厄瓜多爾索普拉多拉水電站343 m 超深高壓豎井開挖支護施工技術研究

閆平，黃傳庚

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

索普拉多拉水電站位于南美洲厄瓜多爾國境內，是保特河流域上的重要梯級，為地下廠房式發電站。水電站由三臺混流式發電機組成，發電水頭為375.6 m，單機容量162.6 MW，總裝機容量487.8 MW。

電站由高壓豎井連接引水隧洞上平段與埋深430 m 的地下廠房。豎井設計斷面為圓形，開挖典型斷面直徑為7.3～6.2 m，垂直開挖高度343.76 m。地質資料顯示無大斷層通過，圍巖整體穩定，巖石強度為40～60 MPa，具備較好的成洞條件。

2 開挖支護施工方案

2.1 開挖支護總體方案的確定

高壓豎井開挖采用“反井鉆機導井法”和“人工溜渣井+自上而下擴挖”的施工方法。首先采用BMC400型反井鉆機造φ270導向孔，接著由反井鉆機自下而上進行φ1.4 m 導井開挖，然后由人工自上而下對導井進行擴挖形成φ3.4 m 溜渣井，最后由人工自上而下進行φ7.3 m 豎井全斷面擴挖及支護施工。

鑒于豎井深度達343.76 m，且因巖層走向和硬度變化、地質缺陷等潛在因素影響，是否能夠豎直開挖至底部與引水隧洞下平段準確連接非常重要。為此，豎井開挖前，制定了兩套開挖施工方案。方案一:釆取豎井全高一段開挖;方案二:增加水平支洞，分段進行豎井開挖方案。

(1)方案一:豎井全高一段開挖支護。

采用反井鉆機全高一段完成豎井導孔鉆設和導井擴挖施工。由于反井鉆機的偏斜率不超過井深的1%，即導孔鉆設完畢，與引水隧洞下平段的中心線水平最大偏差不超過約3.44 m。若控制得當，此偏差會更小。該方案的優點是反井鉆機、開挖提升系統及相關輔助設施僅需安置和拆卸一次，既節省了豎井施工的直線工期，且不增加支洞費用。難點主要是反井鉆機偏斜率的精度控制要求非常高，要求在1%偏斜率的基礎上，再進一步減小偏差。若第一次導孔鉆設偏斜率較大而成為廢孔，則重新鉆設導向孔需增加豎井直線工期;其次是豎井擴挖提升系統的施工安全管理難度較大。

(2)方案二:增加水平支洞，分段進行豎井開挖支護。

增加一條330 m 長的水平支洞(5 m×5 m，城門洞型)至343.76 m 豎井中段，將超深豎井分兩段施工，上段豎井深106.33 m，下段豎井深237.43 m。該方案的主要優點是按照BMC400型鉆機不超過1%井深的偏斜率，可以控制豎井與引水隧洞下平段準確連接，從而降低了因導孔偏斜過大、重新鉆設的工期風險;其次是豎井分段施工后，擴挖提升系統的安全管理難度較小。但由于需增加支洞、增加預算費用且因豎井要分兩段施工，反井鉆機、開挖提升系統及相關輔助設施的拆卸和安置各增加1次，均需增加豎井的直線工期。

綜合考慮以上因素和分析結果，決定采用方案一進行超深高壓豎井的施工。

2.2 導向孔和導井施工

采用反井鉆機進行導向孔和導井施工。反井鉆機就位后從上往下鉆設導向孔(φ270)，然后自下而上進行導井(φ1.4 m)擴孔施工。導向孔鉆進過程中，定期采用測斜儀測斜，及時掌握導向孔偏斜度，發現異常情況采取加設穩定桿、控制鉆進速度、控制鉆機水平度等措施進行糾偏。導向孔和導井施工方法見圖1。

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圖1 導向孔和導井施工方法示意圖

圖2 溜渣井及全斷面擴挖施工示意圖

2.3 溜渣井及全斷面擴挖施工

溜渣井(φ3.4 m)采用從下往上分段鉆爆的方法進行施工，每12 m 為一段，全井分28段進行擴挖。溜渣井擴挖采用小型施工吊籃作為施工平臺，吊籃采用10 t 卷揚機牽引，吊點設在豎井正上方，吊籃設兩層，每層容一人，采用氣腿鉆在導井井壁上鉆設略下傾的水平孔，水平孔間排距為0.8 m，鉆孔深度1.15 m。

豎井全斷面(φ7.3 m)擴挖采取“豎直造孔，周邊光爆”的方法進行，單循環爆破進尺3 m 左右。光爆參數通過試驗確定并隨施工過程逐步進行優化。溜渣井擴挖及全斷面擴挖施工方法見圖2。

2.4 支護施工

為確保支護施工緊跟全斷面擴挖施工，需加工一支護施工平臺(圖2、3)。錨桿采用TY-28手風鉆造孔，MZ-1注漿機注漿，人工安裝。

噴混凝土料采用溜料管(φ200鋼管)溜至支護工作平臺上的集料斗，小型濕噴機施噴。

圖3 豎井大吊籃施工平臺示意圖

3 垂直運輸方案

3.1 垂直運輸方案的確定

豎井垂直運輸配備一臺10 t 主卷揚機和兩臺5 t 副卷揚機，溜渣井擴挖的小吊籃采用10 t 主卷揚機牽引。由于豎井深度達343.76 m，故垂直運輸的安全至關重要。經研究確定了采用升降吊籃的方案合理可行，安全度較高。

3.2 垂直運輸方案

本工程垂直運輸采用升降吊籃方案，吊籃采用卷揚機牽引，卷揚機布置在上平段距豎井中心約30 m 處。在井口正上方設置承重橫梁，鋼絲繩由卷揚機發出經安裝在承重橫梁上的定滑輪轉入井內與吊籃相連。鋼絲繩分主繩(φ28)和穩繩(φ21.5)兩種，定制卷繩長度為400 m。主繩由中間的10 t 主卷揚機牽引，與吊籃相連;穩繩由兩邊的5 t 副卷揚機牽引，與吊籃下方的支護施工平臺相連。為防止吊籃打轉，穩繩須通過從吊籃外側伸出的滑輪。在豎井井口架設人行棧橋，人行棧橋中間的預留孔供通行。

支護施工平臺下方設安全蓋，由可自由調節長度的鋼索懸掛在支護平臺下方，用于堵住溜渣井井口，確保施工安全，安全蓋兼作支護施工平臺的配重(圖4)。

4 施工中的難點、重點及對策

4.1 導孔鉆孔精度控制

豎井導井施工成敗的關鍵在于導孔鉆孔的精度控制。高壓豎井深約371 m，開挖洞徑7.3 m，終孔偏差率要保證不大于1%，否則將成為廢孔。導孔偏斜度糾偏常采用的有效方法為勤測孔斜、回填高強混凝土(并等強)重新鉆進、中部加穩定桿、控制鉆速和鉆機的水平度等。

4.2 不良地質巖層中的導孔施工

在該工程高壓豎井開挖支護過程中，導孔鉆設時可能遇到兩個地質問題:一是遇溶洞(群)導致孔口不返水，鉆機扭矩增大而影響正常鉆孔;二是遇中高硬度、具有導向作用的巖層導致多次鉆孔偏斜過大，成為廢孔。

遇到溶洞(群)后，一般采用孔內回填灌漿的方式進行處理。灌漿以灌砂漿或強度等級較高的一級配混凝土為宜。回填的砂漿和混凝土可摻速凝劑，等強后沿原孔繼續鉆進。

導孔鉆進過程中遇到對鉆孔導向與巖層走向夾角較大、具有一定導向作用的硬質陡傾角巖層時，一般采用“鉆進→孔斜測量(若偏移超標)→孔底爆破→固結灌漿→再鉆進→孔斜測量”的辦法，經反復爆破和固結灌漿，最終破壞并穿過該“導向”巖層，順利終孔。

5 結語

圖4 高壓豎井垂直運輸系統布置圖

厄瓜多爾索普拉多拉水電站343.76 m 高壓豎井屬于國內、外超深豎井之一，全高一段開挖到底，施工難度極大。從開挖支護施工方案和垂直運輸方案的確定，到導孔鉆孔精度的控制和不良地質條件對導孔鉆孔的影響及對策，都經過反復討論和研究，施工技術趨于成熟，適合實際應用和推廣。