寶瓶水電站調壓井破碎巖體施工方法

摘 要：寶瓶水電站針對調壓井處于卸荷、傾倒及風化地質條件差的巖體，選擇導井LM-140反井鉆機施工，在施工中采取區段開挖，采取強支護措施，取得了成功，為類似工程提供成功經驗借鑒參考。

關鍵詞：巖體破碎 施工方法 工藝 分區開挖 拱架強支護 寶瓶水電站

中圖分類號：TV551文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0109-02

1 工程概況

黑河寶瓶水電站地處甘肅省肅南裕固族自治縣和青海省祁連縣之間的黑河（界河）上，工程采用引水式開發方式，為堆石面板壩，壩高93.5m，總庫容2050萬m3，主要任務是發電，電站額定水頭132.00m，電站總裝機容量為123MW，多年平均發電量4.2億kwh。區內山高坡陡，海拔高程均在2475m以上。工程由樞紐、引水發電系統及發電廠等組成。

調壓井為暗室型，井深74.0m，襯砌后井身內徑15m，設有80m合二為一的上室和通氣廊道，井頂上覆巖體厚度88～93m，屬大跨度破碎巖體開挖工程。

2 地質條件

調壓井通氣廊道開挖揭露邊坡深度58m巖體傾倒變形強烈，巖體破碎，呈碎裂～散體結構，試驗縱波速VP=1800～2300m/s，體積節理數KV>35條，屬Ⅴ級巖體；深度58m以下千枚巖呈薄層～極薄層狀、變質砂巖呈中厚層～碎裂結構，巖體較破碎，嵌合較緊密～較松弛，縱波速VP=2000～2750m/s，體積節理數KV=20～35條，屬Ⅳ～Ⅴ級巖體。

調壓井開鑿于傾倒變形巖體以下的千枚巖夾千枚狀板巖中，巖層產狀NE80°～NW280°SE或SW∠55～65°，巖性軟弱，呈極薄層狀結構，局部薄層狀結構，層面裂隙發育，一般間距<5cm，嵌合較緊密～較松弛，成井條件差，頂拱圍巖無自穩能力，巖體以松動破壞為主，開挖后易發生松動變形、坍塌。千枚狀板巖飽和抗壓強度35～50MPa，千枚巖飽和抗壓強度16～30MPa，千枚狀板巖力學指標（見表1）。

3 施工方案選擇

根據工期要求及巖體傾倒變形強烈，巖體破碎，抗風化能力差，構造發育的特點，借鑒其他工程成功經驗，經多次分析論證，頂蓋分區分塊開挖、調壓井開挖采用先導井、后擴挖的方式施工。采取合理的安全支護措施，在盡量抑制圍巖強度惡化，發揮支護所具有的承載能力，一次支護，二次永久襯砌，形成完整的應力承載拱圈。

3.1 頂蓋開挖、支護

頂蓋巖體破碎，呈碎裂～散體狀，無自穩能力，在頂蓋開挖之前，先對頂蓋采取超前固結灌漿加固處理，以確保頂蓋的形成及施工安全。

頂蓋開挖采取分區分塊、中心“米”字型，弱爆破開挖，拱架輻射支護。由上室往調壓井中心方向開挖2.5m寬的施工洞，從調壓井的邊線開始按坡度1∶0.67（56°）斜坡開挖，直到調壓井中心點位置，把調壓井的吊頂中心確定，在吊頂以調壓井中心為中心2.5m×2.5m的錨桿施工操作平臺，再按系統錨桿和吊頂錨桿造孔和錨桿安裝，錨桿制安完成后，把整個吊頂鋼柱進行就為、固定，與吊頂錨桿進行焊接，使其與錨桿形成一個整體，使鋼柱起到真正的吊頂作用。在吊頂鋼柱安裝完成后，開始由中心點向周邊順著圓弧進行“一”字型開挖，系統錨桿和吊拱錨桿造孔；順圓弧進行“十”字型開挖；順圓弧進行 “米”字型開挖，然后對開挖完成部分進行鋼拱架安裝，用Ф28鋼筋把架設的拱架連接為一個整體，安裝和圈梁澆筑一期混凝土。鋼拱架之間用φ10鋼筋@20×20掛網噴護30cm厚C25混凝土，整個頂蓋的開挖和支護，在頂蓋預埋好φ28吊環，保證吊環與頂蓋形成一個整體，吊環配滑輪、在上室段安裝卷揚機，為后續調壓井井身開挖、襯砌運輸機具、材料。頂蓋拱架形成“米”字型后，拱架呈球形輻射狀進行支護，錨桿在拱架支護過程中焊接牢固，待拱架全部安裝完畢后再進行圈梁的二期澆筑混凝土，拱架掛網噴護混凝土。整個頂蓋開挖支護完成后，頂蓋以下段全部開挖支護到上室底板，進入調壓井段開挖。

3.2 開挖施工

在頂蓋開挖已形成、強支護已完成后，對調壓井井身采取深度35md的固結灌漿加固井壁巖體處理，固結灌漿完成后進行井身段的施工。

3.2.1 導井施工

調壓井采用先導井、后擴挖的方式施工，導井采用LM-140反井鉆機施工。根據井鉆機施工要求，澆筑長3m、寬1.2m、高0.8m的混凝土基礎，為了保證反井鉆機導孔進度，安裝前將混凝土面的抹平，反井鉆機采用水準儀測平，軌道鋪設、鉆機安裝、校正水平，檢查校正機架是否在中心處，校正鉆機無誤差后進行反井鉆機的調試。

下部發電洞開挖已完成，鉆直徑25cm導孔，由于巖石破碎在鉆進中孔內進行固結灌漿護壁處理，導孔鉆通后在發電洞卸扣器將導孔鉆頭和異型鉆桿卸下，接上Φ1.4m擴孔鉆頭，進行反鉆直徑140cm的導井，再自上而下擴挖至300cm，擴挖完成后自下而上二次擴孔擴挖至15m斷面。

3.2.2 井體擴挖、支護

由于井身巖體破碎、成井條件差，跨度大，采取短進尺、開挖要保持井體的垂直度、弱爆破，減小對井壁圍巖自身的破壞，及時初噴混凝土，保持圍巖自身穩定不松散，施工中嚴格控制超欠挖。

施工中采取分層分區開挖，開挖控制在1.0～1.3m，采用YT-28氣腿鉆人工自上而下鉆爆，孔徑42mm，因導井為擴挖創造了爆破臨空自由面，擴挖時不需要鉆掏心炮孔，僅鉆鑿輔助炮孔和光爆炮孔，輔助孔間排距80～100cm，爆破裝藥量單耗0.5～0.8kg/m3，采用直徑32mm藥卷，孔內分段引爆用毫秒微差非電導爆管；光爆層厚度45～50cm，光爆孔間距45～60cm，采用導爆索、直徑25mm藥卷裝藥，線性裝藥量200～250g/m，孔內引爆用導爆索。所有炮孔起爆時用電雷管，起爆站設在距井口100m的安全位置。

清碴配備1臺120小挖機在調壓井內，將碴清至導井溜至下部發電洞。為了便于施工出碴，減少人工扒碴量，開挖采用漏斗狀分層、分區施工。隨井體逐漸加深，在井壁設置鋼爬梯供施工人員上下，爬梯由φ22鋼筋焊接而成，與井壁支護錨桿焊接固定。

為確保開挖的施工安全，井壁的支護隨開挖掌子面下降同時施工，區段向下開挖一層進行系統錨桿和護壁噴混凝土施工。錨桿采用φ28、入巖深度4.0m，掛φ10鋼筋20×20、噴射20cm厚C25混凝土，噴射混凝土前將巖面吹刷干凈，以確保噴射混凝土與巖層之間良好的粘結。

分層區段完成后進行圈梁的安裝施工，圈梁在加工廠制作，圈梁間距一般控制在2.0m，根據揭露巖石完整程度適時調整圈梁柱的間距，巖體破碎、片理發育段縮短圈梁柱間距加密支護；圈梁間連接筋呈“W”型焊接成整體，圈梁保持平整不彎曲受損，圈梁柱與巖面間噴護密實，不得出現脫空，局部脫空大的采用混凝土回填。圈梁安裝完成后噴射混凝土，使圈梁能夠有效均勻形成應力承載圈，抵抗井身巖體的變形，有效改變井身均勻受力結構，保證了調壓井的施工安全。

井體開挖施工中嚴格控制超挖，不出現欠挖，為了保持豎井的垂直度，在頂蓋中心安裝垂直引繩，爆炮孔根據引繩保持垂直，完成一循環后測量緊跟施工開挖面進行中心點、井壁的校核復測。施工中由于測量嚴格控制，74.0m的井深基本無誤差，保證了施工質量。

3.3 混凝土襯砌

用腳手架鋼管搭設模板支架，鋼管的落地點必須穩固，鋼管間用扣件聯結牢固，鋼管的支撐密度必須滿足澆筑混凝土時壓力，保證不產生不允許的位移。清除模板表面粘結的混凝土，噴涂脫模劑。檢查止水帶及接縫模板是否安裝牢固，位置是否準確。

安裝模板并預留出鋼筋的保護層厚度（采用墊同標號的混凝土墊塊，墊塊長5cm，寬5cm，厚度為設計保護層厚度）。澆筑混凝土前，用水將澆筑面沖洗干凈，澆筑時要求四周同時進行，嚴防偏壓導致跑模。

井身混凝土澆筑采用搭設滿堂腳手架作為鋼筋制安、立模和混凝土澆筑施工的操作平臺，模板采用鋼模，并通過手動絲桿固定在Ф45鋼管彎制成的拱圈上，拱圈采用拉筋與井身錨桿進行焊接加固。

澆筑混凝土前的清理巖面，施工放線，混凝土配比及拌和等，按規定程序澆筑養護?；炷吝\輸車輛不能直接到達，采用在配備HB60混凝土泵，從混凝土泵接泵管至調壓井內側井身，再接分管至砼襯砌倉面。

在施工過程中根據骨料的含水量隨時調整，砼配料應經過校核的磅稱稱量后方入拌和機拌和。每倉澆筑高度一般為2.0～3.0m，根據現場實際作調整，用溜筒下料入倉，插入式振搗器振搗的方法澆筑。阻抗孔、上室及通氣廊道砼澆筑采用桁架、鋼模板配木模，泵送砼入倉，插入式振搗器振搗的方法澆筑。當襯砌混凝土達到拆模強度時，先拆除固定鋼模板的拱架，再自下而上拆除模板。

混凝土在拌和站拌制好用混凝土攪拌罐車運輸到調壓井頂部平臺，人工從溜筒下料入倉的方式進行，即采用混凝土攪拌罐車運輸混凝土至平臺，將混凝土料傾倒在事先搭設好的堆料平臺，人工鏟入溜筒，直接下到工作倉內，進行人工振搗密實?；炷翍謱訚沧?，勻步提升，澆注層的厚度一般采取30～40cm左右，澆搗時隧洞四周應該同時進行分層澆筑、振搗，分層厚度30～40cm。振搗棒的插入深度和分層厚度相符，頻率保證振搗棒的作用范圍內?；炷翝沧⒈３诌B續性，防止出現冷縫，已澆筑的混凝土強度達到2.5MPa，進行上一層混凝土澆注的準備工作?；炷帘砻嬗脡毫λL砂槍和刷毛機等加工成毛面并清洗干凈。澆注混凝土使用振搗器振實到可能的最大密實度，每一位置的振搗時間以混凝土不再顯著下沉，不出現氣泡，并開始泛漿為準。

振搗不宜過振或欠振，欠振將產生氣泡，過振混凝土析水過多，容易產生水跡，混凝土表面起砂等質量問題?；炷脸跄蠹撮_始灑水養護，最少養護14d。

4 結語

在破碎巖體中開挖調壓井及后續施工，采用較為切實可行的施工方法，采取有效的安全支護措施及施工方法，能夠有效的防范不穩定巖體的塌落，施工中不斷改進施工方法、施工工藝，總結經驗，有助于施工技術水平的提高，才能夠保證調壓井圍巖支護的穩定和施工安全。

參考文獻

[1] 寶瓶水電站引水發電系統施工地質報告[R].甘肅省水利水電設勘測設計計研究院，2012.