陽蓄電站超深豎井開挖支護施工關鍵技術

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，是目前國內核準建設單機容量最大、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

如果按照規范允許偏差1%進行控制，反井鉆機導孔將偏出設計輪廓線，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備的損壞。

2.3 地質條件復雜，施工困難

豎井發育有多條斷層，最大斷層帶寬為5 m，且滲水現象較為突出，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。

2.4 作業空間狹窄，提升系統布置需要進一步優化

豎井開挖支護作業屬于有限作業空間，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，需要在提升系統通用性、防墜性能、防旋轉設計、可靠性及便于維護等多個方面進行優化提升。

3 關鍵技術

3.1 超深豎井導孔精準控制技術

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

表1 定向鉆機參數

定向隨鉆糾偏測斜技術原理包括2個：1）利用隨鉆測斜儀的脈沖發生器將探測的數值發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，通過捕捉孔底磁場發射器位置進行精準導孔。

利用2項技術綜合集成，確保定向孔的精確貫通，為后續反井鉆機反拉創造條件。

3.2 特硬巖體反井法施工關鍵技術

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，以確保擴孔時發生偏斜而出現卡鉆或鉆桿折斷的狀況。

根據井深、巖石強度及工作面的周邊環境，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。反井鉆機參數見表2。

3.3 新型提升系統的研發與應用

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

圖2 新型提升系統示意圖

圖3 新型提升系統示意圖

橫向輸送系統主要包括人員通道、材料水平運輸通道，采用鋼結構制作，平行布置于上彎段底拱位置。人員通道設置梯步，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置車檔，以防止材料運輸車傾覆。

豎直升降系統主要包括載物卷揚機、載人絞車、防墜卷揚機、防墜罐籠、載物吊籠及配套設施設備。其中載人絞車與防墜卷揚機設置在上平洞左側，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。防墜卷揚機設置鋼絲繩從罐籠兩側穿入，底部設置防墜器，達到防墜效果[1]。

平臺系統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構兩側。2層平臺相互獨立設置，減少了常規桁架立柱設置對提升系統的干擾，同時2層結構受力互不影響；2層平臺分別各自獨立設置鋼筋混凝土巖壁梁基礎，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，在巖壁梁下方設置扶壁柱鋼筋混凝土結構，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，平臺結構設置單層鋼板網封閉，并及時維護更換。桁架平臺如圖4所示。

新型提升系統提供了1種用于整個豎井施工過程中支持的平臺系統，解決了以往豎井施工過程中提升系統可靠性較差、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 一次提升設備

一次提升設備采用型鋼加工，現場組裝成型，采用高強螺栓連接各節點，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+一次擴挖提升設備作為提升系統，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，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 ‰，遠低于規范要求導孔精度（1%）標準。采用新型提升系統進行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，通過調研類似地下工程項目的施工管理經驗，參照其他行業的施工管理手段，融合創新，形成了定向隨鉆糾偏測斜技術+新型豎井提升系統，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的成功應用，提高了豎井貫通精度，為后續施工創造了良好條件，值得在深豎井中大力推廣。2）新型豎井提升系統的研發，提供了1個免于拆除、結構可靠、維護方便的豎井提升系統，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研究的方向。