水电工程技术地下工程 蒲石河抽水蓄能电站引水斜井开挖施工技术 秦仲一 曾荣 张文辉 李长实 摘要：蒲石河电站斜井选用先反井钻导井，再分次正井扩挖的施工方式，为类似斜井工程施 工提供技术参考。 关键词：蒲石河 长斜井反井钻 导井 开挖技术 １工程概况 ｂ．可全断面直接由上至下贯通，不需导井施工。 正井钻爆法施工缺点： 蒲石河抽水蓄能电站引水系统包括两条引水 ａ．出渣施工由上部吊运，井内无法布置效率高 斜井ｆｌ 、２ ），开挖断面为圆形，开挖直径９．３ｍ。主 的机械设备，且斜井断面面积大，因此出渣工序的 要包括斜井的上弯段、下弯段、斜井段的开挖施 效率非常低，不能保证斜井施工进度。 工。１ 引水斜洞段与水平面夹角为５５。４６ ｌ１”，上弯 ｂ．由于斜井施工高度过大，没有形成施工通风 段及下弯段均为空间转弯，与２ 引水斜井水平夹角 的回路，施工通风困难。 ７０２８＂４０．９”，洞长为３７５．３９ｍ，洞轴线落差为３２６．４ｍ： ｃ．山渣需由上部吊装，及井口二次倒运，且运距 ２ 引水斜洞段与水平面夹角为５５。０＂０”，上弯段、下 较远，施工费用高。 弯段为立面转弯，斜洞长为３７４．４６ｍ，洞轴线落差为 ｄ．长时间井下作业，施工安全难以保障。 ３２６．４６ｍ。两条引水斜洞除１ 引水斜井有一条ｆｗ （２）反井钻机成导井再钻爆扩挖法 断层出露外，其余部位围岩主要以Ⅱ Ⅲ类围岩为 反井钻机施工形成导井再正井钻爆扩挖法施 主，在１８６ｍ高程布置一条贯穿两斜洞的６ 施工支 工优点： 洞。 ａ．导井贯通后形成自然通风回路，通风条件好。 ２施工重点、难点 ｂ．出渣渣料由导井溜下，从下部通道运出，较为 方便且施工效率高，施工进度能够得到保障。 （１）由于斜井较长，断面较大，其施工方案的选 反井钻机施工形成导井再正井钻爆扩挖法施 择，则是本工程的重点。 工缺点： ｆ２）３ ｌ水斜井岩石为硬岩，施钻较长，反井钻机 ａ．对于小于６０。的斜井采用反井钻机开挖导井， 在施工中的偏斜率控制很难。 偏斜率比较难控制。 （３）反井钻机施工形成为 １．４ｍ导井，不能满足 ｃ．受下部施工通道开挖及支护施工制约，在其 大直径斜井正井开挖时的｝留渣条件，容易造成堵 未贯通之前无法开挖导井。 井，且处理困难。 ｄ．导井溜渣可能发生堵井，堵井处理较困难。 ｆ４）斜井：开挖施工过程中，其安全风险较大。 ｅ．施工成本高。 ３施工方案的选择 ｆ３）爬罐钻爆法 爬罐施工形成导井再正井钻爆扩挖法施工优 斜井开挖施工较实用的方式有正井钻爆法、反 点： 井钻施工形成导井再正井扩挖法、爬罐施工形成导 ａ．导井从下往上掘进，石碴从下部运出，出渣容 井再正井钻爆扩挖法３种施工方案。 易。 ｆ１）ｔ井钻爆法 ｂ．爬罐沿轨道上下，使工作人员能很快抵达工 正井钻爆法施工优点： 作面。 ａ．不受下平段施工约束，上部施工面具备条件， １３．爬罐可固定在工作面前的轨道上，给工作人 即可施工。 员提供了施工用临时作业平台。 水电工程技术２０１０・第１期总第５３期 ｄ．特制轨道中的管路，不但把压缩空气和水送 为降低施工斜井施工难度，在以６＃施工支洞相 交处，将其划分为４个施Ｔ段，虽然如此，就此类围 给钻机工作，而且在爆破后还起通风换气和除尘的 作用。 爬罐施Ｔ形成导井再正井钻爆扩挖法施Ｔ缺 点： 岩约２００ｍ长，且角度小的斜井的施工难度仍然很 大。 ｆ１）ＬＭ一４００型反井钻机先导孔施 Ｔ ａ．爬罐及轨道均为特殊形式，其费用较高，安装 在引水上弯段将导井中心线放好后，进行反井 轨道为自下而上，施工难度较大。 ｈ．用风钻钻孔，劳动强度大。 ｃ．通风管路长，随施工高度增加，通风困难，排 烟时间增长，施工效率降低。 本工程根据实际情况，对施工方案进行综合分 析和比较如下： ｆ１）正井钻爆法虽有可取之处，但由于斜井施工 段长近２００ｍ，断面面积达６８ｍ ，其出渣将成为最重 要、最困难问题，施工进度无法保证，且通风困难。 （２）反井钻机施工形成导井再正井钻爆扩挖法， 施工效率高，反井钻机施工技术较为成熟，经验较 丰富，经过我局多年反井钻机施工经验和设备调 研，并有专业技术人员现场控制，其缺点也较易解 决。 ｆ３）爬罐施工形成导井再正井钻爆扩挖法，导井 施工地下通道较长，随着导井施工高度的增加，施 工效率降低，风水电、轨道等设施的延伸工作占用 时间较长，通风也将极为困难。 因此，选用反井钻施工形成导井，正井扩挖形 成二次导井在进行全断面扩挖施工方法。 ４施工程序 采用ＬＭ一４００型反井钻机进行ｑｂ２４４ｍｍ先导孑Ｌ 施工一ＬＭ一４００型反井钻机进行ｃＩ，１．４ｍ导井施工一 导井一次正井扩挖一导井二次（成形）正井扩挖。具 体形式见图１。 图１ 斜井开挖形式示意图 ５施工方法 一，）一 钻机安装基础浇筑，安装并调整好反井钻机中心和 倾角后，检查反井钻机的冷却循环系统后，进行先 导孑Ｌ施工，导孔直径为ｑｂ２４４ｍ， 钻杆分为开孑Ｌ钻杆、普通钻杆和稳定钻杆，开 孑Ｌ钻杆与导孔钻头相接，用扶正器约束，稳定钻杆 比普通钻杆外周多了均匀分布的钢肪板，其作用是 承受径向负荷，防止钻杆随深度的增加旋转产生过 大弯曲、过大摆幅，保证钻孔垂直度，同时保护钻杆 与孑Ｌ壁的接触磨损。因此稳定钻杆的布置合理与 否将影响钻孔偏斜率。 根据施工经验，稳定钻杆加设方法如下：钻进 ２ｍ时必须加设１根，钻进８～ｌＯｍ时再加设１根，然 后每钻进２０ｍ加设１根。钻杆加设时一般采用副泵 提供的较小动力运行，钻杆丝扣之问力度适中，过 紧容易损伤丝扣，过松钻杆容易脱落。为了便于拆 卸钻杆，可在钻杆套接前于丝扣处加设少量１Ｏ号铅 丝。先导孔开始施工时一般采用副泵提供较小的、 均匀的动力，以免孔口周壁因振动过大开裂而难以 成型。 在施工过程中，如果出现塌孑Ｌ、返水较小、不返 水等异常情况，则需要拌制泥浆，用泥浆护壁来堵 塞溶洞和裂隙。 （２）ＬＭ一４００型反井钻机导井施工ｆ扩孔） 先导孔施工完毕后，在对应底部施工通道安装 １．４ｍ扩孔钻头。扩孑Ｌ自上而下进行，使用自流水 冷却钻头和冲渣。 ａ．扩孑Ｌ开孑Ｌ：扩孑Ｌ开始施工时一般围岩破坏严 重，钻头周圈难以均匀受力，因此，一般采用副泵提 供较小的、均匀的动力。当ｑｂ１．４ｍ扩孔钻头接好后， 慢速上提钻具，直到滚刀开始接触岩石，然后停止 上提，用最低转速ｆ５～９ｒｐｍ）旋转，并慢慢给进，进尺 控制在ｌＯｃｍ／ｈ，保证钻头滚刀不受过大的冲击而破 坏，防止钻头偏心受力过大而扭断钻杆。给进一些 停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。 ｂ．开始扩孔时：下边要有人观察，将情况及时通 知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常 扩孔钻进。在扩孑Ｌ过程中，当岩石硬度较大，可适 水电工程技术地下工程 当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孑Ｌ时，要及时 炮孔为梅花形布置，孔间距０．８ｍ，排距０．６ｍ，炸药采 用２ 岩石硝铵炸药，非电毫秒雷管分段引爆，以 １．４ｍ导井做为临空面逐排爆破，每次爆破扩挖导洞 出渣，防止堵孑Ｌ。扩孔过程，也是拆钻杆的过程，拆 下的钻杆进行必要的清理，上油带好保护帽。 钻进施工中要求有较为稳定供水量，以使刀具 进尺３米。通过爆破试验调整爆破参数，确保扩挖 能得到水冷却，供水量要求不小于７．８ｍ ／ｈ。扩孔施 工时，钻杆的拆卸要特别注意钻杆卡瓦正确摆放及 自身的完好程度，以免出现卡瓦突然断裂，造成扩 孔钻头、钻杆脱落。 ｃ．完孔：当钻头距基础２．５ｍ时，要降低钻压慢速 后的导井平整度和爆落石块的破碎程度，以建小号 对溜渣的影响。 此正井扩挖导井方式虽进尺较短，但扩挖导井 断面尺寸和倾斜角度容易控制，为二次扩挖创造更 有利的溜渣条件，而且与由下部向上部吊笼扩挖导 钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象， 如果有，要及时采取措施处理。慢慢的扩孑Ｌ，直至 钻头露出地面。 ｄ．出渣：导井开挖施工中，适时利用装载机配自 卸汽车在导井下部通道进行出渣。 钻井的偏斜是反井钻机施工中的技术要点，可 采取以下措施对其进行控制： ａ．进行精确的测量控制，发现偏斜较大时反复 扫孔纠正偏斜度。 ｂ．施工设备：选用经检修完好的反井钻机和泥 浆泵，保证其性能良好。 ｃ．钻机安装定位：钻机安装牢固，定位准确，混 凝土浇筑密实。 ｄ．合理布置钻具：选用螺旋、直条等多种镶齿稳 定钻杆和硬岩导孔钻头，并根据地质条件合理布 置。 ｅ．正确选择钻进参数：钻进参数主要是根据地 质条件和不同的钻进位置选择不同的钻压、转速和 确定相应的钻进速度，并根据实际钻进过程进行相 应的调整。 精心操作：挑选有多年实践经验的操作人员， 按照施工组织设计和反井钻机操作规程进行操作， 及时发现和处理钻进中的问题和事故。 （３１导井一次正井扩挖施工 当 １．４ｍ导井形成后，将反井钻机拆除，利用正 井钻爆法进行导井一次扩挖，其一次扩挖断面尺寸 的确定须考虑反井钻导井能够满足的溜渣强度和 二次扩挖时的溜渣强度。本工程为方便溜渣，扩挖 断面如图一所示：为梯形（上底Ｘ下底×高：１．４ｍｘ３ｍｘ ３．２ｍ），且向导井方向倾斜。 导井第一次扩挖利用带脚轮吊笼、变频卷扬机 牵引，由导井上部向下进行扩挖，吊笼底部用 ２０钢 筋焊接成网状，将 １．４ｍ导井ＶＩ覆盖，钻工直接站在 扩（开）挖面上利用ＹＴ一２８型手风钻进行钻孔施工， 井方法相比，还可以降低施工中的安全风险，进而 提升工作效率。 （４）导井二次（成形）正井扩挖施工 导井二次扩挖施工时随着进尺的深入在洞内 铺设轨道，作为施工设备、材料的运输轨道，轨道为 １４ｂ槽钢，轨距４．Ｏｍ，在随开挖同时安插轨道锚杆（ ２２螺纹钢筋，锚深５０ｃｍ，排距与槽钢同宽，间距 ５０ｃｍ），轨道与锚杆焊接（注：轨道安装时，应注意轨 道间距及倾斜度）。当斜井上半段开挖时在上平段 设两台同步变频卷扬机，作为自制二次扩挖钻爆台 车的牵引动力，同时再设置两台同步变频卷扬机， 作为运输小台车的牵引动力；当斜井下半段开挖时 在６ 施工支洞与斜井相交位置设置与上半段相同 的设备（注：需示其施工支洞与斜井的相交方位，确 定是否设置导向轮）。当斜井下半段开挖时需要在 ６ 施工支洞斜井相交位置的斜井上方搭设桁架平 台，作为向运输小台车行走和搬运的平台。 导井二次扩挖采用自制钻孔平台和ＹＴ一２８型 手风钻钻孔施工，人工装药，进行微差爆破开挖，钻 孔直径为￣４２ｍｍ，２ 岩石硝铵炸药，药卷直径 ３２ｍｍ，周边采用光面爆破，￣２５ｍｍ光爆药卷，隔段 装药控制药量。为防止扩挖石渣量过多造成堵井， 钻孑Ｌ深度取３．０ｍ，循环进尺２．７—２．８ｍ，掌子面略成 漏斗形，以利于自行溜渣入导井。爆破施工中，通 过爆破试验确定爆破参数，严格控制爆落石块破碎 程度，防止溜渣堵井。 导井一次、二次扩挖施工出渣，通过各施工段 的下部通道（斜井上斜段通过６ 施工支洞，下斜段 通过引水隧洞下平段等），利用装载机在导井下部 通道装自卸汽车进行出渣。 根据实际开挖地质情况，对于围岩不稳定洞段 进行随机锚喷支护。喷混凝土标号、厚度以及锚杆 支护参数现场确定。 （下转第９页） 一３一 水电工程技术地下工程 根据右岸出线场内挖出的各锚杆灌浆后胶结情 况分析，开孔后的土锚杆和白进式锚杆其锚杆周围 水泥浆胶结情况基本一致，其沿杆体３ｍ长度范同内 均有不同扩散范围的胶结。土锚杆开孔段浆液扩散 右岸各两个，覆盖层深度为６２～１２６ｍ，土中含孤石， 透水性强，施工中将面ｌ商洪积体地质条件下的成井 技术难题、在泥夹石和透水地层中进行大直径竖井 开挖的技术难题等许多技术难题。自进式锚杆施工 技术作为一种新型锚固工艺，能适应各种复杂地质 条件和施工现场环境。施工时将钻进、放杆、注浆、 锚固在一个流程中完成，具有施工工艺简单、成孔率 高、工期短、强度高、经济效益好等优点。从该工程 使用的情况看，自进式中空锚杆支护情况良好，是一 直径最大约３５ｃｍ，最小扩散直径约１５ｅｍ，杆体３ｍ 范围内浆液扩散直径平均约为２５ｃｍ；自进式锚杆开 孔段浆液扩散直径最人约３５ｅｍ，最小扩散直径约 １０ｅｍ，杆体３ｍ范围内浆液扩散直径平均约为 ２２ｅｍ。根据现场不同位置不同规格锚杆胶结情况 分析，白进式锚杆在与土锚杆同样开孔和灌浆施工 ［艺一致的前提下，其所达到的锚固效果基本一致 （见图３）。 项值得推广的新型施工技术。通过覆盖层开挖系统 支护参数的优化对在复杂地质条件下实施深覆盖层 大直径竖井施＿Ｔ有着重要的指导意义和借鉴作用， 拓宽了今后水电站竖井布置的思路，使地下洞室的 结构布置更加灵活，有了更大的选择余地。 参考文献 ［１］翟配松，自进式注浆钻进锚杆在边坡支护中的应用，广西水利水 电，２００３（３） Ｚｈａｉ Ｐｅｉｓｏｎｇ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ａｎｃｈｏｒ ｂａｒ ｉｎ ｓｉｄｅ ｓｌｏｐｅ ｓｕｐＦ，ｏｒｔ－ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ＧＸ ＷＡＴＥＲ ７覆盖层支护参数调整 根据以上生产性试验分析，溪洛渡水电站左右 岸出线竖井覆盖层段锚固技术在满足设计总要求 下，以简化施工程序，减少工程投资，在总体上可以 将土锚杆全部替换为自进式锚杆，其调整方案如下： （１）将土锚杆替换为白进式锚杆，锚杆周边花孔 布置及开孑Ｌ要求同土锚杆，长度不变。即锚杆长度 为６ｍ，入岩５．５ｍ。梅花型布置 ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ．２００３（３） ［２Ｊ杜向忠，自钻式锚杆加固的应用，路基工程，２００２（２） Ｄｕ Ｘｉａｎｇｚｈｏｎｇ，＿Ａｐｐｌｉｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｌｆ＿＿ｌｘ￣ｒｉｎｇ Ｔｉｅｂａｃｋ ｉｎ ＣｏｎＳｏｌｉｄａｔｉｏｎ， ＳＵＢＧＰＡＤＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲ１ ＮＧ，２００２（２） ｆ２）覆盖层段井壁：白进式锚杆的布置参数由土 锚杆的１．５ｍ×１．Ｏｎ调整为１．２ｍ Ｘ １．Ｏｍ（排距Ｉ．２ｍ、 问距１．Ｏｍ），梅花型布置。 ［３】王书宏，自进式预应力锚杆在基坑支护中的应用，中国水Ｎ（Ｎ论 版），２００６，３（１） Ｗａｎｇ Ｓｈｕｈｏｎｇ，Ｆｒｏｍ ｅｎｔｅｒｓ ｔｈｅ ｔｙｐｅ ｐｒｅ—－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｒｏｄ ｔｏ ８结束语 溪洛渡水电站电缆出线竖井上段共四个井，左 ｓｕｐｐｏｒｔ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｈＯｌｅ ｅｘｃａｖａｔｅ ｄ ｆｏｒ ｂｕ ｉｌｄｉｎｇ ｆｏｕｎｄａｔ ｉｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ＣＨＩＮＡ ＷＡＴＥＲ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ，２００６，３０） （上接第３页） ６斜井施工安全设施设置 ｆ１１施工安全平台 为保证斜井施工安全，采用一个有轨型钢结构 （２１运输小车的保护 使用运输小车作为人员运送工具时，将运输小 车顶部封闭，防止上部坠物产生危险。经常检查和 维护牵引卷扬、钢丝绳、制动自锁装置，牵引卷扬设 置井深指示器和运输小车的断绳保护，井口及下终 点处安装限位开关，同时在接近终点位置处安装自 的安全施工平台，用以防止斜井内坠落物对井下施 工人员造成伤害。 施工安全平台设置为双层，上层平台起缓冲作 用，下层平台为增加安全系数而设置，防止上层平 台被击穿。施工平台在爆破时提升，扒渣及钻孔时 下落至工作面上方。施工安全平台由上平段布置 的２台慢速卷扬机，为增强卷扬机的同步性，２台卷 扬机设置同步开关。 动减速控制开关。人员和材料严禁混运。 （３）ＮｉＫ￣ｎ信号系统及其它保护 本工程施工井下与井上采用对讲机进行联络， 并配备信号灯和警铃。斜井口设置围栏、警示标志 和充足的照明等。 —．９—．