金寨電站超長引水壓力斜井擴挖施工技術

田樹申

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽110000）

1 概述

金寨抽水蓄能電站位于安徽省金寨縣張沖鄉境內，電站安裝4 臺單機容量300MW 的混流可逆式水輪發電機組，總裝機容量1200MW。樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統、地下廠房系統、地面開關站及下水庫等建筑物組成。

引水系統共2 條引水主洞，均采用兩級斜井布置，分別包括引水壓力管道上平段、壓力管道上斜井、壓力管道中平洞、壓力管道下斜井、壓力管道下平洞。壓力管道上斜井全長200.86m，為直徑8.4m 圓形斷面；壓力管道下斜井全長308.15m，為直徑7.6m 馬蹄形斷面。1#引水壓力管道斜井與2#引水壓力管道斜井軸距53.99m。

引水長斜井是抽水蓄能電站引水系統的四級風險關鍵部位，對整條引水系統工程有重要的影響，是金寨抽水蓄能電站工程引水系統關鍵線路上的關鍵項目，引水長斜井能否順利貫通直接影響后續引水系統的混凝土襯砌施工，甚至制約首臺機組的按期投產發電。

2 設計方案選擇

目前國內長斜井擴挖普遍采用作業人員站在開挖作業面上鉆孔爆破以及支護作業，開挖面平行于水平面，人工扒渣，運輸小車在鋼軌上行走，開挖期間由于爆破影響，在后續混凝土施工或鋼襯施工前需重新對鋼軌進行修復，這套工法施工效率低，人工費用投入較高，并且存在較大的安全隱患，開挖質量很難控制。由于本工程在施工中均存在掉塊、地下滲水問題，不宜采用常規設備及工藝方法施工。

根據本工程的特點，斜井擴挖采用人工自上而下鉆爆開挖，根據深度不同擴挖采用兩種施工方法：0～30m 深度段開挖時，由于作業面距離平洞作業面較近，不能滿足擴挖臺車運行范圍，故施工人員利用錨桿爬梯下至井內擴挖爆破作業；擴挖進尺大于30m 后，進行擴挖臺車、載人運輸臺車及卷揚機提升系統安裝施工，斜井開挖采用將溜渣井靠近底板部位布置，開挖面垂直于斜井軸線，利用研制的多層鉆爆臺車手風鉆鉆孔、合理確定炮孔的孔深和間排距等爆破參數及網路設計，密布孔、加強裝藥，周邊孔光面控制爆破，有效地控制了爆破塊度，爆破產生的石渣絕大部分自動落入溜渣井中，實現了石渣的自處理，大大減少了扒渣工作量，提高了工作效率，加快了施工進度。

3 斜井擴挖施工提升系統布置

斜井導井施工完成后，斜井擴挖采用自上而下施工成井。為了滿足斜井擴挖時人員、材料井內運輸及工作面作業安全防護，井口布置提升系統，安裝礦用絞車、卷揚機、天輪導向進行提升。在上平臺設計位置安裝絞車、卷揚各自獨立的永久導向輪，導向輪固定在鋼平臺鋼架上。

斜井正向擴挖每條斜井布置兩臺臺車，一臺擴挖支護臺車，一臺載人運輸臺車。擴挖支護臺車設計為三層平臺結構，配置2 臺10t 同步卷揚機牽引，作業人員站在臺車平臺上進行鉆爆等施工作業。載人運輸臺車配置一臺90KN 雙筒絞車牽引。

4 斜井擴挖施工

4.1 擴挖施工方法

斜井擴挖采用人工自上而下鉆爆開挖，根據深度不同擴挖采用兩種施工方法：0～30m 段擴挖時，施工人員利用爬梯下至井內進行擴挖爆破作業；擴挖進尺大于30m 后，進行擴挖臺車、載人運輸臺車及提升系統（卷揚機、絞車）安裝施工。除前30m段外，開挖掌子面近似垂直于斜井軸線。

鉆爆施工時人員站在鉆爆臺車上進行鉆孔、裝藥等作業，采用YT-28 手風鉆鉆孔，在每一層臺車上負責鉆設一定數量的炮孔，鉆孔深度2.5m，循環進尺2.0m，Ⅱ、Ⅲ1 類圍巖每開挖五個循環支護一次，對于Ⅲ2、Ⅳ類圍巖開挖一層支護一層。

4.2 擴挖爆破設計

為減小導井堵井的幾率，擴挖循環進尺按2.0～2.5m 進行控制。鉆孔孔徑為Φ42mm，中間鉆設崩落孔，周邊鉆設光爆孔，崩落孔等間距布置，最小抵抗線與孔距之比控制在1.0～1.2 之間，光爆孔的孔距以（10～15）d 控制（d 為孔徑），擬采用50cm左右，最小抵抗線與孔距之比控制在1.0～1.3 之間。崩落孔采用Φ32mm 藥卷，裝藥系數取0.5～0.8；為保證光爆效果，周邊孔采用Φ32mm 藥卷，裝藥量不大于200g/m。炮孔堵塞長度一般在（0.7～1.0）抵抗線之間，且不小于50cm，堵塞材料選用黃泥和砂子的均勻混合料。爆破采用非電毫秒塑料導爆管串、并聯形成爆破網絡實現微差爆破，磁電雷管起爆。

4.3 質量過程控制

（1）測量放線。

施工過程中，每次鉆孔前均根據爆破設計參數布置孔位施工，周邊光爆孔逐孔放樣，并用紅油漆在掌子面上標示各施工鉆孔位置，測量員放樣結束后向開挖隊現場技術員進行交底，并提交書面放樣成果。

（2）鉆孔作業。

鉆孔實行“三定”制度，即定人、定機、定孔位施鉆，落實鉆孔責任人。炮孔采用YT-28 手風鉆進行鉆孔，嚴格按測量定出的開挖輪廓線和方向線進行造孔作業。鉆孔時采用測斜儀控制鉆孔的方向，每排炮由工程部質檢員按“平、直、齊”的要求進行檢查。

下斜井典型斷面擴挖爆破設計參數表

（3）裝藥、聯網、起爆。

根據監理工程師批準的鉆爆設計要求，由專業爆破工進行炮孔的裝藥、堵塞和聯網。爆破崩落孔藥卷直徑Φ32mm，連續裝藥；周邊孔采用竹片捆綁藥卷方式裝藥。所有周邊孔采用導爆索串聯，非電雷管延時起爆，孔口采用黃泥和砂子的均勻混合料堵塞，堵塞長度50cm，形成不連續裝藥，插藥入孔時將竹片靠洞室輪廓線一側，藥卷朝向最小抵抗線，裝藥嚴格遵守安全爆破操作規程。

4.4 爆破效果

引水斜井鉆孔等作業均在臺車上進行，有效保證了鉆孔的角度，從而開挖質量較好。經測量檢測引水上、下斜井開挖質量共檢測3501 個點，最大超挖為37cm，合格率90.2%以上，無欠挖，不平整度共檢測1597 個點，最大值為24cm，合格率為90.3%以上，半孔率90.1%以上。

5 結論

超長引水壓力斜井擴挖施工采用三層鉆爆臺車，實現了作業人員立體式多部位鉆爆作業，礦用大絞車雙繩牽引載人運輸臺車，布置限位、限載、限速、緊急制動、深度指示等多種安全保障措施，鉆孔支護過程中封口盤自動封閉，防止作業人員掉落至溜渣井中，確保人身安全。爆破過程中產生的石渣絕大部分落入溜渣井中，實現石渣的自處理，少量剩余的石渣，通過人工方式清理，扒渣工作量大大減少。此斜井開挖施工技術為首次成功應用并取得了階段性成果，也較大程度上提高了施工管理，保障了施工安全，對控制施工成本與施工工期帶來了可觀的效益，同時帶來了一定的社會效益，是一種安全實用且快速擴挖的斜井施工技術。金寨抽水蓄能電站四條斜井施工過程中無一例傷亡事故發生，為水電市場后期提供很好的借鑒作用。