溪洛渡水電站高線混凝土生產系統骨料豎井施工

郭照輝

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

溪洛渡水電站高線混凝土生產系統布置在右岸壩肩下游705m高程平臺、610m高程平臺和595m高程平臺上，系統布置有兩座4×4.5m3混凝土拌和樓、1座制冷樓、1座一次風冷車間、2座一次風冷料倉、2座二次篩分樓及骨料儲運系統、8個水泥罐、12個粉煤灰罐及膠凝材料儲運設施、廢水處理設施、電氣工程設施及供風、給排水設施和其它附屬設施等。常態混凝土生產能力600m3/h，預冷混凝土生產能力500m3/h。系統骨料豎井井口布置在705m高程平臺上，系統粗骨料豎井4個，直徑Φ12m，深（70～76）m；細骨料豎井2個，直徑Φ10m，深55m。每個豎井井口有10m高的鎖口段，井身段有50cm厚的混凝土襯砌，井底為膠帶機廊道。

2 豎井開挖

2.1 豎井開挖方案

豎井開挖方法一般采用“正井法”和“反井法”或“正反混合法”。高線混凝土系統豎井部位的巖石為Ⅲ2類（弱風化上段），淺表裂隙發育，層間錯動帶發育，巖石完整性差，爆破后呈散粒狀。反向掘進存在很多安全不利因素，不宜采取“反井法或爬罐法”；正井開挖支護跟進，相對安全，但工期難以滿足要求，效率也低，且通風條件不良；根據本工程豎井及底部廊道系統布置條件，采取了正向掘進、向下溜渣、底部廊道出渣的開挖方式。利用先行開挖豎井底部的水平廊道作為空間，采用反井鉆機自上而下一次形成Φ1.4m直徑的先導井，再進行擴挖形成Φ4.2m直徑的溜渣井，然后正向開挖，向下溜渣，平洞出渣。由此可見，先導井即作為豎井開挖的自由面又起溜渣作用還兼顧通風排煙功能。其中利用反井鉆機一次性形成先導井是關鍵所在。

2.2 反井鉆機施工

2.2.1 施工準備

本工程采用了ZFY1.4/300型（LM-300型）反井鉆機 。在ZFY1.4/300型反井鉆機安裝就位前，在每個豎井中心部位澆筑一個鉆機安裝平臺，平臺為混凝土結構，尺寸為 2.5m×2.50m×0.5m，在 2#～3#豎井間布置一個6m×6m×1.5m的水池，以滿足鉆機用水需要。

2.2.2 施工程序

施工鉆機基礎—→進行鉆機安裝—→調平找正—→澆注地腳螺栓—→鉆機運轉—→整機系統試運轉—→導孔鉆進—→拆導孔鉆頭—→接擴孔鉆頭—→擴孔鉆進—→拆（移）鉆機。

在拆導孔鉆頭前，豎井底部廊道開挖已經完成。

2.2.3 施工方法

ZFY1.4/300型反井鉆機工作原理為：雙液壓馬達驅動動力水龍頭，后者將扭矩傳遞給鉆具系統，帶動鉆具旋轉；正向鉆導孔采用Φ200mm牙輪鉆形成Φ216mm的導孔；反向擴孔破巖采用鑲齒盤形滾刀，滾刀在鉆桿的作用下沿井底滾動，對巖石產生沖擊、擠壓和剪切作用，使其破碎，形成Φ1400mm的導井。正向鉆導孔時巖屑由洗井液沿鉆桿與孔壁間的環行空間提升到上水平，配合人工清理至堆渣平臺；擴孔時巖屑靠自重落到下水平。鉆鑿Φ1.4m鉆孔時只需先鉆Φ216mm的導孔，直至導孔鉆透下水平巷道，將導孔鉆頭在此卸下，接上Φ1.4m的擴孔鉆頭，再由下向上擴孔。該工程于5月15號開始架鉆鉆孔，至7月19日完成了6個豎井的導井鉆孔工作，因外界影響停工需要，綜合效率平均每天（24h）鉆孔6.8m，實際鉆孔速度0.576m/h，鉆孔效率平均每天（24h）鉆孔 13.8m。

2.2.4 反井鉆機施工控制

（1）有效控偏。鉆進過程中，反井中心線和鉆機主軸中心線應重合，由于安裝及施工中的某些原因，有可能造成這兩條線產生偏斜。反井鉆機在正常情況下和偏斜情況下的工作狀態是不相同的。正常鉆進時推拉力和扭矩比較平穩，變化不會太大，也不會產生劇烈變化；而偏斜后，要達到正常鉆進速度，所需的推拉力及扭矩都大大增加，震動加劇，往往造成鉆機機件損壞。由于導向孔發生偏斜，透孔偏離了設計位置，擴孔鉆頭的換接無法進行，被迫在導向孔透孔地點放炮處理。本工程導孔偏差控制在0.4m范圍內，滿足1/150H偏差要求，鉆機控偏應采取以下措施：

●做好穩鉆工作可有效控偏，采用剛性大的穩裝構件，杜絕因變形引起的偏移，鉆進中經常檢查，及時緊固松動的穩裝構件。

● 用短鉆桿（1m）、低軸壓（軸力 110kg/cm2）、慢鉆速開孔，直至第一根穩定鉆桿全部進入導孔后，可酌情加大軸壓并提高鉆速，在鉆進深度超過后，再按正常參數鉆進。

●導向孔開孔使用導向器，開鉆前短鉆桿必須與鉆頭連接絲扣擰緊，開鉆前短鉆桿處可安一根穩定器，以后在各處安一根穩定器；在鉆進過程中密切注意巖層的變化，在不均質巖層中鉆進應作低軸壓鉆進，鉆進速度要緩慢均勻。

（2）防止堵鉆。為防止堵鉆，要做好以下幾方面的準備工作：

●供水管路的選擇，盡量選用無縫鋼管，如使用軟管，應選用鋼絲編織的高壓膠管，接頭選用高壓快速接頭。開鉆前，仔細檢查供水管路，按照要求接好管路。鉆進期間，要配備人員管理供水管路，按操作規程接通和關閉水源，防止管路爆裂，避免供水泄漏。

●嚴禁無計劃停水，保證供水系統的正常工作，需要停水時，要提前通知鉆機工作人員，做好停鉆準備。當發生水管爆裂或泄漏時，要及時處理，盡量縮短停水時間，同時將鉆桿提起。

●隨著鉆進深度的增加，排渣逐漸困難，此時應適當增加沖洗排渣的時間，鉆機不停機，但不鉆進，視水量情況增加沖洗排渣的時間，此時鉆機仍回轉，以加強攪動而利于排渣。通常隨鉆孔深度的增加排渣就顯得困難，每鉆完一根鉆桿，應先連續沖排幾分鐘后再鉆進。鉆機換接鉆桿時一定要先沖洗，后停鉆，再停水，最后卸扣，接入鉆桿后，先打開水閥再旋進。

●發生堵鉆事故后，應根據不同情況，采取相應措施進行處理，如果堵鉆較輕微，可以加大沖水量進行沖洗井底，或在鉆機的水頭上再接入一路壓風，采取邊沖洗邊用壓風吹動，將進入牙輪噴嘴、鉆桿輸水孔中的巖渣順導向孔與井壁環形空間吹出，使孔道疏通不再堵鉆。當堵鉆比較嚴重時，風水攪動已不足以排除事故，必須松開鉆桿，將一根長風管順鉆桿輸水孔插至堵塞處的上部，先注水后送風，反復交替，使巖渣逐步排出。

（3）防止塌孔。預防塌孔當反井導孔穿入地質缺陷巖泥層時或鉆入溶洞,容易發生塌孔事故，此時泥漿將鉆桿周圍的環行空間充滿，又漏水，水及巖渣返不上來，鉆進速度明顯降低。為避免塌孔，首先要

清楚地質構造情況，當鉆進不良地質巖層時，放慢鉆進速度，將排渣水量適量降低。

2.3 擴挖施工

1#～6#骨料豎井第一次擴挖為了與豎井第二次擴挖施工循環相結合，采用跳井法進行豎井擴挖，即骨料豎井施工第一循環安排6#骨料豎井、4#骨料豎井、2#骨料豎井3個豎井的擴挖；第二循環安排5#骨料豎井、3#骨料豎井、1#骨料豎井3個豎井的擴挖。

豎井開挖先進行井口10m高鎖口段開挖，考慮到井底廊道的容渣量和導井溜渣量，鎖口段分三次擴挖，盡量利用挖機將爆渣從井口挖走。為確保井下施工安全，在鎖口段襯砌混凝土施工完成后，再進行井身段的擴挖施工。豎井井身段分兩次擴挖至設計斷面。骨料豎井鎖口段以下20m區段第一次擴挖采用手風鉆自上而下進行鉆孔施工，每個梯段3m，將豎井導井由Φ1.4m擴挖至Φ4.2m。剩余的48m左右井身段的第一次擴挖采用潛孔鉆自上而下一次完成鉆孔，1#骨料豎井、2#骨料豎井及6#骨料豎井第一次擴挖斷面由Φ1.4m擴挖至Φ3.0m，3#骨料豎井、4#骨料豎井及5#骨料豎井第一次擴挖斷面由Φ1.4m擴挖至Φ4.2m，分梯段自下而上裝藥爆破，每個梯段6m。該方法可以避免堵塞導井及減少人工扒渣循環次數。第二次擴挖自上而下進行由Φ4.2m或Φ3.0m洞徑開挖至設計斷面。

在705m平臺安裝了1臺10t龍門吊作為施工設備、材料進出豎井的垂直運輸手段，同時也解決豎井第一次擴挖，施工人員的上下交通問題。豎井第二次擴挖（由Φ4.2m至設計斷面）前，在每個豎井井口安裝一臺 ZLP630型自升吊籃，專用于解決施工人員的上下交通問題。

3 豎井襯砌

3.1 襯砌方案

該工程的粗骨料豎井深（70～76）m，襯砌直徑12.0m，細骨料豎井深54m，襯砌直徑10.0m，豎井襯砌采用液壓滑模施工，混凝土垂直運輸采用My-BOX管，襯砌鋼筋連接采用搭接方式，在705m平臺安裝2臺10t龍門吊作為井內施工設備和材料進出的垂直運輸設備。

3.2 滑模組成及原理

該液壓滑模由模板系統、操作平臺系統和液壓提升系統三部分組成。模板系統包括模板、圍楞和提升架等，它的作用主要是使混凝土成型。操作平臺系統包括鋼桁架、上操作平臺、抹面吊架平臺,是施工人員操作和臨時堆放材料、工具等的場所。液壓提升系統包括千斤頂（QYD-60型液壓千斤頂在粗骨料豎井滑模上布置24個，細骨料豎井滑模上布置20個）、液壓操作箱、油管和支承爬桿等,是液壓提升的動力。這三部分通過提升架連成整體,構成整套液壓滑升模板裝置。

豎井滑模施工是靠液壓千斤頂在爬桿的單向爬升來實現位移的，工作時爬桿固定，而千斤頂的動作分為兩部份：活塞與上卡體為第一組，缸體、端蓋、下卡體為第二組，兩部分組件交替動作，其上升步驟為當千斤頂進油時，第一組的上卡體緊卡爬桿，鎖緊在原來的位置，第二組被油液壓力頂升，千斤頂即向上爬升一定行程，同時帶動滑模向上移動；回油時，第二組的下卡體緊卡爬桿鎖緊，一組復位。由此循環節節上升，完成澆筑工作。

附圖為豎井襯砌混凝土施工布置及液壓滑模鋼結構桁架平面布置。

附圖 豎井襯砌混凝土施工布置及液壓滑模鋼結構桁架平面布置

3.3 滑模安裝

（1）在豎井廊道底部采用鋼門架和腳手架形成滑模的安裝平臺。

（2）將滑模桁架在705.0m高程平臺拼裝成整體，先采用50t汽車吊將拼裝好的鋼桁架移至龍門吊覆蓋范圍內，再采用10t龍門吊下放到安裝平臺上，并精確就位。

（3）安裝圍楞以及提升架，并檢查提升架水平和垂直度，圍楞按先內后外、先上后下的順序與提升架立柱鎖緊固定，并且使提升架與操作平臺桁架焊接成整體。

（4）安裝面板。

（5）安裝液壓千斤頂及液壓設備，并進行空載試車及對油路加壓排氣。

（6）在液壓系統試驗合格后，安裝承力桿并校核其垂直度。

（7）安裝分料系統。

（8）待滑升2m高后，安裝抹面吊架平臺并張掛密目式安全網。

3.4 混凝土澆筑

骨料豎井襯砌混凝土采用6.0m3混凝土攪拌運輸車自拌和系統水平運輸至705.0m高程豎井井口邊，卸入My-BOX管上部的集料斗內，混凝土料通過My-BOX管、溜筒至滑模上部的分料盤內，再由分料盤向倉面四周均勻分料。

混凝土坍落度為（12～14）cm，初凝時間（4～6）h。澆筑按平鋪法施工，混凝土對稱均勻上升，并確保各段在同一時間內的澆筑厚度基本相同，每層澆筑厚度為30cm。在混凝土澆筑高度700mm左右并且第一層混凝土已達到4h左右時，為實際觀察混凝土的凝結情況，開始試滑升。試滑升時平緩平穩將千斤頂全部提起（50～100）mm。當已脫模的混凝土用手指按有輕微指印，而表面砂漿已不粘手，滑升時能耳聞“沙沙”的響聲時，說明即可開始初次滑升。如混凝土表面較干，已按不出指痕，說明滑升時間已遲，如果脫模后混凝土下坍或手按指痕很深，而且砂漿粘手，說明尚未達到滑升時間。當模板滑升至（20～30）cm高度后，稍作停歇，對所有提升設備和模板系統進行全面檢查調整后，轉入正常滑升。在正常澆筑后約隔（3～5）h，提升滑模一次，其分層滑升高度與混凝土分層澆筑的厚度相配合。隨著滑模滑升，緊跟安裝鋼筋、鋼爬桿和井壁排水設施。氣溫較高時或來料較慢時，為減小混凝土與模板的粘結力，除盡量縮小停滑時間間隔外，在兩次滑升的中間，將模板略微提升（30～50）mm。

3.5 滑模控偏

在滑升過程中，保持整個模板系統的水平同步滑升，是保證滑升模板施工質量的關鍵，也是影響建筑物垂直度的一個重要因素。由于千斤頂在滑升過程中的不同步現象，使模板系統各個部分之間產生升差，以致造成操作平臺的位移、傾斜等偏差，影響工程質量。

水平度的控制：在模板開始滑升前，用水準儀對所有千斤頂的高度進行測量、校平，并在各承力爬桿上劃出水平基線，量出千斤頂到基線的高度。當模板開始滑升后，檢查千斤頂到基線的高度，計算出各千斤頂的行程及升差，根據千斤頂的升差調節各千斤頂，使滑模處于水平狀態。主要的控制方法有：

（1）就高找平法。這種調平方法主要是根據水平測量中反映出來的千斤頂升差數值，依靠每一個千斤頂的進油處與油管聯接的一個針形閥的啟閉作用來實現的。當千斤頂間的升差出現大約為千斤頂一個升程時，可將高位千斤頂的油路關閉，使低位千斤頂繼續爬升，以達到調平的目的。

（2）行程調節控制法。由于在滑升過程中每個千斤頂承受荷載不同，千斤頂的行程損失的數值也隨荷載的大小而不相同，從而使千斤頂的爬升速度發生差異，造成升差。行程調節法就是根據升差變化情況，通過調節在千斤頂頂部的行程調節帽調整千斤頂的行程來實現。即把高位千斤頂的行程帽旋入缸蓋，頂住活塞的上端，使活塞的復位量減少。這樣就縮短了千斤頂的活塞行程，千斤頂的爬升值就會減少。經過幾次爬升動作之后，會使原來較高的千斤頂逐漸與原來低位的千斤頂趨于一致，達到調平的目的。采用這種方法調平，可以采取在每根支撐桿上畫出標高水平線，利用上述標尺法原理，測定千斤頂升差值，以作為調平升差的依據。在滑模運行過程中，每班用水準儀進行一次基線校平。

偏移和垂直度控制：在滑模施工中，豎井的垂直度與滑模操作平臺的水平度有直接關系。當豎井襯砌混凝土向某一方向出現垂直偏差時，其操作平臺的同一側往往就會出現負的水平偏差。因此在一般的情況下，對豎井出現的垂直偏差，可以通過調整操作平臺的水平偏差來解決。但是，如在外力的影響、滑模操作平臺上的荷載不均勻、澆筑混凝土的方法不合理以及其它原因產生作用在滑模系統上的水平荷載等，都會影響滑模施工的垂直度。

在每個豎井的兩個垂直相交的直徑端點，設置線錘測量裝置，線錘重（10～15）kg，用細鋼絲懸掛在平臺下部。在對應線錘的下方地面上設置固定的控制點，在線錘的鋼絲上端設置滑輪和放線器，使隨著模板逐漸向上滑升，隨之鋼絲逐漸放長，當滑升到一定高度以后，隨時可以從線錘與控制點之間的相對位移情況測定平臺偏移的方位和數值。在滑模運行過程中，通過調整千斤頂的行程糾正偏移。當通過線錘測定滑模發生偏移時，在線錘偏向井外側的一邊，將千斤頂升高使滑模整體成一傾斜狀態，使其能夠朝偏移的反向滑升，達到糾偏目的。

4 結 語

本工程6個豎井開挖，工期僅210天，若采用正井開挖，抓斗裝渣，向上提升出渣，施工工期約520天，耗時耗力效率低；采用反井鉆施工方法，反井鉆歷時63天完成Φ1.4m導井435m，扣除施工干擾影響，平均鉆孔成井速度為14m/d。具備導井后，在7個月內全部豎井開挖完成。可見，采用反井鉆機施工，在滿足工期條件下提高了勞動生產率，創造了明顯的經濟效益。

豎井襯砌采用滑模施工，無需在井內搭設高排架，混凝土開澆后連續澆筑一次成型，既經濟又安全。單個井混凝土澆筑一般在20天左右完成，縮短了工期，經濟效益明顯。