿等設(shè)備用電及施工照明用電，配電盤隨開挖下臥延伸。照明采用36 V安全電壓。

(4)通風(fēng)散煙。

調(diào)壓井工程施工的通風(fēng)主要考慮自然通風(fēng)。

(5)施工排水。

豎井施工排水由導(dǎo)井流入井底，經(jīng)壓力管道、6#+1支洞、6#支洞外排至洞外煙溪溝內(nèi)。

(6)調(diào)壓井平臺(tái)的布置。

根據(jù)該工程特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，在調(diào)壓井高程862 m平臺(tái)右下角布置了一臺(tái)C5012塔機(jī)進(jìn)行豎井施工材料吊運(yùn)。

于調(diào)壓井上井平臺(tái)左下游側(cè)布置了一套HZS35拌和站，為豎井臨時(shí)支護(hù)及混凝土襯砌提供拌和料。

2.3 開挖施工方法

(1)前期準(zhǔn)備工作。

邊坡開挖完成后，隨即進(jìn)行了井圈鎖口混凝土澆筑，澆筑斷面為3.5 m×3 m(寬×高)。由于設(shè)計(jì)報(bào)告中外層鋼筋位于開挖井壁，保護(hù)層厚度為5 cm，且倒掛混凝土難以保證整圈全圓澆筑成型，為增強(qiáng)倒掛混凝土的穩(wěn)定性，在倒掛混凝土中增加了一層鋼筋(主筋選用φ28鋼筋，根數(shù)與設(shè)計(jì)主筋根數(shù)對(duì)應(yīng)，分布筋為φ25@20 cm)。

在反井鉆機(jī)導(dǎo)孔(φ216)鉆孔施工前，因調(diào)壓井圍巖為強(qiáng)風(fēng)化Ⅴ類圍巖，且調(diào)壓井開挖直徑較大，圍巖完整性和穩(wěn)定性很差，溜渣導(dǎo)井成井后圍巖自穩(wěn)能力差，易發(fā)生塌井，不能保證調(diào)壓井?dāng)U挖正常施工，因此，需對(duì)導(dǎo)井和井圈周圍進(jìn)行62 m深的超前固結(jié)灌漿、井周進(jìn)行60 m深的錨束施工。

導(dǎo)井超前固結(jié)灌漿共布設(shè)了1個(gè)中心孔和7個(gè)周邊固結(jié)灌漿孔，孔位距導(dǎo)井邊1.5 m、孔距2.5 m，環(huán)形布置，超前固結(jié)灌漿完成后方可進(jìn)行導(dǎo)井施工。井圈共設(shè)三排半固結(jié)灌漿，共計(jì)297個(gè)孔，孔深62 m，錨筋束深60 m，孔位平行于軸線方向。

(2)溜渣導(dǎo)井施工。

導(dǎo)井口超前固結(jié)灌漿完成后，沿豎井中心線布置LM-200型反井鉆機(jī)自上而下形成φ216導(dǎo)孔，導(dǎo)孔完成后，在豎井底部安裝擴(kuò)孔鉆頭，自下而上擴(kuò)挖溜渣井，擴(kuò)孔采用清水冷卻鉆具?？紤]到巖層破碎，采取了適當(dāng)?shù)目刂拼胧?duì)大塊體石塊進(jìn)行控制，溜渣井直徑定為1.4 m。

(3)井身擴(kuò)挖施工。

由于調(diào)壓井圍巖類別為Ⅳ1類、Ⅳ2類和Ⅴ類，開挖過程中易發(fā)生較大范圍的坍塌，擴(kuò)挖采取分區(qū)開挖、短進(jìn)尺、大孔距、小排距爆破、倒掛混凝土及時(shí)跟井襯砌支護(hù)，全圓倒掛形成整圓后再進(jìn)行下一襯砌段施工的原則進(jìn)行施工。

井筒擴(kuò)挖在平面上分三區(qū)、短臺(tái)階進(jìn)行，臺(tái)階高度不超過1.5 m。采用人工YT-28手風(fēng)鉆造孔、裝2號(hào)乳化炸藥、非電管起爆、周邊孔間隔裝藥進(jìn)行光面爆破。爆渣以導(dǎo)井為通道，人工配合PC225反鏟在井內(nèi)扒渣，導(dǎo)井底部用側(cè)卸式裝載機(jī)裝15 t自卸車出渣，從壓力管道上平段、引水隧洞分別經(jīng)6#+1、6#施工支洞運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

由于有超前固結(jié)灌漿及錨筋束的保護(hù)，在豎井?dāng)U挖時(shí)，單區(qū)每向下擴(kuò)挖深度達(dá)到5～5.5 m，跟進(jìn)一期全圓分塊倒掛混凝土襯砌4～4.3 m，混凝土襯砌滯后開挖約1～1.5 m，擴(kuò)挖與倒掛混凝土鋼筋綁扎施工間隙，及時(shí)進(jìn)行φ28，L=9 m系統(tǒng)錨桿施工。

(4)特殊支護(hù)措施。

①在豎井?dāng)U挖過程中，由于多處圍巖極為破碎，裂隙極為發(fā)育，層間填充物為泥化物，超前固結(jié)灌漿及錨筋束均對(duì)其作用甚小，在擴(kuò)挖過程中也發(fā)生過一定程度的小范圍垮塌。對(duì)此，我們先及時(shí)素噴5～10 cm厚C25混凝土進(jìn)行暫時(shí)封閉，其后對(duì)其周邊較好部位打設(shè)φ28，L=3 m的錨桿，結(jié)合系統(tǒng)錨桿緊貼素噴面掛φ12@20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)片，然后再對(duì)其噴10 cm厚C25混凝土進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，及時(shí)進(jìn)行倒掛混凝土施工對(duì)其進(jìn)行回填支護(hù)，確保了垮塌范圍不再擴(kuò)張，同時(shí)也保證了施工人員及設(shè)備的安全。

②由于前、后漸變段靠近調(diào)壓井井筒側(cè)的斷面均為6.2 m×6.2 m正方形，開挖斷面為12.2×12.2 m正方形，在如此差的地質(zhì)條件情況下是難以保證開挖及開挖后至永久襯砌前這段時(shí)間內(nèi)的人員和設(shè)備安全。為此，我們分別對(duì)前、后漸變段開挖斷面進(jìn)行了一定調(diào)整：由圓形斷面開始，在保證設(shè)計(jì)開挖高度的情況下，將平頂擴(kuò)挖成拱形(在正方形斷面頂部拱高3 m)。

調(diào)壓井前、后漸變段采取超前錨桿作超前支護(hù)。在超前支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行分層分部開挖，開挖后及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。

③由于調(diào)壓井前、后漸變段與井筒交匯處為應(yīng)力集中處，當(dāng)豎井開挖至高程812 m左右，由于圍巖較差，前期漸變段已支護(hù)好的鋼拱架均存在一定程度的變形，若繼續(xù)下挖，漸變段存在失穩(wěn)的可能，無論在進(jìn)度、安全還是投資方面都將造成不可估量的損失。為此，我們果斷決定：先對(duì)調(diào)壓井前、后漸變段進(jìn)行一期混凝土支護(hù)(將設(shè)計(jì)報(bào)告中的3 m厚混凝土襯砌分兩期進(jìn)行施工)，待調(diào)壓井下部混凝土澆筑完成后，再適時(shí)進(jìn)行二期混凝土襯砌支護(hù)至設(shè)計(jì)斷面。

3 結(jié) 語

該調(diào)壓井工程于2007年12月開始進(jìn)行鎖口混凝土施工，逐步或穿插進(jìn)行超前固結(jié)灌漿及錨筋束施工、導(dǎo)井固結(jié)灌漿及導(dǎo)井施工，于2008年6月正式開始進(jìn)行豎井?dāng)U挖及倒掛混凝土施工，2009年6月完成豎井全部開挖任務(wù)， 2009年11月16日順利完成調(diào)壓井二期滑?；炷翝仓瑲v時(shí)近兩年時(shí)間，共計(jì)完成豎井開挖38 000 m3，φ28，L=9 m錨桿1 057根，鋼筋制安2 130 t，C25混凝土襯砌13 000 m3。

在施工過程中，針對(duì)該工程地質(zhì)情況的特殊性，采取了澆筑鎖口混凝土、超前預(yù)固結(jié)灌漿及錨筋束固結(jié)周圈、臨時(shí)支護(hù)及倒掛混凝土及時(shí)跟進(jìn)豎井?dāng)U挖、調(diào)整前、后漸變段開挖斷面、將前、后漸變段設(shè)計(jì)混凝土進(jìn)行分期襯砌等措施，確保了復(fù)雜地質(zhì)條件下的靈關(guān)水電站調(diào)壓井豎井開挖及支護(hù)安全、順利完工。實(shí)踐證明：在此種復(fù)雜地質(zhì)條件、特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)壓井施工中，所采取的這些措施是行之有效和非常必要的，為今后同類條件下調(diào)壓井工程開挖及支護(hù)施工積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

TV7;TV52

B

1001-2184(2017)05-0006-03

2017-08-20

陳洪波(1970-)，男，四川都江堰人， 工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

成 奇(1974-)，男，貴州織金人，工程師，一級(jí)建造師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

張 永(1976-),男，四川廣元人，工程師，一級(jí)建造師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)