不良地質條件下的豎井開挖方案

范林文，唐世明，陳敬瑞

(1.四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072;2.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

古城水電站調壓井布置在引水隧洞末端，為阻抗式調壓井。調壓井井底高程為1506m，井筒頂高程為1607m，井筒高95m，開挖直徑21m，混凝土襯砌后直徑19m。

調壓井上部30m為覆蓋層，中下部65m巖性為絹云母石英千枚巖，中等堅硬，裂隙發育，層面走向與豎井軸線呈小角度相交。該段發育一條斷層 f(N78°W/NE∠18°)，斷層順井身發育長約50m，斷層帶內物質軟化、泥化。受斷層影響，該段巖體呈碎裂～散體結構，為V類圍巖。

2 調壓井開挖方案

先進行超前固結灌漿，然后利用反井鉆機進行溜渣井開挖，再進行大井擴挖，大井擴挖前鎖口;大井擴挖采用光面爆破，擴挖過程中跟進臨時支護并結合永久支護。

2.1 超前固結灌漿

2.1.1 井壁外圍超前固結灌漿

為提高調壓井施工期的圍巖穩定性、保證調壓井開挖和混凝土襯砌過程中的施工安全及后期調壓井的安全運行，在井壁開挖線外布置了3排超前固結灌漿孔，呈梅花型布置，排距1.5m，孔距1.5m，孔深85m。具體布置形式見圖1。

2.1.2 導井中心超前固結灌漿

為保證溜渣井的順利施工以及大井擴挖過程中溜渣井不垮塌堵塞溜渣井，在溜渣井施工前，先在調壓井的中心(R2.5m圓周上)布置了7個深固結灌漿孔，孔深85m，孔與孔之間中心夾角為60°，具體布置形式見圖1。

圖1 超前固結灌漿孔布置圖

2.1.3 施工方法

(1)鉆 孔。調壓井上部(高程1607～1577 m)30m為覆蓋層，采用φ110鋼管(花管)樁，長度L=30m，調壓井中下部(高程1577～1512m)65 m為巖石，采用偏心地質鉆機進行跟管鉆孔。

(2)預固結灌漿。調壓井上部(高程1607～1577m)30m為覆蓋層，通過φ110鋼管一鉆到底再進行灌漿;調壓井中下部(高程1577～1512 m)65m為巖石，采用每5m一段自上而下分段灌漿。漿液配比為:

水泥漿水灰比——(水 ∶水泥)=1 ∶(1 ～0.6);

漿液——水泥 ∶水 =1 ∶(0.4 ～0.55);

壓力:初始壓力 0.4MPa，結束壓力 0.8MPa。

(3)預置鋼筋。為進一步提高調壓井井壁四周圍巖的穩定性，保證調壓井開挖和混凝土襯砌過程中的施工安全及后期調壓井的安全運行，超前固結灌漿最后一段開灌前，在灌漿孔內設置2φ32鋼筋，再進行固結灌漿。

2.2 溜渣井施工

調壓井中心進行超前固結灌漿后，利用反井鉆機進行溜渣井的施工。先利用反井鉆機鉆φ400的孔，再擴成φ1200的溜渣井。溜渣井貫通后，采用δ=3mm的鋼板對覆蓋層井身段和不良地質段的溜渣井進行鋼板內襯，以防止在大井擴挖過程中溜渣井堵塞。

2.3 大井擴挖與支護

(1)鋼筋混凝土鎖口。為保證調壓井大井開挖過程中的安全，對調壓井井口進行了鎖口施工，鋼筋混凝土鎖口范圍為高程1607～1603m，結合部分永久混凝土襯砌。

(2)調壓井上部覆蓋層開挖。鎖口施工完成后，開始進行調壓井大井擴挖施工。調壓井上部(高程1607～1577m)30m覆蓋層采用人工開挖，開挖深度為1m，及時采用中空自進式錨桿(φ25，L=3m、5m 交叉布置)+ 掛鋼筋網(φ8@20cm×20cm)，噴25cm厚C20混凝土進行封閉，然后采用25A工字鋼環向支護，鋼支撐節與節之間的焊縫處采用10mm(厚)×200mm(長)×100mm(寬)鋼板焊接相連，工字鋼間排距為60cm，工字鋼之間采用10#槽鋼焊接連接，槽鋼間距1m，并與錨桿焊接連接。

為保證調壓井中下部開挖過程中的安全，調壓井上部(高程1607～1577m)30m的開挖半徑R=12m，開挖和臨時支護2m后立即進行倒掛混凝土施工，倒掛混凝土襯砌之后半徑為10.85m，不侵占永久混凝土襯砌結構線，倒掛混凝土為鋼筋混凝土。設計倒掛混凝土底部高程為基覆界線以下10m，即高程1567m。

(3)調壓井中下部(高程1577～1512m)開挖。調壓井中下部(高程1577～1512m)65m為巖石，地處不良洞段，開挖半徑R=11.2m，采用光面爆破，開挖1m，及時采用中空自進式錨桿(φ25，L=3m、5m 交叉布置)+局部掛鋼筋網(φ8@20cm×20cm)，噴15cm厚C20混凝土進行封閉，然后采用環向25A環向工字鋼支撐，排距100cm，鋼支撐榀與榀之間采用間距1m的10#槽鋼焊連，槽鋼間距1m;鋼支撐節與節之間焊縫處采用10mm(厚)×200mm(長)×100mm(寬)鋼板焊接相連;工字鋼采用鎖腳錨桿固定。

(4)變形體處理。由于受“5.12”地震影響，調壓井下部(高程1512～1536m)段發生嚴重變形，震后噴射混凝土多處開裂，工字鋼變形，局部有滲水。針對上述情況，先將原有噴射混凝土開裂部位進行鑿除并對原有變形鋼支撐進行加固處理，再采用小導管預固結灌漿，小導管選用φ32鋼管(花管)，L=3.5m，環向間距50cm，排距100 cm。固結灌漿漿液為摻入4%水玻璃的水泥漿，漿液配比為:

水泥 ∶水玻璃 =1 ∶0.04;

水泥漿水灰比(水 ∶水泥)=1∶(1～0.6);

水泥 ∶水 ∶小玻璃 =1 ∶(0.4 ～0.55)∶(0.02～0.10);

壓力:初始壓力為0.5MPa，結束壓力為1.2 MPa。

固結灌漿結束后，噴15cm厚C20混凝土進行封閉，然后采用環向25A工字鋼支撐，排距100 cm，與原有鋼支撐間隔布置。鋼支撐節與節之間焊縫處采用10mm(厚)×200mm(長)×100mm(寬)鋼板焊接相連;鋼支撐榀與榀之間采用間距1m的φ25鋼筋縱向焊接相連，工字鋼采用鎖腳錨桿固定。

2.4 大井擴挖過程中的監測

為保證大井擴挖過程中的安全，在大井四周(高程1545～1546m)安裝了4套多點位移計，用于監測大井擴挖過程中的變化情況。調壓井多點位移計監測成果見表1～4。

調壓井多點位移計的變化在開挖過程中趨于平穩，隨著時間的推移，調壓井已逐漸穩定，說明在調壓井大井擴挖過程中采用的安全支護是有效的，為調壓井后期的混凝土襯砌(液壓滑模施工)提供了安全保障。

表1 調壓井多點位移計M41監測成果表

表2 多點位移計M42監測成果表

表3 調壓井多點位移計M43監測成果表

表4 調壓井多點位移計M44監測成果表

3 結語

古城水電站調壓井穿越95m深的不良地質段，歷時8個半月，完成了95m深的豎井開挖，為后續混凝土襯砌液壓滑模施工創造了條件。在調壓井施工過程中，未發生一起質量和安全事故，上述施工方案，對今后類似地質條件的豎井和斜井開挖具有一定的借鑒意義。