達岱水電站引水隧洞調壓井與豎井開挖支護施工技術

【摘要】本文以達岱河水電站引水隧洞豎井與調壓井開挖支護為例，來探討地下洞室中如何利用反井鉆機施工形成斜井與垂直井的施工工藝。

【關鍵詞】引水隧洞調壓井與豎井開挖支護；反井鉆機；施工工藝

1、概述

1.1工程概況

調壓井與豎井設計方案如下：

（1）調壓井：為阻抗式調壓井，位于5號施工支洞上游。井筒開挖深度82.4m，標準開挖直徑19.40m，阻抗管開挖直徑6.60m。

（2）豎井位于5號施工支洞與6號施工支洞之間，開挖斷面為圓形，開挖直徑為9.8m，由上彎段、豎井段和下彎段組成，上、下彎段軸線長度37.72m，豎井段35.7m，總計全長為110.9m。

1.2地形、地質條件

圍巖以IV類為主，巖性以砂巖、泥質粉砂巖和泥巖的水平巖層，裂隙發育，裂面普遍夾有泥質，圍巖總體穩定性較差，局部屬不穩定圍巖。

2、施工布置

2.1主要施工道路

施工時通過場內施工道路及支洞通道進行運輸棄渣、施工設備及材料。奔渣分別運送至對應支洞外棄渣場。風、水、電利用原有平洞開挖時形成的體系施工，其中在調壓井及豎井下口下游處邊墻處分別設置沉砂池和集水井，增加排水管，抽取反擴時流下來的冷卻水。

反井鉆機進行導井施工，提升系統不考慮出渣，只考慮豎井擴挖時施工人員上下及小型施工設備、材料的運輸，因此調壓井采用25T汽車吊，豎井采用卷揚機配合吊籃。

3、調壓井、豎井開挖支護施工方案及工藝流程

根據結構設計，按開挖方式來分調壓井、豎井可分為上下彎段開挖支護和豎井段開挖支護。上下彎段施工工藝與平洞施工一樣，因此本文不再做講解。

3.1豎井段施工方案及工藝流程

3.1.1施工方案

首先利用反井鉆機進行導孔施工，再采用φ1.5m反井擴孔鉆頭擴孔形成導井。最后采用人工手風鉆鉆爆，由上至下將導井擴挖至設計斷面。

導孔鉆進時破碎巖屑由循環液帶至井口沉淀池中，沉淀后人工挖裝采用15t自卸車運至棄渣場。反井擴孔及導井擴挖過程中所產生的石渣采用側卸裝載機配合15t自卸車出渣，全部分別經5#、6#施工支洞運出。

3.2施工工藝流程

反井鉆機導井施工工藝流程：鉆機安裝調試→正向鉆取導孔→安裝擴孔鉆頭→反向鉆取導井→拆除鉆機。

在導井開挖結束后，調壓井、豎井擴挖工藝流程：測量放樣→鉆孔→裝藥爆破→通風散煙、散塵→安全處理→出渣→支護→轉入下循環。

4、調壓井、豎井段開挖支護施工工藝

本文重點介紹利用反井鉆機進行豎井開挖施工工藝，因此對擴挖工藝只做簡單的描述。

4.1反井鉆開挖導井

4.1.1安裝調試

反井鉆機基礎澆筑達到強度后進行安裝，并調試鉆機各種性能。作業時在現場設置-8m3水池，水池中間設一隔墻，將水池平分為沉淀池和清水池。鉆機基礎和水池之間通過深30cm水溝連接，導孔施工出現的回水，細沙、石渣沿此溝回流至沉淀池。

4.1.2正向鉆孔施工

鉆機安裝調試運轉一切正常后方可開孔。開孔鉆進時，必須利用開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并開啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水。

離鉆透下平洞3m左右，應逐漸降低鉆壓，導孔鉆透后，停止泥漿循環，但鉆機不能停轉，開始向孔內加清水，直到鉆機轉動平穩，扭矩變化不大時才能停鉆。

對于導孔鉆進返出的巖渣，必須及時清理，防止巖渣堆積。

4.1.3安裝擴孔鉆頭、反導井施工和鉆機拆除

導孔鉆透后，用反鏟進行底部孔口排險，并進行初噴。拆下導孔鉆頭接上擴孔鉆頭。

當擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具，直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用最低轉速旋轉，并慢慢給進、保證鉆頭滾刀不受過大的沖擊而破壞，給進一停下，等刀齒把凸出的巖石破碎掉，再繼續給進。開始擴孔時，下邊要有人觀察，將情況及時通知操作人員，等鉆頭全部均勻接觸巖石，才能正常擴孔鉆進。在擴孔過程中，當巖石硬度較大，可適當增加鉆壓，反之可以減少鉆壓。鉆孔鉆進時要及時清理擴孔破碎下來的巖屑，防止下口被堵塞。

鉆頭距基礎2.5m時，降低鉆壓慢速鉆進，認真觀察基礎周圍是否有異?，F象，如果有，要及時采取措施處理。慢慢的擴孔，直至鉆頭露出地面。

完孔后，將擴孔鉆頭牢固懸掛，將鉆架主機等設備拆下，然后將鉆頭提出孔外，再將泵車、油箱等拆裝整理、運輸出洞外。

4.2調壓井、豎井擴挖及支護

豎井、調壓井分兩次擴挖，第一次擴挖直徑為4米，第二次直接擴挖至設計斷面。第一次擴挖每次井挖深度3米，采用人工向溜渣井處扒渣，為保證施工安全需增加臨時支護措施，井壁噴護5cm厚的C20砼，支護工作應及時跟進；第二次擴挖每次井挖深度3米，豎井為人工扒渣。調壓井上半部30m采用25T汽車吊小型反鏟至井內向溜渣井扒渣，下半部受吊車鋼絲繩長度限制采用人工扒渣。

調壓井、豎井擴挖之前需對井口布置φ25鎖口錨桿，然后圍繞井口澆筑C20混凝土進行加固并兼擋水，并預埋φ25鋼筋用作防護欄桿。

擴挖過程中必須對每一排炮后斷面進行測量放線，由熟練鉆工按照測量及爆破參數鉆孔作業，合理規劃裝藥。爆破后應先對工作面進行安全檢查處理后再進行噴護作業。

結語：

反井鉆機施工的關鍵在于導孔鉆孔質量，施工過程中應針對不同的圍巖類別，依據經驗，實施不同的工作壓力、轉速和適時裝配穩定鈷桿進行控制；在每根鉆桿鉆進結束后，上下提升鉆頭，待孔內的石渣排完后再接鉆桿鉆進。

另外擴挖過程需根據地質條件、開挖斷面、開挖方法、循環進尺、鉆孔機具、爆破器材和爆破效果，及時調整爆破參數。如在軟弱地層中，開挖循環進尺恪守“短進尺，弱爆破，強支撐，勤觀察”的原則。