小斷面豎井一次鉆孔逐段爆破自下而上開(kāi)挖施工技術(shù)

郭偉

摘 要：溧陽(yáng)抽水蓄能電站廠房?jī)?nèi)基坑排水從滲漏集水井通過(guò)三段管道井，最終通過(guò)自流排水洞將水排至下庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)，其中三段管道豎井分別布置在廊道及自流排水洞間，所處地質(zhì)條件較差，且廊道內(nèi)空間狹小。針對(duì)豎井上下通道空間狹窄問(wèn)題，對(duì)豎井開(kāi)挖施工方案進(jìn)行研究，研發(fā)了豎井導(dǎo)井一次鉆孔逐段爆破自下而上開(kāi)挖施工新技術(shù)。此施工技術(shù)操作性強(qiáng)、效率高，保證了質(zhì)量、安全，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

關(guān)鍵詞：豎井導(dǎo)井；一次鉆孔；逐段爆破；自下而上開(kāi)挖

1 概述

溧陽(yáng)抽水蓄能電站廠房?jī)?nèi)基坑排水從滲漏集水井通過(guò)三段管道井，最終通過(guò)自流排水洞將水排至下庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)，其中三段管道豎井分別布置在-55m廊道、-27.5m廊道、8m廊道及自流排水洞間，長(zhǎng)度分別為22.14m、32.80m、22.28m，豎井開(kāi)挖直徑為3.3m，襯砌后凈斷面為2.5m。三條管道豎井上下井口均位于廠區(qū)排水廊道內(nèi)，廊道的空間狹小，采用常規(guī)的豎井開(kāi)挖方法施工很難進(jìn)行。

2 施工方案選擇

目前國(guó)內(nèi)外地下工程中，豎井施工十分普遍，根據(jù)其施工條件不同，其施工方法也有所差別，依據(jù)國(guó)內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一些小斷面淺豎井以及大斷面豎井底部無(wú)通行條件，一般采用全斷面正井開(kāi)挖的方法；大部分豎井施工均采用先開(kāi)挖導(dǎo)井再擴(kuò)挖的方法。導(dǎo)井施工的方法主要有反井鉆機(jī)法、吊罐法及爬罐法，對(duì)于井口上部空間較大、深度較大的中硬巖石豎井來(lái)說(shuō)，一般采用反井鉆機(jī)鉆設(shè)導(dǎo)孔再反拉成導(dǎo)井的方法，對(duì)于地質(zhì)條件較好，采用吊罐法或爬罐法從豎井底部進(jìn)行開(kāi)挖。

溧陽(yáng)抽水蓄能電站廠區(qū)排水管道豎井共布置3段，屬于小斷面淺豎井，其上下井口處在排水廊道及自流排水洞端頭部位，豎井上下通道空間狹窄，且3段豎井所處地質(zhì)條件復(fù)雜，為Ⅳ類圍巖，巖性主要以石英砂巖為主，巖體完整性差，開(kāi)挖時(shí)極易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。如采用全斷面正井開(kāi)挖的方法，不但速度慢，安全性也較差，采用反井鉆機(jī)法鉆設(shè)導(dǎo)井，反井鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)人困難，且不經(jīng)濟(jì)，采用吊罐法或爬罐法從豎井底部自下而上開(kāi)挖導(dǎo)井，由于地質(zhì)條件較差，施工安全問(wèn)題很難保證。

在總結(jié)多年地下工程豎井施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們通過(guò)研究，力求在受上下通道空間狹窄條件限制的短豎井施工上探索新的施工技術(shù)。

經(jīng)過(guò)對(duì)幾種方法的論證比較，三條豎井均采用自下而上小導(dǎo)洞先行，然后二次擴(kuò)挖成型下部出渣的方法。具體做法為：

（1）用潛孔鉆機(jī)在豎井中心從上向下鉆孔到豎井底部，在中心孔周邊半徑0.6m圓弧上均勻布置4個(gè)鉆孔。

（2）利用鉆孔自下而上逐段爆破，形成Φ1.2m導(dǎo)井。

（3）利用導(dǎo)井溜渣，自上而下擴(kuò)挖成型。

（4）豎井底部利用小裝載機(jī)裝三輪農(nóng)用車出渣。

3 施工過(guò)程

3.1 上下井口廊道開(kāi)挖

①豎井的上部井口位于自流排水洞的終點(diǎn)端頭部位，需進(jìn)行擴(kuò)大開(kāi)挖，擴(kuò)大段的尺寸為5.8m×4.0m×3.4m（長(zhǎng)×寬×高），其中2.0m長(zhǎng)度洞段為擴(kuò)大段與自流排水洞銜接。下部井口位于8m排水廊道內(nèi)，根據(jù)豎井的特點(diǎn)及施工方法，下部井口部位擴(kuò)挖的斷面需對(duì)原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行調(diào)整，下部井口按斷面尺寸4.1m×4.0m×3.4m（長(zhǎng)×寬×高）進(jìn)行開(kāi)挖，并采用與上部井口同樣的支護(hù)方法。

②、③豎井上下部井口分別位于8m、-27.5m及-55m排水廊道內(nèi)，其井口部位擴(kuò)挖的尺寸同①豎井下部擴(kuò)挖的尺寸，支護(hù)方法相同。

三條豎井上、下井口部位擴(kuò)挖采用全斷面開(kāi)挖的方法，手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔，周邊光面爆破。

3.2 導(dǎo)井開(kāi)挖

3.2.1 鉆孔施工

導(dǎo)井按直徑1.2m進(jìn)行開(kāi)挖，中間鉆孔直徑為90mm，爆破孔孔徑同樣為90mm。待豎井上井口及下井口的平洞開(kāi)挖完成后，將豎井?dāng)嗝嫖恢闷秸?，定出鉆機(jī)位置，潛孔鉆機(jī)就位。

鉆機(jī)先鉆中間孔，直至鉆到豎井底部與下部平洞貫通，測(cè)量鉆孔上、下位置的偏差。再鉆設(shè)周邊四個(gè)裝藥孔，直至貫通。

3.2.2 爆破施工

由于爆破孔是貫穿的，裝藥較困難，沒(méi)法進(jìn)行底部和上部封孔，因此人工在底部廊道內(nèi)制作爆破藥管，采用一根直徑75mm、長(zhǎng)1.6m的PVC管作為保護(hù)管，底部采用鐵絲封好，并裝入布等材料將底部封堵30cm～50cm，再裝入Φ60藥卷2卷，上部采用布等材料封堵30cm，并采用一根導(dǎo)爆索引出。從豎井上部通過(guò)鉆孔引下一根鐵絲將制作好的爆破藥管牽引至需爆破位置，上部鐵線固定在側(cè)墻錨桿上，依次將每個(gè)爆破孔裝好爆破藥管。在豎井底部的廊道內(nèi)將每個(gè)爆破孔引出的導(dǎo)爆索集中后采用一根導(dǎo)爆管引至爆破安全部位，采用電力起爆法起爆，每爆破施工一次，石渣在重力作用下落至豎井底部，當(dāng)爆破后鉆孔存在堵孔時(shí)，在井上部采用潛孔鉆重新進(jìn)行掃孔，每一循環(huán)進(jìn)尺約2.0m，導(dǎo)井剩余10m時(shí)，改用從井上部裝藥的方法，首先將鐵絲從鉆孔底部穿至井下，在鐵絲上綁好布或者袋子等提至鉆孔底部將孔底封住，再?gòu)纳喜肯蜚@孔內(nèi)投入約30cm高度快硬水泥，封好孔底，然后從上部投入藥卷，藥卷上部封堵采用快硬水泥，并將導(dǎo)爆索引至豎井上部，每個(gè)爆破孔引出的導(dǎo)爆索集中后采用一根導(dǎo)爆管引至爆破安全部位，采用電力起爆法起爆。

3.3 豎井?dāng)U挖

3.3.1 井口布置

（1）井口提升系統(tǒng)

導(dǎo)井?dāng)U挖井口需布置提升系統(tǒng)，采用一臺(tái)5t卷?yè)P(yáng)通過(guò)龍門架提升載人吊籠，另一臺(tái)5t卷?yè)P(yáng)通過(guò)龍門架提升吊籠穩(wěn)繩。龍門架尺寸為2.5m×2.5m（寬×高），用Ι20工字鋼焊制，兩立柱上焊Φ25鋼筋爬梯，上部橫梁安裝一個(gè)天輪。龍門架底部固定在井口布置的Ι20工字鋼橫梁上，工字鋼橫梁采用地錨進(jìn)行鎖定。并在井口布置一人員上下井口出入的平臺(tái)。

（2）防護(hù)大盤

井下打鉆人員施工時(shí)，Φ1.2m導(dǎo)井井口采用Φ2.5m的防護(hù)盤，防護(hù)盤采用Ι20工字鋼及Φ25鋼筋焊制，通過(guò)提升穩(wěn)繩的5t卷?yè)P(yáng)進(jìn)行提升。

（3）井口防護(hù)系統(tǒng)

井口周圍采用腳手架鋼管或Φ25鋼筋制作安裝防護(hù)欄桿，安裝防護(hù)網(wǎng)，并安裝踢腳板。

3.3.2 擴(kuò)挖爆破設(shè)計(jì)

由于空間狹小，采用2臺(tái)YT-28型手風(fēng)鉆鉆孔，為合理布置爆破孔防止溜渣井堵井，炮孔共布設(shè)三環(huán)，周邊孔間距0.5m，孔深3m，孔底略向外偏出20cm，為下一炮鉆孔提供空間，自外向內(nèi)第二環(huán)孔距離周邊孔30cm布置，孔間距為70cm，孔深2.5m，第三環(huán)孔距第二環(huán)孔30cm布置，孔深2.5m，間距為100cm。炸藥采用2#巖石硝銨乳化炸藥，非電毫秒雷管引爆導(dǎo)爆索起爆炸藥，每炮平均進(jìn)尺2.2m。施工時(shí)通過(guò)爆破試驗(yàn)確定爆破參數(shù)，保證擴(kuò)挖后的開(kāi)挖面平整度。

3.3.3 出渣

導(dǎo)井及擴(kuò)挖出渣均從豎井底部廊道內(nèi)進(jìn)行，采用0.2m3裝載機(jī)裝農(nóng)用三輪車將石渣倒至8#支洞內(nèi)，再采用3m3裝載機(jī)裝15t自卸汽車運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

3.4 支護(hù)施工

豎井的系統(tǒng)支護(hù)主要為系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴C25混凝土組成的柔性支護(hù)。每開(kāi)挖一循環(huán)緊跟進(jìn)行支護(hù)施工。

（1）系統(tǒng)錨桿規(guī)格為Φ18，L=2m，排距為1.0m，采用手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔，先注漿后插桿的方法人工進(jìn)行安裝。

（2）掛Φ8@200×200鋼筋網(wǎng)，人工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行編制。

（3）噴100mm厚C25混凝土，采用干噴的方法，噴射機(jī)布置在井口部位，接引3寸膠管至井內(nèi)噴射部位。

3.5 二次模筑混凝土

豎井開(kāi)挖完成后，二次模筑混凝土采用滑膜的施工方式，混凝土外觀質(zhì)量較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

豎井導(dǎo)井一次鉆孔逐段爆破自下而上開(kāi)挖施工新方法，研制了專用爆破藥管，爆破段采用PVC管作為爆破筒保護(hù)管，上下封堵，實(shí)現(xiàn)了自下而上分段裝藥、分段爆破。此施工技術(shù)操作性強(qiáng)、效率高，既保證了質(zhì)量、安全，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。

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