引水隧洞中豎井開挖施工分析

摘要：嚴格意義上分析，在水利水電隧洞施工中會遇到豎井開挖的現象，因為豎井開挖的出渣環節所涉及的因素比較多，所以對掘進速度產生影響。其中為進一步分析豎井開挖施工的步驟，在本次研究中筆者結合相關案例，從不同的角度出發，針對性的探究了引水隧洞豎井開挖施工方法與步驟，為其它工程提供理論幫助，提高施工的有效性。

關鍵詞：引水隧洞;豎井開挖;施工技術;步驟;方法

一、工程概述

在本次工程中，豎井中心樁號為DT7+169.772，頂部高程1116m，底部高程936m垂直高度180 m（含兩個圓弧段的高度），隧洞斷面為圓形，直徑為5m。上部，有一段半徑為20m的四分之一的圓弧段與蝶閥室相連;底部有一段夾角為87?，半徑為19m的圓弧與下平段相連接;豎井垂直段深度為158.267米。此外，從蝶閥室到豎井通過一段半徑為20m的四分之一的圓弧連接（圓弧為隧洞中心線）。豎井起始高程為EL952.375--EL1110.637，深度158.267m，底部通過一段夾角為87?，半徑為20m的圓弧與下平段相連接。從下平洞底部到上平洞高差為187.287m，為保證施工安全以及加快施工進度，采用反井鉆機鉆進施工。

二、豎井開挖的施工步驟

從整體角度分析，在豎井開挖過程中需要遵循基本的步驟，經歸納概述為：①上平洞按照平洞尺寸開挖到豎井頂部→②下平洞按照平洞尺寸開挖到豎井底部→③做導井施工準備以及反井鉆機進場就位→④從上往下鉆216mm導孔→⑤從下往上擴挖成直徑1.4m導井→⑥按照設計圖紙從上往下人工擴挖至設計斷面。

上下平洞按照平洞尺寸開挖到豎井樁號：上平洞與豎井通過一段半徑為20m的四分之一圓弧連接，在實際開挖過程中，為方便安裝反井鉆機，先按照上平洞開挖尺寸開挖到豎井頂部，待導井開挖完成后，再人工開挖圓弧段。

下平洞按照平洞尺寸開挖到豎井底部：下平洞與豎井連接段為87度半徑20m的圓弧，在實際開挖過程中，為方便出渣，先按照下平洞尺寸開挖到豎井底部。

做導井施工準備以及反井鉆機進場就位：導井施工準備主要包括主機混凝土澆筑，主機就位，主機二期混凝土澆筑，沉渣池的砌筑，水電道路設施的完善。鉆機基礎混凝土澆筑2-3天后，將主機軌道鋪設在混凝土平臺上，軌距為64cm，軌道下墊枕木（20×20cm，長120cm），每個60～80cm墊一根，然后將主機吊至軌道上，調好鉆機位置，鎖緊卡軌器，豎起架桿，安裝后拉桿，調平鉆機。鉆機調平后，用螺栓將鋼墊板連接在鉆架上，安裝前拉桿及埋設預埋螺栓，再次調平鉆機并澆筑二期混凝土。

216mm導孔開挖：反井鉆機就位后以及主機混凝土凝結后，開始進行216mm導孔的開挖，216mm導孔從上往下鉆進，鉆進過程中出渣原理是：利用泥漿泵往孔內注水，在鉆進過程中鉆頭與巖石剪切摩擦將巖石磨成細小顆粒，通過水壓，將細小顆粒壓出孔，再流入到沉渣池中。在鉆進過程中，關鍵因素是控制鉆孔的方向，保持豎直向下，每次鉆進8～9m，利用細線末端綁住一個鐵錐，然后將鐵錐放入孔內，孔口細線處于孔中心位置，且鐵錐未與孔壁發生摩擦等現象，則說明鉆孔方向為豎直向下。在距離孔底還有4～5m時，將下平洞豎井底部位置設置護欄，防止人員進入，以免導孔穿透時石渣掉落發生人員安全事故。

1.4m導井開挖：在216mm導孔鉆孔開挖完成后，將反井鉆機的鉆頭換成1.4m鉆頭，開始進行導井開挖，導井開挖從下往上鉆進，鉆進過程中石渣通過冷卻水的沖刷以及自重的作用掉落在下平洞。

人工擴挖導井至設計斷面：在1.4m導井開挖完成后，人工擴挖導井，一次性擴挖至設計斷面（直徑5m），采用光面爆破，采取邊擴挖邊支護原則，如遇破碎巖石或者地質圍巖應力比較大的部位，則需安裝鋼圈以穩定巖體。根據地質工程師地質素描預測圍巖類別。此豎井開挖深度達187.287m，井口采用型鋼作為支撐架，配合卷揚機，人員機械通過吊籃下方到井底。

三、豎井開挖施工的方法

在本次工程的導井開挖施工中，引進了反井鉆機施工技術，從根本上解決了傳統的反井施工的安全問題，同時又加快了施工進度，提高了工效。其工藝流程為：首先在豎井井口基巖上施工反井鉆機基礎并安裝反井鉆機，當井底平洞段開挖形成出渣運輸道路后開始鉆導孔，導孔鉆頭自上而下旋轉鉆進，鉆機加壓后的循環水將石渣沖出孔外帶人循環水池沉淀;隨著導孔鉆進，鉆桿不斷加長直至將導孔鉆透;導孔鉆透后，在井底將導孔鉆頭換成擴孔鉆頭，自下而上旋轉擴孔，擴孔石渣掉入井底平洞，并從井底平洞出渣。擴孔形成導井后，再采用鉆爆發自上而下井挖到設計斷面，開挖石渣順導井落入井底平洞出渣，導井直徑為1.4米。

此外，豎井擴挖在導井開挖完成后開始，從上至下，全斷面進行。擴挖豎井時，一次成型到設計直徑（5m），采用光面爆破，采取邊擴挖邊支護原則，循環施工，開挖和支護不超過兩排爆。因為豎井深度180m，井口頂部制作型鋼支撐架，安裝定滑輪，人員和施工工具、小型設備的垂直運輸采用調度絞車，調度絞車安裝在蝶閥室。

四、豎井開挖施工的基本工藝

根據歸納與整合，將豎井開挖施工的基本工藝概述為以下幾個部分：施工準備→測量放樣→鉆孔作業→裝藥聯網爆破→安全處理→出渣→支護。

①施工準備：井內風、水、電就緒，施工人員、機具、設備準備就位，做好井口防洪欄及井口覆蓋。風、水、電從頂部往下接，固定在井壁。

②測量放樣：豎井頂部施工平臺采用全站儀進行放樣控制，下方洞段采用重錘法控制豎井中心線。

③鉆孔作業：采用調度絞車慢速將施工人員及設備、材料用吊籃吊至工作面，各鉆手分區、分部位定人定位進行鉆孔。施工人員均掛安全繩，安全繩直接綁在吊籠或系統錨桿上。

④裝藥連網爆破：嚴格按設計及試爆后的每孔裝藥量裝藥，采用非電毫秒導爆管進行聯網，控制單響藥量。起爆雷管采用電雷管。

⑤安全處理：爆破后，人工清除井壁上殘留的危石與碎塊。檢查上部支護是否變形，風、水、電管線路是否脫落。

⑥出渣：爆破擴挖的石渣隨導井掉落到豎井下方，采用3m3裝載機裝車，10T自卸車運輸出渣。避免交叉作業，下部出碴時，停止上部作業。

⑦支護：出渣完成后，對井壁進行清理，通知地質工程師進行素描并確定圍巖類型，根據圍巖類型進行支護。有滲水部位適當埋設排水管，避免破壞噴砼質量。

五、豎井開挖需注意安全問題

①嚴禁非施工作業人員進入施工現場;②施工作業人員必須遵守施工安全守則。③人員下到豎井中進行開挖支護時，先將導井封閉，以免人員掉落至井底，封閉導井采用12mm鋼筋焊接，間距10cm，直徑2m，周邊用錨固筋錨固。④井口設置防護欄，防止人員石塊掉落至井底

結語：

總而言之，在引水隧洞豎井施工中要明確施工步驟與施工方法，依據實際的施工情況，從不同角度入手，確定施工工藝，做好爆破、支護等工作，積極提高出渣效果，節省勞動力，降低造價，加快豎井的施工速度，這樣才能有效提高經濟效益與社會效益。

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作者簡介：

全濤，（1985-），男，漢族，大學本科，工程師，主要從事水電站建設項目管理工作。