分層開挖在達克曲克水電站壓力管道斜井中的應用

陳 洪 波， 唐 洪 應， 王 榮

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

分層開挖在達克曲克水電站壓力管道斜井中的應用

陳 洪 波， 唐 洪 應， 王 榮

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

達克曲克水電站斜井分層開挖施工技術改變了以往全斷面擴挖方式，上層開挖量少，下層開挖量多，不僅大大縮短了人工扒渣時間，而且在遇到圍巖破碎地段也可以準確、快速地進行錨噴和鋼支撐聯合支護，如期、安全地完成了斜井開挖任務，為壓力管道安裝創造了有利條件。介紹了具體的施工情況。

達克曲克水電站；斜井；分層開挖

1 概 述

達克曲克水電站位于玉龍喀什河與布亞河匯合口下游29 km的河段上，是和田河水電規劃中的第四級電站，采用混合式開發。達克曲克水電站壓力管道為地下埋藏式，由漸變段、上平洞、斜井、下平洞和岔支段組成，斜井段總長88.386 m，其中包括上下彎段各15.693 m，斜井直線段57 m。斜井段設計開挖直徑6.2 m，鋼管內徑4.8 m，混凝土襯砌厚度70 cm，與水平線夾角59°57′。壓力管道斜井剖面見圖1。

圖1 壓力管道斜井剖面示意圖(單位：cm)

壓力管道整體位于玉龍喀什河左岸Ⅳ級基座階地后緣山體內，隧洞埋深較淺(上覆巖體僅為10多m)，巖層面與洞軸線呈小角度相交甚至平行，成洞條件不利，同時其節理裂隙發育，巖體裂隙滲水較嚴重，隧洞巖性為斜長二云母石英片巖，夾黑色薄層含炭絹云母千枚巖。巖體整體飽和抗壓強度偏低，彈性及變形模量較低，抗剪強度不高，圍巖整體穩定性差，開挖時應及時跟進錨噴支護。

2 施工特點分析

(1)壓力管道埋深較淺，巖體節理裂隙發育及滲水等因素加大了圍巖地質條件變化情況的不確定性，巖層面與洞軸線呈小角度相交甚至平行，開挖過程中易出現垮塌情況。

(2)壓力管道斜井洞軸線與水平線夾角為59°57′，該角度基本處于反井鉆機鉆孔傾角的臨界值，受重力作用影響，鉆桿孔向不易精確控制。如何保證在小開挖斷面內鉆桿與壓力管道下平洞順利貫通是開挖過程中的技術難點。

(3)壓力管道斜井半徑僅為3.1 m，開挖斷面較小，不利于機械化作業施工。

(4)工程所在的和田地區為邊疆偏遠地區，國家對大型炸藥庫和大型爆破工程的管理和審批嚴格控制，遇到法定節假日、民族節假日或者突發事件都會禁止進行爆破作業，因此，爆破器材的供應與管理也是壓力管道開挖的重點與難點。

3 施工布置

3.1 施工供風

3#施工支洞洞口距離斜井工作面近300 m，在3#支洞口布置一臺20 m3電動空壓機和一臺6 m3小型空壓機合并使用，通過直徑100 mm鋼管送風至上平洞，與斜井開挖面保持20～30 m距離，然后再通過φ50橡膠軟管供至工作面。

3.2 施工用供水、電

供水池布置在3#支洞口上方，容積為20 m3，在水池出口處增設了一個4.5 kW立式管道泵，通過PEφ63水管供水至工作面。

在3#支洞口外布置了一臺500 kVA變壓器，通過低壓電纜延伸至工作面。洞內風、水、電線路統一布置在隧洞一側，電纜線布置在高側，在洞壁上打孔布置插筋，施工風、水、電管路按照規范要求敷設在插筋上。

3.3 施工期的通風和排水

下平洞已經貫通，距離洞外只有50 m，斜井擴挖采用自然通風即可滿足施工要求；下平洞設計為內高外低，施工用廢水通過排水溝自流至洞外。

4 施工方案

4.1 開挖程序和方法

由于該工程斜井設計斷面較小且斜井洞軸線與水平線夾角為59°57′，反井鉆機孔斜不易控制，必須通過測量儀器精確定位反井鉆機的擺放和鉆孔位置。其施工程序：測量放線(反井鉆機擺放和鉆孔位置與洞軸線在同一平面內)→鉆機就位→自上而下鉆導井孔(φ216)→自下而上鉆擴溜渣井(φ140)→導井上層開挖→導井下層開挖。壓力管道斜井開挖分區情況見圖2。

圖2 斜井開挖分區示意圖(單位：cm)

整個斜井導井選用LM200型反井鉆機開挖、斜井擴挖，在平面上以導井為中心劃分上、下兩層分別進行擴挖，首先進行上層開挖，用YT-28手風鉆鉆孔，最后再進行下層開挖，渣體通過溜渣井到下平洞，SL50W-2裝載機裝20 t自卸汽車出渣，由下平洞運往渣場。

4.2 導井施工

4.2.1 施工準備

壓力管道上平洞設計開挖半徑為3 m，因施工場地狹窄，為節約空間，選擇在反井鉆機底部開挖一個(長度)3 m×(寬度)1.5 m×(深度)1 m的循環水池，水池頂部高程低于反井鉆機軌道高程，再用M10水泥砂漿抹面，泥漿泵放入循環水池為導井鉆孔和擴孔供水。施工前，先用C20混凝土澆筑反井鉆機基礎并預留鉆機地腳螺栓坑，待機體就位后進行初校，以反井鉆機四個角點為測量控制點，以確保鉆機軸線與洞軸線重合，待機身和軌道穩定后，安裝底板螺栓并澆筑二期混凝土。

4.2.2 φ216導孔施工

導井在鉆孔時受到鉆桿自身重力、圍巖類別、滲水等因素影響，鉆桿極易發生方向偏轉，若角度太大，則無法找到鉆桿而導致鉆孔失敗，需要重新鉆孔；若角度太小，導孔從下平洞鉆出，將會出現超挖嚴重和后期回填混凝土方量大。因此，對鉆孔質量必須嚴格控制。

(1)鉆桿的選擇：反井鉆機的鉆桿分兩種：一種是普通鉆桿，另一種是蝴蝶鉆桿(穩定鉆桿)。蝴蝶鉆桿可以防止鉆桿彎曲，起穩定和導向作用，同時可以保護普通鉆桿，防止普通鉆桿與孔壁產生磨損。本工程加設蝴蝶桿的方法為：鉆桿鉆進2 m時加設一根，鉆進5 m與10 m時各加設一根，以后每隔8～10 m增加一根。

(2)勤檢測：由于鉆桿在鉆進過程中產生振動，致使鉆機軸線發生偏移，鉆進過程中必須每天檢查機身四個控制點的位置，及時調整。

(3)鉆進速度控制：導孔鉆進轉速高于開孔鉆進速度。對于松軟、破碎層采用低壓鉆；對于硬巖宜采用高壓鉆。操作手應根據不同的圍巖調節鉆壓和鉆速，同時注意返渣情況，采取不同措施。本段斜井在鉆進25～30 m時，返出的渣料含黑色薄層夾泥質巖，返料越來越少，出現卡鉆現象，隨即減緩鉆速，慢慢上提鉆桿，加大排量洗井，上提4根普通桿，往返鉆進，但其間不停水，發現無渣料返回時恢復正常鉆進。鉆孔鉆進壓力情況見表1。

4.2.3 φ1 400擴孔施工

導井完成后進行反擴鉆頭安裝，擴孔設備的動力系統和鉆頭安裝由人工配合裝載機SL50W-2在下平洞對接完成，在開始反擴時提升速度要慢，待反擴鉆頭穩定后再恢復正常的提升速度。擴孔鉆進提升力見表2。

表1 鉆孔鉆進壓力統計表

表2 擴孔鉆進提升力統計表

4.3 斜井擴挖

4.3.1 上層擴挖

斜井在平面上分上、下兩層進行擴挖，以導井中心為分界點。采用3臺YT-28手風鉆鉆孔，周邊光面爆破，孔深1.5～2 m，周邊孔間距為45～50 cm，主爆孔間距為65～75 cm，孔排距為65～70 cm。由于壓力管道的安裝空間只有50 cm，故應杜絕欠挖，盡量避免超挖，同時還需防止爆破后產生的大塊體渣料堵塞導井，因此，施工中必須嚴格控制炮孔布置。

由于設計斷面太小，無法利用扒渣機作業，爆破后的渣料全部采用人工扒渣。由于扒渣時間占據了整個循環一半以上的時間，因此，為了加快扒渣速度，在擴挖時將掌子面擴挖成“半漏斗”形狀，幾乎有一半的渣料從導井自動溜走，極大地縮短了循環時間。

4.3.2 下層擴挖

下層擴挖時，斜井所剩操作空間較小，施工人員必須佩戴好安全防護用品。必要時，在開挖掌子面搭設施工操作平臺。在距離掌子面10 m范圍內采用活動爬梯，可以隨時拆除和安裝。由于上半層已開挖完成，溜渣孔斷面加大，故手風鉆鉆孔深度可達2.5～3 m，爆破孔間距可以適當增加，爆破后掌子面上幾乎無渣料產生，渣料主要依靠爆破拋擲至溜渣孔并溜至下平洞，每次人工扒渣時間均不大于1 h，極大地加快了施工進度。

4.4 支護施工

系統支護：壓力管道的支護系統采用頂拱270°范圍內錨桿+掛網+噴混凝土聯合支護形式，錨桿采用φ22，L=3 m，間排距2 m，梅花形布置，掛網φ8@20 cm×20 cm，施工采用現場制作安裝，噴C25混凝土，厚度為20 cm 。

鋼支撐支護：對于斜井段內圍巖破碎嚴重的部位采用全斷面I16鋼支撐支護，間距60～80 cm,每榀工字鋼設置φ22，L=3 m，共14根錨桿，沿工字鋼對稱布置，連接筋φ22，環向間距為80 cm。

施工材料運輸：施工中，為保證鉆孔設備及支護材料運輸，根據施工現場情況，自制了一臺簡易小車，2 t卷揚機作為小車動力源，卷揚機布置在上彎段與上平洞交接處。

5 結 語

(1)從達克曲克水電站斜井反井鉆機施工情況看，φ216導孔是施工的關鍵，鉆孔過程中易發生偏斜，因此，在遇到類似較長的斜井施工時，必須控制好鉆孔方向；同時，導孔軸線較斜井軸線上移50 cm，上層開挖量少，可以減少人工扒渣的工程量，下層開挖量較大，而大量渣料又可以利用爆破作用力溜至下平洞，進而提高施工效率。

(2)斜井擴挖分上、下兩層先后進行開挖，改變了以往的全斷面開挖方法。分上、下兩層開挖后，導井并未出現堵孔現象，下層開挖時渣料幾乎全部自動流入下平洞；缺點是運用該方法施工時需要二次鋪設爬梯及風、水管路，但總體較全斷面開挖進度明顯加快。

從2014年5月5日導井開挖完成到7月13日完成斜井開挖，由于爆破期間受和田突發事件影響，5月20日～6月18日炸藥停止供應，無法正常施工， 因此，斜井開挖日平均有效進尺為1.8～2 m。斜井開挖采用上述施工方案，如期完成了施工進度目標，開挖過程中未發生安全事故，圍巖穩定。

TV7;TV52

B

1001-2184(2017)05-0021-03

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；

唐洪應(1982-)，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；

王 榮(1985-)，男，陜西安康人，助理工程師，從事水利水電工程測量及管理工作.

(責任編輯李燕輝)