白鶴灘水電站大斷面豎井貫通部位施工技術研究

唐 毓 才，韓 進 奇，李 洪 偉

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門井布置于主變洞與尾水調壓室之間，與主廠房、主變洞平行布置，距主變洞與調壓室中心線的距離分別為56.5 m和74 m。尾水管檢修閘門井的斷面尺寸為18.4 m×9.1 m，其下部與各尾水連接管相交于底部流道位置。

鑒于閘門井底部流道部位已于尾水連接管開挖支護期間完成了開挖支護工作，交叉口貫通部位最低處距底部流道已開挖底板的距離為21.5 m，且貫通部位距尾水管下層施工支洞(主要施工通道)僅為20 m，若采用傳統的墊渣方式后登高作業及多次分層的開挖方法進行貫通部位的施工，雖然安全風險較低，但墊渣部分會覆蓋施工支洞的位置，阻斷人員、設備的正常通行，將極大地延誤尾水連接管一線施工的進度。

隨著越來越多的大中型水電站工程建設，如何安全、高效、優質地完成諸如此類的大斷面豎井[1]與超高平洞相交的貫通部位施工是目前類似工程急需解決的一個重要課題。筆者對該貫通部位采用的開挖支護方案進行了全面的介紹，旨在為今后類似工程部位的施工設計提供資料和依據，以起到一定的推動作用[2]。

2 施工設計方案

2.1 總體方案

為滿足尾水管檢修閘門井的施工進度要求，在充分考慮施工安全風險并結合現場實際情況后，施工局決定采用貫通部位一次爆破、分層支護的方案施工。

2.2 開挖施工方案

由于開挖部位預留巖體的厚度將直接影響到施工安全、圍巖穩定、爆破效果等，故在綜合考慮多種因素后，將巖體最薄處擬預留8 m厚，尾水管檢修閘門井底部流道實測高程為556.94～565.92 m，即預留巖體頂部高程為574 m。

為保證貫通部位的施工安全，只有待貫通部位上部的所有支護施工完成后，方可進行貫通部位的開挖施工。為減小爆破規模、保證圍巖穩定，對閘門井的貫通部位最終采用一次造孔完成后分兩序爆破的方式進行開挖。

對于閘門井貫通部位的邊墻預裂孔主要采用搭設標準樣架和QZJ100B潛孔鉆進行造孔，預裂孔間距為75 cm/80 cm，孔深根據實際情況確定，邊墻預裂與中部梯段爆破同步進行，利用延期雷管保證預裂孔先于主爆孔起爆。梯段主爆孔及緩沖孔采用CM351高風壓鉆機造孔。爆破完成后，先對松動巖體進行清撬排險并分層支護，再采用1.6 m3液壓反鏟或3 m3裝載機配合25 t自卸汽車出渣。

2.3 爆破設計方案

閘門井貫通部位的預裂孔采用QZJ100B造孔，間距為75 cm/80 cm，孔深8.06～15.61 m；主爆孔和緩沖孔采用CM351高風壓鉆機造孔，孔徑90 mm，主爆孔孔深8.6～12.6 m，間距200 cm，排距190 cm；緩沖孔距預裂孔100 cm，間距1.4～1.6 m，孔深8.22～13.93 m。

預裂孔線裝藥密度為461 g/m，底部采用1節φ70藥卷+2×2節φ32藥卷加強裝藥，中間段采用φ32藥卷間隔30 cm裝藥，孔口采用1/2節φ32藥卷間隔20 cm減弱裝藥并使用竹片+導爆索進行引爆；主爆孔采用φ70藥卷連續裝藥；緩沖孔孔底采用φ70藥卷加強裝藥，中間段及上部采用2φ32藥卷連續裝藥。所有炮孔孔內均采用導爆索傳爆，在孔口安裝非電雷管延時，所有孔位的上部孔口均采用紙團及炮泥進行堵塞。

閘門井的貫通部位共分兩序進行爆破，順序為由中部溜渣井臨空面向四周依次爆破，采用延時雷管分段位進行爆破，分為MS1、MS3、MS5……MS15共8個段位進行爆破，其中第二序炮孔孔口還需增加M13進行延時，以形成分段爆破。

2.4 支護方案

為提高閘門井底部貫通過程中圍巖的穩定性并確保施工期的安全，采用自制型鋼大吊盤作為施工平臺對閘門井的貫通部位進行支護施工。對于大吊盤工作范圍以外的部位采用在閘門井下部搭設滿堂腳手架的方式進行剩余部分的施工。

3 施工程序及方法

3.1 開挖施工程序及方法

(1)反鏟扒面。采用PC128反鏟配合人工對貫通部位的頂部作業面進行清理，挖除基巖上部的積渣以備鉆孔。

(2)放線布孔。測量放樣的目的主要為：①預裂孔孔位點及方向點放樣；②樣架校核及方向點放樣。

施工測量采用全站儀，測量由專業人員認真進行。將洞內測量控制點埋設牢固且隱蔽并作好保護，防止被機械設備破壞。

(3)樣架搭設。①樣架搭設的準備工作：預裂孔孔位及入巖插桿孔位已由測量人員完成放樣。②入巖插桿孔造孔：現場技術員根據測量所放的每排孔的首尾入巖插桿孔拉線按縱向1.6 m間距、橫向1.5 m間距放出其余插桿孔的孔位，然后采用手風鉆(φ50鉆頭)按設計要求進行造孔，造孔孔深、傾角必須嚴格控制。③入巖插桿孔完成后，完成前排及后排的插桿，再搭設小橫桿，小橫桿端頭緊抵巖壁，小橫桿需利用水平尺嚴格控制水平。④小橫桿搭設完成后進行大橫桿的搭設，必需保證橫桿與開口線平行，同時利用水平尺控制橫桿的水平。前排上層大橫桿采用十字扣與立柱連接牢固并保證水平。⑤大橫桿搭設完成后進行斜撐桿的搭設；在斜撐桿搭設的同時，必須確保上層插筋孔鉆孔斜桿、插桿、大小橫桿及角度調整樣架間均采用十字扣連接。⑥大橫桿搭設完成后，樣架雛形已形成，吊線進行傾角的初步校核。⑦初步校核完成后，由測量人員進行檢校并按測量結果進行樣架微調，調整完畢，測量人員在樣架上層小橫桿及下層小橫桿上逐一放出方向點。⑧架設鉆機。鉆機架設時，對準測量人員所放的方向點，鉆機中心線須與方向線重合，鉆機通過十字扣與上、下層大橫桿進行固定，防止鉆機在造孔過程中晃動。⑨鉆機架設好后進行傾角及方位角的檢校，確認無誤后進行樣架的最終加固：主要是在入巖立柱(間距1.6 m，為預留鉆機架設時所需空間)之間增加立桿、相應的橫向連接桿。所增加的立桿、橫向拉桿及斜撐均需緊抵巖面[3]。以上工作完成后，由質量部門及監理人員進行驗收。

(4)鉆 孔。待樣架搭設完成并驗收合格后方可進行預裂孔的造孔施工，預裂孔使用QZJ100B潛孔鉆造孔。分別在開孔后鉆進20 cm、60 cm、1 m時進行傾角及方位角的檢查，嚴格要求、及時糾偏；開孔后三次校鉆及調整結果需據實填寫在鉆孔記錄表上。主爆孔和緩沖孔使用CM351高風壓鉆機鉆孔，鉆孔時，在已布設好的孔位點進行開孔。

(5)裝藥、聯線及起爆。炮孔經檢查合格后方可裝藥爆破；炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯結必須由經考核合格的炮工嚴格按監理工程師批準的鉆爆設計要求進行施工。

裝藥嚴格遵守安全爆破操作規程。裝藥前，先檢查炮孔有無堵孔的情況，然后由專業炮工根據爆破設計要求進行每孔孔內的非電雷管分發。裝藥的炮工根據爆破設計的裝藥量裝藥并將孔內的延期雷管及時裝入。裝藥完成后，采用炮泥堵孔，同時，根據爆破設計進行孔外網路的連接[4]。

最后由炮工和值班技術員進行復核檢查，待確認無誤后撤離人員和設備，炮工負責引爆。

(6)通風與散煙。爆破后啟動洞口布置的系統通風機進行通風，爆破通風散煙結束后，采用人工乘吊盤至工作面清撬松動的巖塊及危石。

(7)出 渣。開挖渣料采用CAT330C(1.6 m3)液壓反鏟或3 m3裝載機配合25 t自卸式汽車出渣。

3.2 支護施工的程序及方法

3.2.1 貫通部位支護的總體施工程序

(1)尾水管檢修閘門井下井口貫通部位采用20 t臨時橋機配合自制型鋼大吊盤作為支護施工的作業平臺。

(2)吊盤設置了10個吊耳，其中4個吊耳與橋機大鉤連接，另外6個吊耳與新增插筋連接，插筋連接的鋼絲繩受力后摘除橋機大鉤，然后采用吊盤進行支護施工。

施工人員必須佩戴安全帶，安全母繩應與上部系統錨桿連接并布置于吊盤及吊盤受力鋼絲繩的上部，且不能與之交叉。

(3)尾水管檢修閘門井貫通部位支護施工前，應先對危巖進行人工清撬，然后測量、進行斷面檢查，待其滿足設計要求且驗收合格后進行初噴、封閉施工。

(4)初噴完成后，采用手風鉆在型鋼吊盤上進行錨桿及掛網復噴混凝土施工。

(5)為防止支護施工時吊盤發生側向移動，主要采取Φ48鋼管支撐巖面固定或大吊盤與邊墻錨桿間焊接φ12圓鋼兩種方式用于約束平臺的側向位移。

(6)對于閘門井開挖后采用支護吊盤無法完成施工的部位，在保證安全的前提下，可搭設滿堂腳手架進行支護施工。

3.2.2 預應力錨桿施工

(1)桿體的制作。錨桿桿體必須采用整根鋼筋加工，不得采用焊接加長。桿體端部采用套絲機加工長20 cm的絲口。對加工好的桿體按規范要求檢查驗收。錨桿桿體、錨墊板及M32螺母經驗收合格后用于該工程。

(2)鉆孔與吹洗孔。錨桿鉆孔采用YT-28手風鉆造孔，錨桿鉆孔的直徑≥50 mm，孔位偏差不大于100 mm，孔深偏差不大于50 mm。鉆孔完成后，用水將孔內清洗干凈，經驗收合格后方可進行錨桿安裝。

(3)錨桿的灌注與張拉。①速凝錨固劑注裝。安裝錨固劑藥卷前，安裝人員先用桿體試探鉆孔的深度并做出標記。根據設計要求的錨固段長度和鉆孔孔徑采用體積公式算出藥卷用量。藥卷入孔前，應將錨固劑用清水浸泡(40～70 s)，然后將錨固劑藥卷裝入專用的錨固噴槍，最后將噴槍送至孔內預定位置，摳動扳機，將錨固劑藥卷均勻打入孔內，同時退出噴槍[5]。②張拉段注漿。張拉段的注漿通過進漿管按照普通砂漿錨桿的注漿工藝進行注漿施工，所注砂漿的配合比按照洞內普通砂漿錨桿執行。

3.2.3 鋼筋網的施工

鋼筋網的施工人員應在吊盤作業平臺上進行操作。鋼筋網按設計間距編制，將鋼筋接頭綁扎固定，網筋與巖面大致密貼并利用錨桿端部定位。

3.2.4 噴混凝土施工

噴混凝土施工采用吊盤作為施工平臺，施工采用“濕噴法”。

4 結 語

白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門井貫通部位的施工在充分比較各項施工方法并結合現場實際情況的基礎上進行設計：預留合理的巖層厚度，滿足施工安全需要；采用一次造孔、分序爆破的方式既保證了施工的安全性，同時也提高了開挖斷面的成型質量；采用自制型鋼吊盤進行分層支護，上一層支護完成后再進行下一層支護以確保施工人員始終位于安全區域內。

目前，左岸總計8條尾水管檢修閘門井均已安全貫通并完成后續支護施工，施工效果較好，施工安全風險可控，施工進度滿足要求。在白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門井貫通部位施工中遇到的問題及采取的改進措施可為后續大中型水電站超大超深豎井貫通部位施工提供參考。