反導井法在羊曲水電站導流洞閘室豎井施工中的應用

摘 要：導流洞閘室豎井采用反導井法施工，不僅提高施工效率，而且解決了反導井必須人工開挖的難題，更加安全可靠，為以后同類工程施工提供一定的經驗和借鑒。

關鍵詞：反導井法；豎井；爆破

1 工程概況

羊曲水電站位于青海省海南州興海縣與貴南縣交界處，庫容14.724億m3，電站總裝機容量為1200MW。樞紐工程主要由攔河大壩、左岸泄洪消能建筑物和右岸引水發電建筑物等組成。其中導流洞閘室豎井中心線位于導流洞中上游（樁號導0+450.00m）處。井深約為47.15m，高程范圍為？犖2667.00m～？犖2619.85m，開挖斷面為：10.2m×24.4m（寬×長）。

閘室豎井段結構較為復雜，以弱風化千枚狀板巖為主，因其上部通過根瑪龍洼溝，隧洞埋深較淺，受地表風化和斷層切割影響，巖體相對破碎，為Ⅳ類圍巖。其中在樁號導0+308m和導0+434m分別發育F17、F5斷層，并存在由F17、F5組與其它組斷裂結構面組合的楔形體，局部可能產生掉塊現象。

2 施工方案選擇

目前豎井開挖的主要施工方法有：正向全斷面開挖法、正導井法、吊籃反向開挖法、反導井法和反孔鉆機法等。由于羊曲水電站導流洞閘室豎井開挖斷面大（10.2m×24.4m），每循環出渣量大，但豎井深度較小，經過對比分析，最終確定在？犖2667.00m～？犖2657.00m段通過降坡手段將井挖改為明挖，為反導井法創造條件。？犖2657.00m～？犖2619.85m段采用反導井法施工，即先反向開挖直徑3.2m的導井，然后再正向全段面開挖，爆破石渣通過導井溜至導流洞，由導流洞裝車出渣。反導井法不僅解決了上部采用起吊系統出渣效率低下的難題，同時形成了豎向臨空面，改善了爆破條件，有利于爆破施工。

反導井法施工具體方法為：采用QZJ-100B潛孔鉆一次性造完所有爆破導井爆破孔，爆破孔貫穿導流洞閘室豎井，然后從下向上逐層裝藥爆破。爆破網絡設計時采用毫秒微差起爆網絡，嚴格最大單響和線裝藥密度，防止對井壁的破壞。

3 爆破參數設計

由于導井爆破孔均為貫穿孔，需要兩端封孔，因此需要有合理的堵塞長度，以保證充分利用爆能使巖石破碎爆落；同時由于導井開挖斷面較小，受巖石夾制作用、底部補償空間等因素影響，因此選用大孔徑有利于提高爆破效果。

3.1 炮孔布置及孔距

選用QZJ-100B型支架式潛孔鉆，鉆頭直徑90mm，最大鉆孔深度40m，能夠滿足反導井鉆孔要求。導井爆破爆破孔孔徑為100mm，內外共布置2排，采用直行掏槽，中間為空心孔。掏槽孔共布置5個，均勻布置在空心孔四周，擴大孔共布置8個，均勻布置在周邊。為了有足夠的補償空間，根據爆破理論推導公式：

掏槽孔至空孔孔距a1=π/4·（D2+d2）（k+1）/（2D+d）（k-1）=0.5m。

式中：D為空心孔直徑；d為掏槽孔直徑；k為巖石膨脹系數，根據經驗取1.26。

擴大孔距掏槽孔孔距離a2=11D=11×0.1=1.1m。

在特殊情況下可以通過加大藥量來增大a的取值，也能取得理想的爆破效果。但炮孔布置的太遠，需要加大藥量，對井壁一定穩定有影響。

3.2 裝藥和堵塞長度

單孔裝藥量Qd=每米裝藥量Q×裝藥長度L。

根據爆破原理和現場爆破試驗，選定每米裝藥量為：掏槽孔每米裝藥量：堅硬巖石QQ=3.8kg/m，軟巖Q=3.2kg/m；周邊擴大孔每米裝藥量：Q=3.2kg/m，軟巖Q=2.8kg/m。爆破選用2#巖石銨梯炸藥或2#巖石乳化炸藥。

裝藥長度的確定既要考慮巖石充分破碎爆落，又要保證爆破后井底面較平整，有利于下一次施工。經試驗證明合裝藥長度為：

掏槽孔裝藥長度為：L1=2.2m

擴大孔裝藥長度為：L2=2.0m

堵塞能夠充分利用爆能，防止沖炮。合理的堵塞長度與炸藥品種、藥卷直徑、巖石性質和裝藥長度等因素有關。經試驗證明，如果下部堵塞超過1.8m就不利于爆破漏斗的形成。如果堵塞長度小于0.6m時，容易發生沖炮，影響爆破效果。合理的堵塞長度如下：

掏槽孔下部堵塞長度L=10d=1m，擴大孔下部堵塞長度L=12d=1.2m，裝藥孔上部堵塞長度L=23d=2.3m。

3.3 爆破深度

反導井由于開挖斷面較小，受巖石夾制作用較大，不能實現一次性爆破。根據爆破理論，反導井爆破是以導井底面為自由面，向下形成爆破漏斗，爆破產生的碎石借助重力墜落。經試驗證明，當分段深度小于導井直徑時，爆破效果較好。隨分段長度增加，爆破效果逐漸變差。因此反導井合理的爆破深度為2.5～3.2m。

4 施工要點

4.1 鉆孔設備選用

羊曲水電站導流閘室豎井以板巖為主，節理比較發育，且鉆孔深度較大，約為37m，選用QZJ-100B型支架式潛孔鉆，能夠滿足要求。但容易出現卡鉆及后期巖粉吹出困難等情況。因此選用高風壓供風設備，保證管線的密封性，確保風壓充足、穩定。

4.2 炮孔檢查與疏通

反導井采用自上而下分段爆破，炮孔需反復利用，每次爆破后，上部炮孔可能發生掉渣卡孔或堵塞材料殘留孔內堵孔現象，這時應用高壓氣吹通或串接鋼管搗通，堵孔嚴重時須架立鉆機鉆通炮孔。

4.3 炮孔堵塞

炮孔下部堵塞采用專門制作的錐形帆布填充體塞緊孔底。具體做法是：用細鐵絲從導流洞閘室豎井上部穿過導井爆破孔至閘室豎井底部，施工人員從下部安裝帆布填充體，撤離人員后，拉緊細鐵絲，使帆布填充體封堵炮孔底部，然后向孔內填適量粘土，已達到封孔目的。錐形帆布填充體上部直徑約5cm，下部直徑約27cm，長度約為25cm，一般進入炮孔10～20cm。

5 爆破效果

反導井從鉆孔至導井完成，每次爆破石渣均落入導流洞，巖石較為破碎，易于裝運，導井井壁較為平順，無破碎巖石殘留，沒有大的裂紋，超欠挖在控制范圍之內，實現了預期設計目標。

6 結束語

這次反導井法在羊曲水電站閘室豎井施工中的成功應用，不僅降低了閘室豎井的施工難度，提高了施工進度，并且有一定的經濟效益。說明該方法是可行的，所選的爆破參數是合理的，措施是有效的，為以后同類工程施工提供了一定的經驗和借鑒。

參考文獻

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[2]水利工程[M].北京：冶金工業出版社，1992.

[3]張天錫.炮孔爆破殘孔長度與夾制作用淺析[J].爆破，2000.