引水下豎井開挖與支護的改進施工

王 巖 ，滿 銳 ，王 永

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163311)

引水下豎井開挖與支護的改進施工

王 巖 ，滿 銳 ，王 永

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163311)

下豎井由于受底部開挖支護的約束，工期十分緊張，為此考慮從下層排水廊道打施工支洞至下豎井，利用下層排水廊道出渣，提前進行下豎井的開挖，從而保證了引水下豎井的工期，并為實現引水系統的總工期打下堅實的基礎。

引水下豎井;開挖;工程地質;施工方案;支護改進;安全措施

1 工程概況

引水系統下豎井包括1#引水下豎井和2#引水下豎井，是引水系統中平洞和下平洞的連接豎井。

1#下豎井位于樁號引10+726.027，中心點坐標為X為65732.390，Y為 76059.440;2#下豎井位于樁號引 20+643.042，中心點坐標為X為65690.821，Y為76035.440。

1.1 開挖形式

引水系統下豎井上彎段圓弧半徑25.0 m，圓心角88.8542°，L為38.75 m。井身為▽205.005～▽28.692，L為176.313 m，下彎段圓弧半徑25.0 m，圓心角為85.4261°，L為37.255 m。其中▽195.000～▽189.000，L為6.0 m為漸變段。

引水系統下豎井上彎段開挖為馬蹄型，上部開挖半徑3.4 m，下部開挖高為3.5 m，底寬為5.0 m。

井身開挖直徑：▽205.005～▽195.000為φ6.8 m(F220斷層帶為φ7.0 m)，▽195.000～▽28.692為φ6.4 m(F220斷層帶時為φ6.6 m)，井身漸變段開挖直徑為φ6.8 m～φ6.4 m(1#下豎井漸變段處于 F220斷層帶為φ7.0 m～φ6.6 m)。

下彎段開挖為馬蹄型，上部開挖半徑3.2 m，下部開挖高為3.3 m，底寬為5.0 m。

1.2 支護形式

引水系統下豎井Ⅲ類圍巖支護形式：隨機錨桿，φ22，L為300 cm，入巖290 cm。噴鋼纖維混凝土CF25，厚10 cm。

Ⅳ類圍巖支護形式：系統錨桿，φ22，L為300 cm，入巖290 cm，@為150×150 cm。噴鋼纖維混凝土CF25，厚10 cm。

F220斷層帶支護形式：系統錨桿，φ22，L為300 cm，入巖290 cm，@為150(100)×150 cm。φ42小導管，L為350 cm，環向間距30 cm。格柵鋼架，14×14 cm，鋼架間距100 cm，噴鋼纖維混凝土CF25，厚20 cm。

1.3 工程量

下豎井工程量見表1。

表1 下豎井工程量表

1.4 工程地質情況

引水系統下豎井斷裂構造較發育，且有規模較大的F220斷層通過，斷層破碎帶寬約7～10 m。豎井上下彎段為Ⅳ～Ⅲ類圍巖;1#下豎井▽205.005～▽196.000為Ⅳ～Ⅲ類圍巖，▽196.000～▽189.000為Ⅴ類圍巖(F220斷層帶)，▽189.000～▽28.692為Ⅳ～Ⅲ類圍巖。2#下豎井▽205.005～▽163.000為Ⅳ～Ⅲ類圍巖，▽163.000～▽153.000為Ⅴ類圍巖(F220斷層帶)，▽153.000～▽28.692為Ⅳ～Ⅲ類圍巖。

2 施工方案選擇

1)根據總進度計劃，下豎井底部開挖與支護結束后，才能進行下豎井導井開挖，使下豎井工期非常緊張，因此經慎重考慮，利用引水下層排水廊道打支洞至下豎井，利用引水下層排水廊道進行出渣，提前進行下豎井開挖，節約工期約7.5個月，在工期上贏得寶貴時間，使下豎井由關鍵線路演變成一條工期有一定富裕度的普通線路，工期上風險大大降低，使下豎井這一條引水系統最關鍵的線路能夠提前完成。

2)下豎井施工時將通過F220斷層，由于F220斷層帶及其影響帶分別達17 m和20 m，且巖石破碎，開挖與支護時間較長，變更后能夠為F220斷層處理及意外情況處理贏得時間。

3)下豎井提前貫通后，可大大改善廠房系統的通風散煙條件，改善洞內作業環境。

4)當9#施工支洞施工至6#、3#、4#支洞及引水下平洞后，則可優先進行6#、4#、3#支洞的開挖，在發生干擾的情況下則以6#、4#、3#施工支洞為主，加快廠房及尾水系統施工進度，緩解廠房壓力，9#施工支洞施工至引水下平洞后，則可優先進行下游側施工，為鋼岔管施工贏得更多、更充裕的寶貴時間。

3 主要施工情況

下豎井含上、下彎段深達252.318 m，在完成下豎井開挖的同時還要完成下豎井上彎段頂部的大斷面擴挖及安裝鋼管所用橋機混凝土澆筑、設備安裝等施工之后才能進行裸巖固結灌漿，然后進行鋼管的安裝及混凝土回填，不僅施工難度大，而且占用直線工期長，使下豎井開挖已成為本工程的關鍵線路，由于進場交通洞移交工作面的推遲，其間還要通過F220斷層，到2004年2月中旬才能開挖至9#施工支洞，在9#施工支洞開挖時還要利用9#支洞進行6#、3#、4#施工支洞的開挖，9#施工支洞開挖到引水下平洞后，要同時進行下平洞上、下游4個面的開挖，相互間施工干擾較大，如果待下豎井下部開挖完成具備反井鉆機開挖條件后再用反井鉆機進行導井施工，下豎井擴挖時間不足3個月，這樣下豎井的工期將十分緊張，很可能演變成和廠房一樣重要的關鍵線路，如果采取自上而下全斷面正井法施工，則通風、排水及施工安全等問題突出，施工難度極大，為保證施工進度及施工安全，從引水下層A3-5排水廊道開挖至下豎井位置時分別向1#、2#下豎井開挖一條施工支洞(斷面為3 m×3.2 m，其中1#施工支洞長19.32 m，2#施工支洞長19.32 m，支護型式為系統錨桿φ22，L為2.5 m，間排距1.4 m×1.4 m，每排5根，噴 C20混凝土8 cm)，作為下豎井出渣通道。施工支洞布置詳見附圖，施工支洞施工完畢后在下豎井上井口搭設反井鉆機平臺，進行導井開挖(導井直徑為1.4 m)，最后自上而下擴挖成型。施工支洞布置及剖面見圖1、2。

圖1 施工支洞布置圖

3.1 開挖

施工支洞斷面為3 m×3.2 m，開挖采用手風鉆鉆孔、全斷面爆破、周邊采用光面爆破的方式。施工支洞出渣采用0.4 m3耙斗式電動裝巖機直接裝小型農用(自卸)機動車將渣運至排風豎井底部，由3.0 m3裝載機裝20 t自卸汽車出渣至西梅園渣場。

圖2 施工支洞剖面圖

下豎井底部出渣施工支洞開挖完畢后，即在下豎井上部井口搭設反井鉆機平臺，自上而下鉆設導孔，導孔施工完畢后，再自下而上鉆設導井，導井尺寸為直徑1.4 m。

擴挖采用全斷面鉆爆開挖法，周邊孔間距0.4～0.5 m，排距0.6 m，輔助孔間距0.6～0.8 m，排距0.65～0.70 m，非電管引爆，導爆管傳爆。周邊采用光面爆破，線裝藥量150～200 g/m，崩落孔采用松動爆破。施工中根據圍巖狀況及時調整單循環進尺及爆破參數。鉆孔深度根據圍巖類別確定為1.5～2.0 m，循環進尺1.2～1.8 m，全斷面擴挖的石渣一部分放炮后直接經導井溜至井底，其余則由人工扒至豎井底部，底部采用0.4 m3耙斗式電動裝巖機直接裝小型農用(自卸)機動車將渣運至排風豎井底部，由3.0 m3裝載機裝20 t自卸汽車出渣至西梅園渣場。

3.2 支護施工

根據地質資料，下豎井多屬Ⅳ-Ⅲ類圍巖，局部Ⅴ類圍巖，結構面發育。

Ⅲ類圍巖采用隨機錨桿、噴CF25鋼纖維混凝土支護;Ⅳ類圍巖采用系統錨桿、噴CF25鋼纖維混凝土支護;Ⅴ類圍巖(F220斷層帶)采用φ42 mm小導管注漿預支護，系統錨桿和格柵鋼架、噴CF25鋼纖維混凝土支護。

3.2.1 錨桿施工

錨桿施工采用YT-28手風鉆鉆孔，人工安插錨桿。鉆孔工作結束后，用高壓水將孔內的鉆孔巖屑和泥沙沖洗干凈，直到回水變清，并用木塞臨時封閉孔口，以免雜物掉入。

砂漿錨桿安裝前，用高壓風排出孔內積水，檢驗合格后注漿安裝錨桿。錨桿按“先注漿后安裝錨桿”的施工工藝，用MZ-1注漿機注漿，人工將插錨桿插入。

錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。在砂漿錨桿養護28 d后，采用拉拔器進行抗拉拔試驗。拉力方向與錨桿軸線一致，當拉拔力達到規定值時，立即停止加載，結束試驗。

3.2.2 噴鋼纖維混凝土施工

1)混凝土噴射機放置在開挖施工的工作平臺上。噴混凝土料由強制式拌合機洞口拌料，5 t自卸車運送到豎井上口，用吊籃進行噴混凝土料的垂直運輸。

2)對噴射面進行檢查，清除開挖面的浮石、墻腳的石渣和堆積物;處理好光滑巖面;安設工作平臺;用高壓風水槍沖洗受噴面，對遇水易潮解的泥化巖層，采用高壓風清掃巖面;埋設控制噴射混凝土厚度的標志;作業區有良好的通風和充足的照明設施。

3)對施工機械設備、風、水管路和電線等進行全面檢查和試運行。

4)噴射作業分段分片依次進行，自下而上順序噴射;一次噴射厚度≤5 cm，以噴層不產生墜落和滑移為適度。分層噴射時，后一層噴射在前一層混凝土終凝后進行，若間隔時間超過1 h，則噴層表面的浮膜、浮塵等雜物用風、水沖洗干凈。

5)噴射機要連續供料，噴射機工作風壓力穩定。為保證噴射質量，噴嘴距巖面1.0 m左右，并盡量與巖面保持垂直，呈螺旋狀往復噴射。完成或因故中斷作業時，噴射機和輸料管內的積料要清除干凈。

6)為保證噴射質量，噴射距離控制在0.6～1.0 m，噴射角度盡量和噴射面垂直。噴射時連續、平穩地自下而上旋轉噴射，噴射風壓1.5～2 kg/m2。

7)噴射料束運動軌跡：環形旋轉水平移動并一圈壓半圈，環形旋轉直徑約0.3 m。噴射第二行時，依順序由第一行起點上方開始，行間搭接約為2～3 cm。

8)Ⅲ類圍巖噴射作業一般推遲一個循環，Ⅳ～Ⅴ類圍巖噴射作業必須緊跟開挖工作面。

3.3 F220斷層開挖與支護施工

1#下豎井在高程▽196.0 m～▽189.0 m，2#下豎井在高程▽163.0 m～▽153.0 m有F220斷層通過，在開挖施工的同時必須做好支護工作。

在接近F220斷層時，進行超前勘探，探明地質形式和地下水滲水量。開挖、支護交替進行，控制循環進尺≤1.5 m，開挖后立即用噴混凝土封閉巖面，并進行小導管預注漿、格柵鋼架支護。

3.4 施工安全措施

施工中遵循確保安全，穩扎穩打的原則，采取超前支護、短進尺、快循環、強支護、勤量測的施工方法，以確保施工安全。

3.4.1 超前支護

周邊全范圍采用超前小導管注漿，小導管采用φ42熱軋無縫鋼管制成，前部鉆注漿孔，孔徑10 mm，孔間距250 cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，小導管長3.5 m，縱向搭茬＞100 cm，外插角20°。小導管鉆孔采用手風鉆，注漿采用M20水泥砂漿，跳孔施工注漿至密實。小導管注漿完畢，待強度達到開挖要求后，方可進行開挖。施工中根據圍巖情況可在兩根小導管之間增打隨機超前錨桿。

3.4.2 開挖注意事項

開挖時遵循短進尺、多鉆孔、弱藥量、快循環的原則，循環進尺控制在1.5 m以內，擴挖后立即進行噴混凝土5 cm封閉巖壁，再安裝鋼格柵，格柵安裝后，進行系統噴混凝土支護。開挖過程中，錨噴支護及時跟進，依據設計圖紙及施工現場圍巖狀況，采取必要的支護措施，保證圍巖的穩定。

3.4.3 二次支護

出渣結束后進行系統錨桿和格柵鋼架施工。錨桿為φ22，L為3 m，入 巖2.9 m。鋼 格 柵 截 面 寬 × 高 =14 cm×14 cm，格柵間距100 cm，格柵間通過螺栓連接形成受力整體。兩榀格柵間設φ22連接筋，環向間距1 m，連接筋與鋼格柵焊接牢固。施工中視圍巖情況可在兩榀格柵間掛鋼筋網，環向網筋φ8，縱向網筋φ6，網格尺寸20 cm×20 cm，縱向網筋與格柵主筋焊牢，網筋交叉點進行點焊。格柵支立完畢后，進行系統噴混凝土支護，噴混凝土厚度為20 cm。格柵與洞壁間的空隙用預制混凝土塊楔緊。為確保施工安全，鋼格柵支護向斷層上下游各延伸一定長度。鋼格柵安裝完畢驗收合格后立即進行噴鋼纖維混凝土施工，混凝土為CF25，厚20 cm。

3.4.4 監控測量

施工中加強觀察地下水、圍巖及地質和支護狀況，加強地質預報工作，并增加凈空收斂變形，加強信息反饋，通過觀測數據及時修改支護參數，確保施工安全

4 結束語

引水下豎井采用增加施工支洞提前進行開挖的施工方法，雖然增加投資，但節約工期約7.5個月，在工期上贏得寶貴時間，使下豎井由關鍵線路演變成一條工期有一定富裕度的普通線路，工期上風險大大降低，使下豎井這一條引水系統最關鍵的線路能夠提前完成，取得了巨大的社會效益。

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TV551.412

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1007-7596(2011)06-0128-03

2011-03-31

王巖(1981-)，女，黑龍江安達人，工程師;滿銳(1980-)，女，黑龍江安達人，工程師;王永(1976-)，男，黑龍江安達人，工程師