特大斷面調壓豎井施工技術研究

陳光國

中國葛洲壩集團第二工程有限公司, 四川 成都 610091

0 引言

特大斷面豎井開挖以往施工常采用正、反井法相結合的施工技術,即先采用反井鉆機施工形成溜渣井,然后采用正井法[1]再分2次擴挖。本文依托句容抽水蓄能電站特大斷面調壓井施工背景,結合以往施工工藝技術,進一步優化,在正井法擴挖時保留反井施工形成的小斷面溜渣井,采用分區錯臺階全斷面一次擴挖施工技術,解決了特大斷面豎井開挖施工安全風險大、施工進度慢、施工成本高的難題。

1 工程概況

句容抽水蓄能電站為一等大(1)型工程,工程主要由上水庫、下水庫和地下輸水發電系統等組成。引水調壓室布置在引水上平洞末端,3條引水隧洞分別對應布置3個調壓室,調壓室采用阻抗式,由大井和阻抗孔組成。1#～3#調壓室大井Ⅲ類圍巖開挖直徑為20.1 m,Ⅳ～Ⅴ類圍巖開挖直徑為20.3 m,井壁系統掛網噴C30混凝土,系統錨桿為直徑28 mm、長度12/9 m間隔布置,Ⅳ圍巖采用錨噴和18 cm×18 cm鋼格柵支護,Ⅴ類圍巖采用錨噴鋼格柵和超前小導管支護。1#和2#調壓室阻抗孔開挖直徑為7.1 m,3#調壓室阻抗孔開挖直徑為5.8 m,阻抗孔隨機掛網噴C25混凝土,井壁系統錨桿直徑為22 mm、長度為3 m。

引水調壓室項目特性見表1。

表1 引水調壓室項目特性 單位:m

調壓室圍巖為寒武系觀音臺群(∈2-3gn-3),下段厚層含燧石結核或燧石條帶白云巖夾泥質、灰質白云巖,微風化,巖體較完整～完整。3#調壓室巖層層面節理傾角30°～40°,緩傾上游,順層面發育2條溶蝕寬縫,黏土或方解石充填。f103斷層與3條引水洞線正交,產狀為N 50°W,NE∠60°～65°,寬0.6 m,見角礫巖、碎塊巖,后期閃長玢巖脈侵入充填,陡傾下游,從1#調壓井中部及2#井底部通過,剖面上與井壁交角較小,與層面節理組合,1#井上游井壁上部及2#井上游側井壁下部圍巖穩定性差。2#引水調壓室下井出露f110斷層,與f103及層面節理組合,下游井壁圍巖穩定性差。調壓室處于地下水位以上,圍巖以Ⅲ1～Ⅲ2類為主,在斷層帶及溶洞發育段為Ⅳ～Ⅴ類。

2 存在的主要問題及優化方案

現階段豎井施工存在的主要問題包括增加臨時支護和長時間在井下作業造成施工成本居高不下。以往的施工技術需進行2次擴挖,特別是第1次擴挖溜渣井,為保證井壁安全穩定往往采用玻璃纖維錨桿[2]和噴混凝土技術進行臨時支護。而采用分區錯臺階全斷面一次擴挖施工技術,可充分解決之前施工中存在的問題。

3 總體施工程序

調壓室開挖支護施工分2個階段,調壓室平臺及引水上平洞開挖支護完成后進行反井施工形成? 2.4 m的導井,然后再采用正井法擴挖成形,支護跟進施工。調壓室大井擴挖采用正井法分兩區錯臺階全斷面一次擴挖成形施工技術,擴挖循環進尺為2.0 m。

反井施工完成后進行調壓室大井首層擴挖和井口圈梁開挖,然后施工鎖口錨桿和澆筑圈梁混凝土,待圈梁混凝土強度滿足設計要求后,繼續擴挖調壓室。由于調壓室大井開挖直徑為20.1 m,開挖斷面大,擬分2區擴挖,第Ⅰ區擴挖圓環半徑為4.5 m,開挖面積為97.5 m2;第Ⅱ區擴挖圓環半徑為4.35 m,開挖面積為215.13 m2,錨噴支護施工跟進。采用HC726型履帶鉆造孔,周邊光面爆,井內扒渣采用人工配合PC56型反鏟施工,井下采用2.3 m3側卸裝載機配合20 t自卸汽車出渣,運往指定地點。

大井擴挖施工垂直運輸主要采用(10+3) t龍門吊,施工人員由3 t吊鉤配合吊籠進出工作面,施工設備及材料由10 t吊鉤配合吊盤轉運。其中,調壓井前20 m擴挖所需的材料設備垂直運輸采用25 t汽車吊,施工作業人員上下采用鋼爬梯。

調壓室開挖支護施工流程如圖1所示。

圖1 調壓室開挖支護施工流程

4 反井施工[3]

采用ZFY3.5/150/500型反井鉆機施工,先進行正向? 295 mm導孔鉆進,再進行? 2 400 mm導井反拉施工。鉆機就位后采用鉛垂測量法調整鉆機與地面的垂直度,導孔位置經測量確認無誤后進行鉆機與鋼梁的固定,完成鉆機調試工作,最后安裝泥漿系統和冷卻系。導孔鉆穿后,用裝載機將擴孔鉆頭和導孔鉆頭拆卸工具運到下平洞井底位置,井口上下配合拆下導孔鉆頭。為防止先導孔孔壁因擾動而塌落巖塊,造成穩定鉆具的堵塞等事故,需要將孔內穩定鉆具全部提出,只保留擴孔鉆頭上部1或2根穩定鉆具即可,然后安上擴孔鉆頭。經計算,反井反拉施工時,每米產生石渣量約為7.23 m3,根據下平洞的可利用空間確定擴孔反拉循環進尺,為防止堵孔,完成每次循環進尺后,應停鉆出渣。

5 圈梁施工

圈梁開挖隨豎井第1層擴挖完成后進行,開挖及支護完成并經驗收合格后,進行倉面清理工作,應清除基巖上的松動巖塊、泥雜物,沖洗干凈基巖面,排凈積水,在混凝土澆筑前應保持基巖面清潔。混凝土施工模板采用P3015、P1015拼裝,局部采用木模板補縫。大井圈梁混凝土從坡腳起澆筑,兩側對稱進行,采用9 m3混凝土攪拌車運至現場,反鏟配合入倉,使用? 50 mm插入式振搗器振搗。阻抗井圈梁由9 m3混凝土攪拌車運至現場,井口龍門吊配合澆筑。

6 大井擴挖施工

6.1 開挖方式

大井擴挖采用光面爆破技術,光面孔采用YT-28型手風鉆造孔,孔徑? 42 mm,主爆孔采用HC726型履帶鉆造孔,孔徑? 56 mm。大井擴挖前20 m范圍內鉆機等工具通過25 t汽車配合吊盤吊運至作業面,施工人員通過井壁爬梯進入作業面。井口龍門吊安裝完成后,垂直運輸通過吊盤運送,施工人員由提升系統配專用吊籠運至作業面。

每次循環造孔完成經檢查合格后,進行裝藥爆破。裝藥時,按照爆破設計要求嚴格控制炮孔裝藥量。爆破完成后由專職安全員對作業面進行全面檢查,再由鉆孔人員采用鉆桿對邊墻上殘留的小塊危石及碎塊進行清除。采用人工配合PC56反鏟施工扒渣,扒完渣蓋好井蓋,方可通知井下進行出渣。采用2.3 m3側卸裝載機配合20 t自卸汽車在豎井底部引水上平段內裝渣,有用料運至中轉渣場,無用料運至上庫棄渣場豎井擴挖方法如圖2、圖3所示。

圖2 反井擴挖示意圖

單位:m

6.2 爆破參數設計

Ⅰ區開挖圓環直徑為4.5 m,設計4排主爆孔,孔距100 cm,排距90 cm,孔深2.1 m,共87個孔,鉆孔直徑均為56 mm,藥卷直徑32 mm,單孔裝藥量分別為1.0 kg,不耦合連續裝藥,最大單響30 kg。光面孔共72個,孔距50 cm,鉆孔深度2.1 m,鉆孔直徑42 mm,藥卷直徑25 mm,不耦合間隔裝藥,單孔裝藥量0.3 kg,最大單響21.6 kg。

調壓室Ⅱ區開挖圓環直徑4.35 m,設計4排主爆孔,孔距100 cm,排距90 cm,孔深2.1 m,共201個孔,單孔裝藥量分別為1.0 kg,不耦合連續裝藥,最大單響29.5 kg。光面孔共126個,孔距50 cm,鉆孔深度2.1 m,藥卷直徑25 mm,不耦合間隔裝藥,單孔裝藥量0.3 kg,最大單響18.9 kg。

6.3 支護施工

調壓井系統錨桿為直徑28 mm、長度12/9 m,垂直井壁入巖10.8/7.8 m,間排距2.0 m梅花形間隔布置;Ⅳ圍巖采用錨噴和18 cm×18 cm鋼格柵支護;Ⅴ類圍巖采用錨噴鋼格柵和超前小導管支護;施工材料和設備通過龍門吊運至開挖工作面,按“開挖一循環、支護一循環”的原則進行。

7 結束語

句容抽水蓄能電站引水系統特大斷面調壓井采用分區錯臺階全斷面一次擴挖施工這一新型豎井開挖技術,有著諸多優點,如無需進行二次擴挖溜渣井,增大工作面空間,提高了豎井開挖施工機械化程度,降低了安全風險,加快了施工進度,但也有其不可避免的缺點存在,例如不能較好地控制爆破粒徑。為了確保炮渣能順利通過溜渣井,不發生堵井,須結合地質條件嚴格控制爆破參數,以便達到預期效果。