黃家灣首部樞紐工程引水發電洞豎井段反井鉆機施工技術研究

劉國中

(貴州省水利投資集團有限責任公司，貴陽 550001)

0 引 言

黃家灣首部樞紐工程引水發電洞豎井段開挖總高度39.9m，開挖斷面為φ6.6m圓型井，襯砌成型直徑為?5.0m，由于豎井高度高，直徑大，需要采取非常規施工方法進行施工，保證施工安全。

1 工程概況

黃家灣首部樞紐工程規模為大(2)型，主要樞紐建筑物有擋水大壩、左岸溢洪道、左岸導流兼泄洪放空隧洞、大地頭沖溝副壩、右岸壩后電站工程等。引水發電洞豎井段設置于引0+147.43-引0+154.03m樁號段。洞室圍巖為三疊系中統邊陽組第二段的砂、泥巖，主要呈微風化狀態，節理裂隙發育，巖體完整性較差，主要為互層狀結構，地下水位比洞室高0-32m，地下水活動中等至較強烈，巖層走向與洞向交角50-80°，巖層倒轉，傾角50°左右，豎井段為Ⅳ類圍巖。上平段底板高程為1024.2m，下平段洞頂高程984.3m，開挖總高度39.9m，其中豎井段高度26.5m，其他余為上下轉彎斷，轉彎半徑10m。設計開挖為?6.6m圓型井，襯砌成型直徑為5.0m。

2 施工工藝技術

設計開挖為?6.6m圓型井，襯砌成型直徑為?5.0m。豎井開挖首先反井鉆機開挖溜渣井，溜渣井開挖成?2.0m直徑圓形井，用于溜送豎井擴挖時的石渣到下平段上，再用裝載機進行出渣，用人工鉆孔爆破的方式擴挖到設計斷面后，進行豎井鋼筋混凝土襯砌。

2.1 開挖溜渣井

溜渣井開挖采用LM-200型反井鉆機，轉機由主機、操作車、泵車組成。鉆孔最深度為200m。其施工特點有：①施工工藝簡單；②各種地質條件均能滿足施工要求；③施工人員配置少；④施工效益高，成井速度快。施工工藝流程如下(見圖1)：

2.1.1 反井鉆機布置安裝

鉆機基礎清至完整的基巖，澆筑厚75cm、強度為C20混凝土基礎，預留機架固定螺栓、前拉桿螺栓槽。鉆機基礎混凝土澆筑7d后，將輕型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)或20#工字鋼，每隔60-80cm墊一根，然后將鉆機從洞外拆解后分散搬運至洞內，再拼裝到軌道上，調好鉆機位置，鎖緊卡軌器，豎起鉆架，安裝后拉桿，調平鉆機。

圖1 反井鉆機工藝流程圖

2.1.2 反井鉆機鉆溜渣井施工

1)導孔施工

鉆機調平后，調整動力水龍頭的轉速為預定值，并將動力水龍頭升到最高位置、把事先與異型鉆桿相接的導孔鉆頭移入鉆架底孔并用下卡瓦卡住異型鉆桿的下方卡位，然后將卡瓦放入卡座；用轉盤吊將開孔鉆桿放入機械手，卡住鉆桿，操作機械手，連接鉆桿，接好鉆桿后，收回機械手；上升動力水龍頭，取出下卡瓦，下放動力水龍頭，使鉆桿進入卡座；操作手柄使動力水龍頭正轉并向下推進，操作調節閥達到鉆進壓力，開始開孔鉆進的同時開啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水。

動力水龍頭向下推進至最低位置時，停止向下推進，檢查棘輪套的插銷是否往上頂出來，如果插銷被頂出來，說明孔內石渣沒有沖洗干凈，繼續沖洗至插銷回到原位。導孔沖洗干凈后，提升動力水龍頭，使鉆桿上卡位升至卡座上方約20cm，停止動力水龍頭的轉動和提升，將下卡瓦卡住鉆桿的上方卡位，下降動力水龍頭將卡瓦放入卡座，動力水龍頭反轉，邊轉邊提升動力水龍頭至最高位置；同時用轉盤吊將待接鉆桿放入機械手，卡住鉆桿，操作機械手，連接鉆桿，下降動力水龍頭接好鉆桿，收回機械手；上升動力水龍頭，取出下卡瓦，再下降動力水龍頭向下鉆進。

2)?2.0m擴孔鉆進

導孔鉆通后，在下平洞用卸扣器將導孔鉆頭和異型鉆桿換下，修平平洞頂拱擴孔鉆進范圍，用裝載機將鉆頭運至導孔下方，將上下提吊塊分別同鉆頭、導孔鉆桿固定，上下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導孔鉆桿，使鉆頭離開地面約20cm，然后固定鉆頭，下放導孔鉆桿，拆去上下提吊塊，連接擴孔鉆頭；調節動力水龍頭出軸轉速調為慢速擋；用一個三通將冷卻水泵的水分出一部分供擴孔鉆頭，以冷卻鉆頭、消塵；在擴孔鉆頭未全進入鉆孔時，為防止鉆頭劇烈晃動而損壞刀具，應使用低鉆壓、低轉速，待鉆頭全部鉆進時，方可加壓鉆進。

3)拆卸鉆桿

擴孔完成后拆卸鉆桿，在卸鉆桿過程中，鉆桿接頭無法松動時，使用輔助卸扣輔助動力水龍頭反轉，如果使用輔助卸扣裝置也不能松動接頭時，則在待松動的接頭四周用氧焊烘烤，邊烘烤邊反轉動力水龍頭直至松動為止。如果使用氧焊烘烤還是不能松動接頭時，則在第一根鉆桿的下邊緣用鋼鋸鋸除2-3mm，再反轉動力水龍頭松動接。

2.2 豎井擴挖

豎井的擴挖采用人工鉆孔爆破擴挖到設計斷面。豎井的擴挖需在溜渣井施工完成，下平段開挖與溜渣井相接后才能實施，豎井擴挖采用人工鉆孔爆破開挖，爆破石渣經溜渣井溜到下平段后，再用裝載機鏟運出渣。為便于溜渣，擴挖工作面布置成漏斗階梯狀。

2.2.1 造孔

造孔采用YT-28型氣腿式風鉆造孔，孔徑42mm，周邊孔必須在測定出的輪廓線上開孔，孔間間距偏差≤5cm，其它爆破孔位偏差≤10cm。每輪鉆孔深度3m，鉆孔布置如圖2。

圖2 發電引水隧洞豎井爆破布孔圖

2.2.2 裝藥、聯網、起爆

鉆孔驗收合格后，由爆破人員按爆破設計，操作規程進行裝藥、堵塞，使用黏土對炮孔進行堵塞，并用炮棍輕輕搗實，裝藥、堵塞完成后，按設計聯網，爆破網路要處于松弛狀態，聯網結束后，要檢查復核整個網絡，避免漏裝漏聯，爆破前進行清場警戒，施工人員撤離警戒區，機械設備做好安全防護，確認一切準備工作完畢后，由爆破人員起爆。爆破參數見表1。

2.2.3 安全處理及出渣

待煙塵消散后，爆破人員進入作業面檢查，發現盲炮及時處理，處理完畢后，人工清除危石，確認安全后，進行出渣作業。石渣經溜渣井溜到下平段，再用裝載機鏟運出渣。在出渣的過程中對開挖成型的豎井壁進行噴錨支護，支護完成后，再進行下一循環的開挖。

表1 爆破參數表

2.2.4 不良地質帶、探洞、探坑等的開挖

對于破碎帶開挖，采用人工配合風鎬挖除，人工清渣，井壁范圍內的溶洞、探洞、探坑，用人工配合風鎬清除充填巖塊、浮渣、積水以及污物等，并用高壓風水槍沖洗干凈，對開挖處理后的破碎帶、溶洞、探坑洞等驗收合格后，根據設計要求進行回填處理。

在豎井開挖過程中遇到局部的溶洞和土洞，對于洞口深度<1m的土洞，采取清除充填物后，打設錨桿，錨桿錨固段進入完整巖體3m，且全長≥6m，錨桿間距3m。雙層鋼筋網掛網噴護，混凝土噴層厚度200mm，鋼筋網采用HPB300￠8，間距200×200mm，向洞口周邊延伸3m。對直徑<1m的洞穴，采用灌注水泥砂漿及混凝土的方式，再掛網噴射混凝土進行加固處理。

在豎井開挖過程中遇見斷裂帶和寬大裂隙不良地質，采取清除松動、軟弱充填物后，間隔設置預應力錨桿和型鋼腰梁，與周邊完整巖石連接，噴射混凝土護面，兩側5m范圍內巖石中打設6m的巖石錨桿，錨桿直徑25mm。破碎帶、裂隙帶中設置泄水孔，防止形成滯水。

3 結 論

黃家灣首部樞紐工程引水發電洞豎井段開挖總高度39.9m，其中豎井段高度26.5m，其余為上下轉彎斷，開挖斷面為?6.6m圓型井，襯砌成型直徑為?5.0m，施工難度大。通過采用LM-200型反井鉆機開挖溜渣井，再用人工鉆孔爆破的方式擴挖到設計斷面，針對不良地質帶、探洞、探坑等的開挖，采取人工特殊處理，提高了施工效率，保證了工程質量及施工安全。