陽蓄電站超深豎井開挖支護施工關(guān)鍵技術(shù)

鄧 鵬

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

1 工程概況

陽江抽水蓄能電站高壓隧洞主要由上平洞、上豎井、中平洞、下豎井及下平洞組成，水道承受的凈水頭800 m，動水頭1108 m，是目前國內(nèi)核準建設(shè)單機容量最大、靜水頭最高、埋深最大的蓄能電站。豎井如圖1所示。

圖1 豎井示意圖

其中上豎井總長382 m，下豎井總長385 m，均為花崗巖，開挖直接8.9 m/8.7 m，襯砌厚度0.6 m/0.5 m，襯砌后直徑7.5 m，采用正井法進行施工。豎井開挖支護的精準貫通、安全管控及防堵井等問題亟待解決。

2 工程施工存在的難題

2.1 豎井深度大，導井貫通精度要求高

如果按照規(guī)范允許偏差1%進行控制，反井鉆機導孔將偏出設(shè)計輪廓線，造成大量的超挖超填工程量，施工成本急劇增加，后續(xù)施工困難且安全風險非常高。

2.2 巖石強度高，反井鉆機受力大

巖性均為花崗巖，實測巖石強度平均為114 MPa，加之豎井深度大，反井鉆機在反拉過程中受力較大，極易造成鉆桿的斷裂或設(shè)備的損壞。

2.3 地質(zhì)條件復雜，施工困難

豎井發(fā)育有多條斷層，最大斷層帶寬為5 m，且滲水現(xiàn)象較為突出，在施工過程中容易造成卡鉆及導孔偏斜的影響，這給反井鉆機糾偏操控帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

2.4 作業(yè)空間狹窄，提升系統(tǒng)布置需要進一步優(yōu)化

豎井開挖支護作業(yè)屬于有限作業(yè)空間，施工通道布置、材料運輸困難。且豎井為90°彎管，提升系統(tǒng)布置需要兼顧開挖支護、襯砌、灌漿及抗侵蝕材料涂刷等多道工序，且豎井深度大，如何確保人員、材料運輸困難，需要在提升系統(tǒng)通用性、防墜性能、防旋轉(zhuǎn)設(shè)計、可靠性及便于維護等多個方面進行優(yōu)化提升。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 超深豎井導孔精準控制技術(shù)

通過不斷的研究及考察，結(jié)合礦山及石油行業(yè)鉆機特性，采用定向隨鉆糾偏測斜技術(shù)施工導井。定向鉆機參數(shù)見表1。

表1 定向鉆機參數(shù)

定向隨鉆糾偏測斜技術(shù)原理包括2個：1）利用隨鉆測斜儀的脈沖發(fā)生器將探測的數(shù)值發(fā)送至地面計算機進行編碼。2）距孔底約50 m時采用RMRS隨鉆測斜技術(shù)，通過捕捉孔底磁場發(fā)射器位置進行精準導孔。

利用2項技術(shù)綜合集成，確保定向孔的精確貫通，為后續(xù)反井鉆機反拉創(chuàng)造條件。

3.2 特硬巖體反井法施工關(guān)鍵技術(shù)

定向鉆機形成Φ219 mm導孔后，按直徑Φ295 mm進行擴孔。導孔擴大采取先慢后快的原則，以確保擴孔時發(fā)生偏斜而出現(xiàn)卡鉆或鉆桿折斷的狀況。

根據(jù)井深、巖石強度及工作面的周邊環(huán)境，可以選擇直徑為1.4 m、2.0 m、2.5 m的反井鉆頭，分別計算反井鉆機的受力情況及功效，計算相應(yīng)的工期、綜合費用，最終選擇鉆頭尺寸為1.4 m進行反拉。反井鉆機參數(shù)見表2。

3.3 新型提升系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

新型提升系統(tǒng)由橫向輸送系統(tǒng)、豎直升降系統(tǒng)以及平臺系統(tǒng)組成，并布置在永久襯砌外側(cè)，不占用襯砌空間也不侵入內(nèi)輪廓，后期可以免于拆除，同時也可以作為上彎段超挖區(qū)回填作業(yè)平臺及輔助安裝模板。在提升系統(tǒng)施工前，需要對上彎段進行技術(shù)性超挖，將平洞段掌子面延伸至豎井外側(cè)彎段開挖邊線，為了減少超挖超填工程量，可以在彎段部分設(shè)置降坡，坡度宜為8°～12°。新型提升系統(tǒng)如圖2和圖3所示。

圖2 新型提升系統(tǒng)示意圖

圖3 新型提升系統(tǒng)示意圖

橫向輸送系統(tǒng)主要包括人員通道、材料水平運輸通道，采用鋼結(jié)構(gòu)制作，平行布置于上彎段底拱位置。人員通道設(shè)置梯步，材料通道采用小型卷揚機配材料運輸車，末端與下桁架平臺連接并設(shè)置車檔，以防止材料運輸車傾覆。

豎直升降系統(tǒng)主要包括載物卷揚機、載人絞車、防墜卷揚機、防墜罐籠、載物吊籠及配套設(shè)施設(shè)備。其中載人絞車與防墜卷揚機設(shè)置在上平洞左側(cè)，配套使用。為了避免吊籠在提升過程中鋼絲繩纏繞，采用2根防纏繞鋼絲繩交叉穿束與絞車同時提升，避免罐籠提升過程中鋼絲繩旋轉(zhuǎn)。防墜卷揚機設(shè)置鋼絲繩從罐籠兩側(cè)穿入，底部設(shè)置防墜器，達到防墜效果[1]。

平臺系統(tǒng)包括上桁架平臺和下桁架平臺，上桁架平臺和下桁架平臺分別各自獨立支撐固定于豎井段上方、彎管段外輪廓線擴挖部分的混凝土結(jié)構(gòu)兩側(cè)。2層平臺相互獨立設(shè)置，減少了常規(guī)桁架立柱設(shè)置對提升系統(tǒng)的干擾，同時2層結(jié)構(gòu)受力互不影響；2層平臺分別各自獨立設(shè)置鋼筋混凝土巖壁梁基礎(chǔ)，利用預埋在混凝土表面的鋼板與鋼桁架橫向H型鋼焊接連接固定，提高了桁架受力穩(wěn)定性、可靠性及維護簡易性；針對上桁架平臺，為了提高受力條件，在巖壁梁下方設(shè)置扶壁柱鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，強化巖壁梁承載能力。另外，為了確保豎井通風及下桁架平臺通行功能，平臺結(jié)構(gòu)設(shè)置單層鋼板網(wǎng)封閉，并及時維護更換。桁架平臺如圖4所示。

新型提升系統(tǒng)提供了1種用于整個豎井施工過程中支持的平臺系統(tǒng)，解決了以往豎井施工過程中提升系統(tǒng)可靠性較差、安全風險高、多次改造及需要拆除等一系列問題，擴展了平臺的綜合功能、提高了提升荷載能力，增強了平臺系統(tǒng)的通用性、可靠性[2]。

圖4 桁架平臺

4 主要施工方法

4.1 溜渣通道開挖施工

4.1.1 一次提升設(shè)備

一次提升設(shè)備采用型鋼加工，現(xiàn)場組裝成型，采用高強螺栓連接各節(jié)點，如圖5所示。

圖5 一次提升平臺

4.1.2 溜渣通道開挖施工

以絞車+一次擴挖提升設(shè)備作為提升系統(tǒng)，懸掛吊籠作為開挖施工平臺。采用改制后的手風鉆自下而上施工水平輻射孔，一次施工完畢。造孔完成后，自下而上分段裝藥爆破，一次爆破長度約8 m～10 m，以形成直徑3.0 m的溜渣通道。

4.2 全斷面開挖

采用新型提升系統(tǒng)，豎井擴挖自上而下，人工扒渣通過溜渣通道至下彎段。豎井周邊孔采用采用光面爆破成型，周邊孔孔深3.0 m，崩落孔孔深3.5 m，單耗藥量控制在0.4 kg/m3～0.5 kg/m3。

5 工程實效

該工程采用定向隨鉆糾偏測斜技術(shù)進行導孔施工，日平均進尺10.0 m，上豎井貫通偏差0.33 m，下豎井貫通偏差0.27 m，最終導孔貫通精度0.8 ‰，遠低于規(guī)范要求導孔精度（1%）標準。采用新型提升系統(tǒng)進行1.4 m直徑導井施工，日平均進尺11 m，全斷面正向開挖未發(fā)生堵井事件，日平均開挖進尺3.0 m。施工過程中安全可控，達到了預期效果。

6 結(jié)論

陽江抽水蓄能電站高壓隧洞上豎井總長為382 m，下豎井總長為385 m，豎井開挖支護的精準貫通、安全管控及防堵井是工程面臨的重大難題，對項目管理者是1個重大挑戰(zhàn)，通過調(diào)研類似地下工程項目的施工管理經(jīng)驗，參照其他行業(yè)的施工管理手段，融合創(chuàng)新，形成了定向隨鉆糾偏測斜技術(shù)+新型豎井提升系統(tǒng)，在開挖時采用微差控制爆破手段，達到了項目管理目標。1）定向隨鉆糾偏測斜技術(shù)的成功應(yīng)用，提高了豎井貫通精度，為后續(xù)施工創(chuàng)造了良好條件，值得在深豎井中大力推廣。2）新型豎井提升系統(tǒng)的研發(fā)，提供了1個免于拆除、結(jié)構(gòu)可靠、維護方便的豎井提升系統(tǒng)，且通用性強，施工簡便，安全可靠。3）目前超深豎井反井鉆機擴孔直徑主要受機械設(shè)備性能影響，擴孔直徑多集中在1.4 m～2.0 m，無法滿足超深豎井導井施工完成后直接溜渣的要求，如何提升反井鉆機的性能是后續(xù)研究的方向。