靈關水電站調壓井豎井開挖施工技術

陳 洪 波， 張 永， 成 奇

(中國水利水電第十工程局有限公司 ，四川 都江堰 611830)

靈關水電站調壓井豎井開挖施工技術

陳 洪 波， 張 永， 成 奇

(中國水利水電第十工程局有限公司 ，四川 都江堰 611830)

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

靈關水電站；調壓井；復雜地質條件；開挖及支護；施工；安全

1 工程概況

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

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

靈關水電站調壓井圍巖中的覆蓋層厚度約占鉛直厚度的8%，強風化巖體占40%，弱風化巖體占30%，新鮮巖體僅占22%。不論風化巖體，還是新鮮巖體的完整性均較差。由于層間擠壓錯動嚴重，在高程822 m以下至井底的弱風化及新鮮巖體中共發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，累計厚度為22.95 m，占該段圍巖厚度的76.5%，其抗剪強度較低，對井壁圍巖穩定影響較大。

高程841 m以上的覆蓋層和強風化巖石為Ⅴ類(占井周圍巖的48%)；高程841～813 m的弱風化巖石為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，對施工和圍巖穩定有不利影響，圍巖分類為Ⅳ1類(占井周圍巖的22%)。

由于井身圍巖穩定性較差，在井筒四周進行了豎向預固結灌漿，孔內插入錨筋束，灌漿孔深62 m，豎向錨筋束60 m，并對調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行水平錨固。 靈關水電站調壓井結構布置情況見圖1。

2 調壓井開挖及支護

2.1 施工規劃及施工程序

由于該工程地質條件的特殊性，將設計方案中2 m厚的混凝土分兩期施工：在開挖的同時跟進倒掛混凝土進行一期支護，待開挖完成后再采用滑模工藝進行二期混凝土支護至設計斷面。

在調壓井高邊坡開挖支護完成后，先進行井圈鎖口混凝土施工，然后進行超前預固結灌漿及超前錨筋束施工(至少先形成內圈超前預固結灌漿及部分超前錨筋束)，在導井中部進行5個孔的預固結灌漿，待調壓井底部形成通道后進行正導井施工，隨即進行井筒豎向開挖及臨時支護施工。導井開挖采用LM-200型反井鉆機由上至下進行。擴挖時以立面分層、平面分區、反鏟扒渣、邊開挖邊倒掛混凝土襯砌為原則進行施工。在開挖及倒掛混凝土間隙進行掛鋼筋網并結合噴混凝土進行臨時支護。井挖采用YT-28手風鉆造孔鉆爆、PC225反鏟扒渣，側卸式裝載機在井底裝15 t自卸汽車出渣的聯合作業方式作業。

2.2 施工布置

(1)施工道路。

圖1 靈關水電站調壓井結構布置圖

調壓井施工材料的運輸道路為調壓井上山公路。

開挖時的爆渣以導井為通道，導井底部集渣從壓力管道上平段、引水隧洞分別經6#+1、6#施工支洞運輸至棄渣場。

(2)施工中的供風及供水。

施工用風由6#支洞臨建場內的空壓站用4in(1in=2.54 cm)風管作主風管供至調壓井平臺下游側開口線外附近位置，再由3″、1.5″架管向井內用風點分散供出；

施工用水采用在調壓井平臺下游側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，水源由寶興河邊用高揚程多級泵直接抽水至蓄水池內。

(3)施工供電。

豎井開挖施工供電由井口供電系統接入，井內用電主要為鋼筋焊接、灌漿等設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)通風散煙。

調壓井工程施工的通風主要考慮自然通風。

(5)施工排水。

豎井施工排水由導井流入井底，經壓力管道、6#+1支洞、6#支洞外排至洞外煙溪溝內。

(6)調壓井平臺的布置。

根據該工程特點及現場施工條件，在調壓井高程862 m平臺右下角布置了一臺C5012塔機進行豎井施工材料吊運。

于調壓井上井平臺左下游側布置了一套HZS35拌和站，為豎井臨時支護及混凝土襯砌提供拌和料。

2.3 開挖施工方法

(1)前期準備工作。

邊坡開挖完成后，隨即進行了井圈鎖口混凝土澆筑，澆筑斷面為3.5 m×3 m(寬×高)。由于設計報告中外層鋼筋位于開挖井壁，保護層厚度為5 cm，且倒掛混凝土難以保證整圈全圓澆筑成型，為增強倒掛混凝土的穩定性，在倒掛混凝土中增加了一層鋼筋(主筋選用φ28鋼筋，根數與設計主筋根數對應，分布筋為φ25@20 cm)。

在反井鉆機導孔(φ216)鉆孔施工前，因調壓井圍巖為強風化Ⅴ類圍巖，且調壓井開挖直徑較大，圍巖完整性和穩定性很差，溜渣導井成井后圍巖自穩能力差，易發生塌井，不能保證調壓井擴挖正常施工，因此，需對導井和井圈周圍進行62 m深的超前固結灌漿、井周進行60 m深的錨束施工。

導井超前固結灌漿共布設了1個中心孔和7個周邊固結灌漿孔，孔位距導井邊1.5 m、孔距2.5 m，環形布置，超前固結灌漿完成后方可進行導井施工。井圈共設三排半固結灌漿，共計297個孔，孔深62 m，錨筋束深60 m，孔位平行于軸線方向。

(2)溜渣導井施工。

導井口超前固結灌漿完成后，沿豎井中心線布置LM-200型反井鉆機自上而下形成φ216導孔，導孔完成后，在豎井底部安裝擴孔鉆頭，自下而上擴挖溜渣井，擴孔采用清水冷卻鉆具。考慮到巖層破碎，采取了適當的控制措施對大塊體石塊進行控制，溜渣井直徑定為1.4 m。

(3)井身擴挖施工。

由于調壓井圍巖類別為Ⅳ1類、Ⅳ2類和Ⅴ類，開挖過程中易發生較大范圍的坍塌，擴挖采取分區開挖、短進尺、大孔距、小排距爆破、倒掛混凝土及時跟井襯砌支護，全圓倒掛形成整圓后再進行下一襯砌段施工的原則進行施工。

井筒擴挖在平面上分三區、短臺階進行，臺階高度不超過1.5 m。采用人工YT-28手風鉆造孔、裝2號乳化炸藥、非電管起爆、周邊孔間隔裝藥進行光面爆破。爆渣以導井為通道，人工配合PC225反鏟在井內扒渣，導井底部用側卸式裝載機裝15 t自卸車出渣，從壓力管道上平段、引水隧洞分別經6#+1、6#施工支洞運至棄渣場。

由于有超前固結灌漿及錨筋束的保護，在豎井擴挖時，單區每向下擴挖深度達到5～5.5 m，跟進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，擴挖與倒掛混凝土鋼筋綁扎施工間隙，及時進行φ28，L=9 m系統錨桿施工。

(4)特殊支護措施。

①在豎井擴挖過程中，由于多處圍巖極為破碎，裂隙極為發育，層間填充物為泥化物，超前固結灌漿及錨筋束均對其作用甚小，在擴挖過程中也發生過一定程度的小范圍垮塌。對此，我們先及時素噴5～10 cm厚C25混凝土進行暫時封閉，其后對其周邊較好部位打設φ28，L=3 m的錨桿，結合系統錨桿緊貼素噴面掛φ12@20 cm×20 cm鋼筋網片，然后再對其噴10 cm厚C25混凝土進行臨時支護，及時進行倒掛混凝土施工對其進行回填支護，確保了垮塌范圍不再擴張，同時也保證了施工人員及設備的安全。

②由于前、后漸變段靠近調壓井井筒側的斷面均為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間內的人員和設備安全。為此，我們分別對前、后漸變段開挖斷面進行了一定調整：由圓形斷面開始，在保證設計開挖高度的情況下，將平頂擴挖成拱形(在正方形斷面頂部拱高3 m)。

調壓井前、后漸變段采取超前錨桿作超前支護。在超前支護的保護下進行分層分部開挖，開挖后及時進行臨時支護。

③由于調壓井前、后漸變段與井筒交匯處為應力集中處，當豎井開挖至高程812 m左右，由于圍巖較差，前期漸變段已支護好的鋼拱架均存在一定程度的變形，若繼續下挖，漸變段存在失穩的可能，無論在進度、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：先對調壓井前、后漸變段進行一期混凝土支護(將設計報告中的3 m厚混凝土襯砌分兩期進行施工)，待調壓井下部混凝土澆筑完成后，再適時進行二期混凝土襯砌支護至設計斷面。

3 結 語

該調壓井工程于2007年12月開始進行鎖口混凝土施工，逐步或穿插進行超前固結灌漿及錨筋束施工、導井固結灌漿及導井施工，于2008年6月正式開始進行豎井擴挖及倒掛混凝土施工，2009年6月完成豎井全部開挖任務， 2009年11月16日順利完成調壓井二期滑模混凝土澆筑，歷時近兩年時間，共計完成豎井開挖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，針對該工程地質情況的特殊性，采取了澆筑鎖口混凝土、超前預固結灌漿及錨筋束固結周圈、臨時支護及倒掛混凝土及時跟進豎井擴挖、調整前、后漸變段開挖斷面、將前、后漸變段設計混凝土進行分期襯砌等措施，確保了復雜地質條件下的靈關水電站調壓井豎井開挖及支護安全、順利完工。實踐證明：在此種復雜地質條件、特殊結構的調壓井施工中，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壓井工程開挖及支護施工積累了一定的經驗。

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與管理工作；

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

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

(責任編輯李燕輝)