正反向結合開挖深豎井施工技術

許東升

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

一、工程概況

古瓦水電站調(diào)壓井豎井為埋藏式豎井，主要由穹頂和井筒組成，穹頂上部為球冠型，開挖高度為15.20m；豎井為圓柱形，開挖深度為131.2m、直徑為14.20～15.20m。由于豎井深度較大，使用大直徑、大扭矩的反井鉆機開挖溜渣導井存在鉆桿被扭斷的風險，而使用小直徑、小扭矩的反井鉆機開挖出的導井又存在溜渣堵塞的風險，所以要選擇合理的方法保證豎井的順利施工。

二、施工過程中的關鍵技術

（一）在豎井井口位置安裝吊運設施，吊運設施既要滿足豎向運輸又要滿足水平運輸。

（二）在導井擴挖前，先對其進行初步支護。制作一個能夠自動分料、支護的設施完成導井初步支護，降低人在員井內(nèi)操作的風險。

（三）導井擴挖時，自下而上進行到井擴挖，沿井壁自井口部位向下斜向鉆孔，整條豎井全部鉆孔完成后再進行爆破作業(yè)；爆破作業(yè)由導井底部開始，逐層向上爆破。

（四）導井擴挖完成后，自上而下進行井筒擴挖；井筒擴挖時采取防止升降鋼絲繩纏繞的措施以完成吊運作業(yè)。

（五）施工過程中經(jīng)過正向鉆中導孔、反向鉆溜渣導井、反向支護導井、正向鉆擴挖孔、反向爆破擴挖導井、正向擴挖支護豎井井筒等正反向多次結合的程序，將豎井開挖支護完成。

三、實施措施

（一）實施流程

反井鉆機開挖導井→豎井井口安裝吊運設施→導井初步支護→導井擴挖→安裝吊運設施的防止鋼絲繩纏繞裝置→豎井井筒擴挖。

（二）施工工藝

1.反井鉆機開挖導井

由于導井深度較大，使用大直徑、大扭力的反井鉆機開挖導井存在鉆桿扭斷的風險，所以需要使用小直徑、小扭力的反井鉆機進行開挖。可選擇直徑D=1.4m 的反井鉆機，D=216mm 鉆桿。

2.豎井井口吊運設施

（1）吊運設備組成

吊運設備按最大吊重為小反鏟（6t），為保證安全吊運設施按12t 設計。吊運設施由八個主要部分組成：①單輪滑車；②3t 單輪滑車；③10t 滑車（2*2）；④Φ40mm鋼絲繩；⑤Φ16mm 鋼絲繩；⑥升降卷揚機；⑦平移卷揚機；⑧龍門架。卷揚機安裝位置在井口外側，距調(diào)壓井口10m 左右，基礎高程為井口高程。

（2）吊運設備工作原理

下放吊籃時，吊籃在上室1 井口處起吊，通過平移卷揚機拉動平向行走滑輪在承重鋼絲繩上行走，到達豎井中軸線位置；再通過升降卷揚機下放吊籃至井底工作面；提升吊籃時運行程序相反。該吊運設備既可以豎向運輸又可以平向運輸，滿足施工要求。

吊運設備具體情況見圖1。

圖1 吊運設備及防纏繞裝置示意圖

（3）吊運設備受力計算

吊運設施安裝之前要對其龍門架橫梁、龍門架立柱受力、承重鋼絲繩、升降鋼絲繩等分別進行受力計算，確保吊運設施設計可靠。吊運設施安裝完成后要經(jīng)過試運行方可投產(chǎn)。

（4）安裝施工

吊裝設備采用現(xiàn)場組裝，先固定承重鋼絲繩，然后安裝卷揚機、滑車，最后安裝起升鋼絲繩和牽引鋼絲繩。吊運設施安裝完成后要經(jīng)試運行合格后方可用于施工。

3.導井初步支護

使用鋼板制作一個圓錐形分料盤，分料盤尖端設置吊環(huán)，底部設置抹光圈，抹光圈以上安裝四個行走輪，行走輪緊貼井壁行走，既能保證分料盤正在井內(nèi)順利提升，又可以支撐分料盤防止其偏移。

支護時，使用吊運設施將分料盤吊運至導井井底，利用Φ108 溜管將水泥砂漿輸送至分料盤上，同時提升分料盤，分料盤自動將水泥砂漿均勻的抹光在導井井壁上，厚度為3cm。分料盤工作示意圖如圖2。

圖2 分料盤工作示意圖

水泥砂漿的配合比要經(jīng)過試驗確定，既要保證溜管不堵塞，又要保證砂漿能夠穩(wěn)定粘結在井壁上。分料盤提升速度要結合溜管輸送砂漿速度，保持分料盤上有30cm 深度的砂漿，使支護砂漿可以連續(xù)不中斷。

4.溜渣導井擴挖

溜渣導井直徑為D=1.4m，斷面較小，在溜渣過程中存在堵塞的風險，所以對導井進行擴挖，增大其溜渣斷面以滿足溜渣。

（1）吊籃安裝施工

吊籃為直徑為D=1.2m 的雙層吊籃，使用Φ16 鋼筋及厚度δ=1.5cm 鋼板制作而成，頂部設置吊環(huán)，由吊運設施提升，并設置防墜裝置。

（2）導井擴挖鉆孔

導井直徑由1.4m 擴挖至3.0m，以保證能夠順利溜渣。使用YT-28 鉆機斜向下鉆孔，鉆孔角度與水平呈30°夾角，鉆孔深度1.0m，孔徑Φ42，每0.6m鉆一環(huán)孔，每環(huán)鉆孔8 個。自井口沿井壁向下鉆孔，整條導井全部鉆孔完成后再進行爆破作業(yè)。

（3）導井擴挖爆破作業(yè)

爆破作業(yè)由導井底部開始，逐層向上爆破，每層爆破長度不得超過20m。爆破渣體溜向導井底部，自導井底部出渣。本次與開挖輪廓線尚有較大距離，所以不需考慮光面效果；導井是自下而上爆破擴挖，擴挖完成段不會有人員進入，所以也無需再考慮安全支護。

導井擴挖施工示意圖見圖3。

圖3 調(diào)壓井溜渣導井擴挖施工示意圖

5.升降鋼絲繩防纏繞裝置安裝

為保證在深豎井吊運過程中升降鋼絲繩不發(fā)生纏繞，需要增加一套防纏繞裝置，參見圖1。

（1）防纏繞裝置安裝方式

沿豎井軸線方向在井壁兩側各安裝一根帶豁口的鋼管作為滑軌，鋼管豁口方向正對豎井中心，鋼管無豁口側與井壁連接牢固。井內(nèi)滑軌必須豎直，隨豎井開挖深度增加而向下延伸，滑軌底部設置活動式擋板。在滑軌井口處要彎出15cm，轉彎處做成圓弧形，彎出的滑軌豁口方向向上，無豁口側與井口平面連接牢固。井口處滑軌示意圖見圖4。

圖4 井口處滑軌示意圖

選擇兩個拉力大小合適的彈簧，彈簧兩端連接鋼絲繩，一端的鋼絲繩尾部連接一個拉鉤，另一端鋼絲繩的尾部連接一個鋼球，鋼球大小應能夠在豁口鋼管內(nèi)自由滑動但不會被拉出鋼管的豁口為宜，該組合體作為防纏繞裝置的拉線。拉線示意圖見圖5。

圖5 拉線示意圖

在拉線上距鋼球1m 左右部位綁扎一軟繩，軟繩不少于20m 長。

（2）防纏繞裝置工作原理

拉線拉鉤與吊籃底部拉環(huán)連接，拉線的鋼球鑲嵌在豁口鋼管制作的滑軌內(nèi)。吊籃提升或下放時，拉線與水平方向會呈一定夾角，拉動鋼球在滑軌內(nèi)移動，拉線在吊籃提升或下放的全過程對稱受力，使吊籃不會平向轉動，從而保證升降鋼絲繩不發(fā)生纏繞。

1）當?shù)趸@在井底準備起吊時，井下人員檢查拉線的鋼球要鑲嵌在滑軌內(nèi)、活動式擋板已擋在滑軌下口。

2）當?shù)趸@提升至井口時，拉線的鋼球到達鋼軌井口轉彎處，此時井口兩側工作人員使用鐵鉤將拉線上的軟繩勾起，一手拉近軟繩，一手將拉線的鋼球自滑軌內(nèi)取出。之后，開動平移卷揚機使吊籃向上室1 方向平移，上室2 的人員松開拉線，隨吊籃的遠離緩慢松放軟繩，此時拉線隨吊籃遠離自己，但軟繩控制在自己手里；同時上室1 的人員松開拉線，隨吊籃的靠近緩慢收緊軟繩，直至吊籃平移至上室1 井口處，兩側的人員固定軟繩，之后離開。

3）當?shù)趸@準備下放時，將工作人員將鋼球鑲嵌在滑軌轉彎處，程序與2）相反。

6.豎井井筒擴挖支護

調(diào)壓井溜渣導井擴挖完成后，導井直徑達到3.0m，將井筒自上而下擴挖成型，井筒擴挖面要呈漏斗狀，方便溜渣，對于無法自然溜渣的石渣由人工扒除。每開挖完成一個循環(huán)及時按設計圖紙進行支護。

四、結語

深豎井施工相對一般豎井施工難度更大、安全風險更高、存在問題更多，為滿足深豎井施工安全、施工進度，本文提出“正反向結合法”開挖深豎井的施工管理思路，能夠對類似工程提供有益的經(jīng)驗。