高地應力深大閘門豎井開挖施工技術方法

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

葉巴灘水電站位于四川與西藏界金沙江上游河段上，是金沙江上游規劃“一庫十三級”開發方案中裝機最大的一級水電站，上游為波羅水電站，下游與拉哇水電站銜接。

葉巴灘水電站左岸導流洞按照功能布置兩條豎井閘室結構，分別為導流洞豎井和旁通洞豎井。豎井閘室導流洞頂口高程為2734.13m，閘室平交洞底部高程為2767.00m，閘室尺寸為30.15m×15.30m×13.0m(長×寬×高)；旁通洞豎井閘室旁通洞頂口高程為2727.3m，閘室平交洞底部高程為2767.00m，閘室尺寸為17.3m×18.3m×13.0m(長×寬×高)。導流洞豎井式閘室底板高程為2712.50m，啟閉機平臺高程為2768.00m，閘室頂高程為2778.00m，底板厚3.5m，邊墩厚4.0m，中墩厚6.0m，閘室尺寸為15.0m×26.0m×65.5m(長×寬×高)，上部與連接洞相接，下部接導流洞。

兩個豎井基巖垂直埋深57m，位于兩岸地應力增高帶巖體中，屬高地應力區，圍巖為δo43石英閃長巖，微風化～新鮮。該洞段分布小斷層f15-6。節理裂隙主要發育3組，J1：N80°～90°E/SE∠50°～70°；J2：N60°～90°W/NE∠80°～85°；J3：N30°～50°E/NW∠30°～50°。洞段巖體以次塊～塊狀結構為主，濕潤～滴水，圍巖類別以Ⅱ類為主，圍巖基本穩定，部分Ⅲ類，局部穩定性差。

由于導流洞深埋段屬于高地應力區，施工中應對高地應力所引起的圍巖脆性變形破壞現象引起重視，采取及時支護方式進行處理。

2 施工難點分析及應對措施

難點一：豎井開挖處于高地應力區域，容易因高地應力引起圍巖脆性變形破壞現象。

應對措施：①嚴格控制爆破施工裝藥量，采取最優爆破參數進行控制爆破作業，控制最大單響，減少圍巖因爆破震動造成破壞；②及時對開挖面進行系統支護工作，減少開挖面的暴露時間；③每次豎井開挖爆破后對已開挖面在豎井施工過程中，應通過目測與量測相結合的手段監視圍巖和支護的穩定性。

難點二：導流洞豎井開挖支護斷面尺寸大，深度大，施工難度大。

應對措施：項目部組織專家及現場施工多方討論，精心組織準備，采用溜渣井方法施工，保證施工操作簡單化；剩余斷面一次爆破成型。系統支護采用登渣施工作業方式，保證豎井底部人員施工作業安全。

難點三：豎井開挖與導流洞下層關系密切，直接影響導流洞下部開挖支護工作，工期緊、任務重。

應對措施：豎井作業與導流洞下層作業人員無障礙溝通，項目部從進度角度出發，合理安排工期，精確到每小時?，F場駐扎經驗豐富的施工、技術、質量、實驗、安全等管理人員，梳理每天施工過程中的重點難點，及時進行確認、解決，保證豎井施工進度安排。

3 主要施工技術

3.1 施工方法確定

該工程兩個豎井斷面尺寸之大在國內罕見，且豎井位置處于高地應力區，隨時都會出現開挖后應力釋放導致脆性裂變可能，施工作業難度大、安全隱患多、交叉作業嚴重。針對導流洞及旁通洞豎井閘室結構特點和復雜地質條件進行了施工方案的比選與研究。最終摒棄了傳統的全斷面開挖施工方案，確定了溜渣井開挖豎井方法：傳統方案開挖速度較慢，且出渣困難。采用反井鉆機鉆孔，一次成孔φ1.4m先導孔，分兩次爆破擴挖成φ6.0m溜渣井，每3m為一個開挖循環進行分層爆破直至完成。施工工藝流程見圖2。

圖2 豎井閘室開挖施工工藝流程

3.2 先導孔施工

左岸導流洞中部閘門豎井和旁通洞閘門豎井選用反井鉆打導孔，采用溜渣法開挖，兩條豎井共配一臺反井鉆機。具體施工步驟如下：

(1)根據現場實際情況澆筑反井鉆機混凝土基礎(C25混凝土，厚度15cm，0.7m3)，并依托反井鉆機工作原理制作排污池和回收利用清水池(水池采用M7.5磚砌結構，0.1m3)；

(2)用反井鉆機根據測量精準放線鉆孔先導孔，由啟閉機平臺位置將旁通洞豎井中心和左導豎井中心自上而下打通。鉆孔直徑為25cm。根據豎井尺寸情況，旁通洞豎井左導豎井各需要一個先導孔；

(3)反井鉆機自下而上進行擴孔，25cm先導孔擴孔后直徑為140cm。

3.3 溜渣井施工

受現場條件及閘室復雜結構限制，溜渣井無法一次開挖成型。為避免出現堵井現象發生，采取兩次擴挖至設計溜渣井輪廓線。第一次擴孔由φ1.4m先導孔擴挖成φ3.4m后再次擴挖成φ6.0m設計溜渣井，溜渣井鉆孔布置及裝藥結構如圖3。

3.4 豎井開挖支護

3.4.1 光面爆破孔施工

邊墻光面爆破孔采用測量放樣，使用YQ-100B或YT-28手風鉆鉆機鉆孔。標準進尺鉆孔深度3.5m，爆破進尺按3m一個循環。受鉆孔設備本身結構限制，為保證周邊不欠挖，周邊孔鉆孔技術超挖20cm。

3.4.2 主爆孔、緩沖孔爆破施工

(1)6t反鏟扒面

采用反鏟對準備鉆孔的作業面進行清理，挖除基巖上部的積渣以備鉆孔。

(2)放線布孔

施工測量采用全站儀，由專業測量人員進行，測量器具必須經過鑒定后方可使用，每個月進行一次測量檢查、復測，確保測量控制工序質量。

(3)鉆孔

鉆孔時，在已布設好的孔位點進行開孔，傾角采用坡度尺進行控制，嚴格按照設計孔深鉆孔。鉆孔采用YQ-100B鉆機鉆孔，鉆孔直徑90mm，每3m一個循環。

第二點，在進行動物養殖時，缺乏必要的免疫程序。全國范圍內動物養殖的品種較為復雜，為了適應市場，很多區域擁有具有區域性的動物養殖方案，這則造成了動物養殖免疫程序的混亂。另外，很多鄉鎮農戶文化程度較低，對于動物免疫程序毫無概念，往往錯過了最佳的動物防疫時機，造成動物免疫效果不理想。

(4)裝藥、聯線、起爆

炮孔經檢查合格后，方可進行裝藥爆破；炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯結，由經考核合格的炮工，嚴格按監理工程師批準的鉆爆設計成果進行施作。

圖3 溜渣井鉆孔布置及裝藥結構

裝藥嚴格遵守安全爆破操作規程。裝藥前，先用PVC管或其他工具檢查炮孔有無堵孔的情況，以便及時利用鉆機進行洗孔。然后由專業炮工根據爆破設計進行每孔孔內非電雷管分發。裝藥的炮工則根據爆破設計裝藥量進行裝藥，孔內延期雷管及時裝入。裝藥完成后，采用炮泥進行堵孔，堵塞長度按照爆破設計執行。同時，炮工根據爆破設計進行孔外網路連接。

最后由炮工和值班技術員復核檢查，確認無誤，撤離人員和設備，炮工負責引爆。

(5)通風、散煙

爆破后起動洞口布置的大容量強力通風機通風，結合工作面水霧降塵，搞好井內通風除塵、散煙。

(6)安全處理

通風散煙后，采用液壓反鏟進豎井清理危石和碎塊，以確保進入豎井內的人員和設備安全。在施工過程中，經常檢查已開挖段的圍巖穩定情況，清撬可能塌落的松動巖塊。

渣料用液壓小反鏟、通過溜渣井溜渣，在下部用裝載機或履帶式反鏟裝自卸車運輸。液壓反鏟爆破時，用設在穹頂的10t卷揚機起吊撤出。

3.4.3 系統支護施工

受高地應力影響，爆破開挖后，如果不及時采取支護措施，圍巖應力釋放過程可能會發生圍巖脆性變形破壞現象，對后續施工作業人員造成安全隱患。且現場施工條件有限，工期緊張，無法在開挖作業完成后再進行全斷面支護。經過討論決定采用“分層爆破后采用積渣支護作業方法”。該方法優點如下：

(1)省略支護排架搭設工序。采用爆破后積渣平臺進行支護施工，無需搭設排架進行系統支護工序；

(2)開挖后系統支護及時跟進，防止圍巖應力釋放變形帶來安全隱患。分層爆破后及時跟進系統支護，減少未及時支護給后續施工帶來的安全隱患。

圖4 豎井開挖支護工作示意

4 過程安全、質量控制要點

左岸導流洞、旁通洞豎井閘室開挖、支護過程中安全、質量控制重點見表1。

表1左岸導流洞、旁通洞豎井閘室開挖、

5 結語

實際結果證明：該施工技術方案切實可行，方案合理，有效地解決了深大豎井施工中無法利用大型設備施工、系統支護困難、施工難度大等技術問題。成功地完成了葉巴灘水電站左岸導流洞兩個豎井的開挖支護，積累了一定的施工經驗，為以后同類型工程中提供了較好的施工技術方法。葉巴灘水電站導流洞豎井及旁通洞豎井在3個月的工期內圓滿完成開挖支護任務，較原計劃工期提前15d完成。且開挖體型滿足設計要求，開挖支護質量優良。并且在施工過程中未出現安全、質量事故。