老撾會蘭龐雅水電站小直徑深豎井開挖技術

馬景波

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 概述

老撾會蘭龐雅水電站設計裝機容量為8.8萬kW。工程引水系統由引水隧洞上平段、壓力明鋼管段、引水洞下平段三部分組成，其中壓力明鋼管段與下平段之間設計采用豎井連接。豎井開挖直徑為3.5 m，深87 m。根據工程進度計劃，豎井與下平洞開挖必須同時展開，因此，不能采用反井鉆機或反井人工開挖方法。由于豎井直徑小、深度大并處于工程關鍵線路上，如何安全高效的完成豎井開挖成為工程能否按期發電的關鍵。

2 工程概況

豎井上口高程297 m，底部高程210 m(高壓管道中心線)，深87 m。上接2134.2 m 長的高壓明管，下部與高壓埋管段相連。

豎井為圓形斷面，采用鋼管外包混凝土的襯砌方式，鋼管直徑為2 m，豎井開挖直徑為3.5 m。275～307 m 高程設置系統錨桿，錨桿采用φ20鋼筋，長2 m，入巖1.95 m，間排距1.5 m×1.5 m，掛網混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網規格為φ6@200 mm×200 mm。275～307 m 高程不設系統錨桿，設計采用掛網噴混凝土，混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網規格為φ6@200 mm×200 mm。如有必要則根據實際情況設置隨機錨桿，隨機錨桿采用φ20鋼筋，長度2 m，入巖1.95 m。

豎井頂部為高壓明管段20#鎮墩，鎮墩頂部高程307 m，底部高程297 m，鎮墩結構尺寸為19.5 m×14 m×10 m。

豎井位于兩條沖溝之間，由于植被茂盛，沖溝旱季無明水，雨季明水較小。豎井處基本為微風化細砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖，屬軟弱相間巖體，巖體較完整，圍巖穩定性主要受巖體強度控制，圍巖為細砂巖洞段穩定性較好，一般為Ⅲ類圍巖，約占47%;圍巖為泥質粉砂巖和粉砂質泥巖洞段穩定性較差，為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，其中Ⅳ類圍巖約占29%，Ⅴ類圍巖約占24%。

豎井處地下水類型主要為基巖裂隙水。裂隙水主要賦存于細砂巖、泥質粉砂巖、泥巖裂隙中，含、透水性取決于巖體風化程度、節理裂隙發育程度。根據地下水埋藏分布特征勘察及鉆孔揭露，推測地下水埋深為18～60 m，強風化帶和裂隙密集帶巖體的含、透水性較強;弱風化巖體中的透水性弱，一般為弱透水;微風化巖體一般為微～弱透水。由于基巖裂隙水的連通性一般較差，局部地帶具有承壓性。

3 施工程序及方法

3.1 開挖支護程序

豎井井口邊坡自上而下分層開挖，支護施工緊跟開挖工作面由上而下進行，邊坡完成支護、排水及井口圈梁后進行豎井開挖施工。根據現有條件，豎井開挖采用正井人工采挖方式進行。

3.2 井挖施工

(1)井口處理及提升設備設計。

豎井開挖前，為防止水流或石塊等物體落入井底，必須設置井圈梁。井圈梁采用C20鋼筋混凝土結構，截面尺寸為50 cm×80 cm，高出井口40 cm。提升井架基礎與井圈梁同時施工，其布置具體情況見圖1。

圖1 井圈梁布置圖

提升機是豎井開挖出渣的關鍵設備，主要從兩個方面考慮:一是安全性，二是出渣的效率。采用傳統鋼管腳手架配合卷揚機方式不但安全保證度差，并且因提升高度較大，一般卷揚機容繩率亦不滿足要求。因此，針對提升高度、施工進度要求設計制造了井口提升機(已申請專利，專利號:ZL 201220117607.4)，從根本上解決了提升安全及提升效率問題。

(2)井挖施工工藝流程。

豎井開挖流程見圖2。

圖2 豎井開挖流程圖

(3)鉆爆施工。

①造孔。采用手風鉆造孔，孔徑42 mm，嚴格按照鉆爆設計進行造孔。

鉆孔作業須嚴格按照掌子面標定的孔位進行造孔。造孔前，先根據豎井中心線調整鉆桿方向和角度，經檢查確認無誤后方可開孔。各鉆工分部位定人定位施鉆。各鉆孔必須嚴格按照掌子面上所標識的孔位開孔施鉆，崩落孔孔位偏差不大于5 cm，崩落孔和周邊孔要求孔底在同一平面上。造孔結束后，由現場施工技術員按照“平、直、齊”的要求進行檢查，對不符合要求的鉆孔重新造孔。

②裝藥爆破。采用人工裝藥。炮孔經檢查合格后方可進行裝藥爆破，炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯結由經考核合格的炮工按鉆爆設計成果進行施工作業。

全斷面開挖參考鉆爆示意見圖3，參數見表1。

3.3 支護施工方法

豎井275～307 m 高程設置系統錨桿，錨桿采用φ20鋼筋，長2 m，入巖1.95 m，間排距1.5 m×1.5 m，掛網混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網規格為φ6@200 mm×200 mm。275～307 m 高程不設系統錨桿，設計采用掛網噴混凝土，混凝土標號為C20，厚10 cm，鋼筋網規格為φ6@200 mm×200 mm。如有必要則根據實際情況設置隨機錨桿，隨機錨桿采用φ20鋼筋，長2 m，入巖1.95 m。

豎井開挖的前2～3個循環根據地質情況進行加強支護。

(1)錨桿施工。

①施工工藝流程。鉆頭直徑應大于錨桿直徑15 mm 以上，采用“先注漿，后插桿”的方法施工。工藝流程見圖4。

②施工方法。

a.鉆孔:采用測量儀器在支護部位按設計間排距測放并標示孔位，用選定的鉆機進行鉆孔的施工，鉆孔完畢用壓力風將孔道清洗干凈，經檢驗合格后，臨時封堵孔口。為保證灌漿方便、飽滿，造孔時可適當下傾一定角度。

b.桿體制安:錨桿采用砂輪切割機斷料，桿體在加工現場加工后運至安裝部位，采用人工插桿。

圖3 豎井全斷面開挖鉆爆示意圖

表1 全斷面開挖主要參數表

圖4 施工工藝流程圖

c.注漿:按照試驗室提供的砂漿配合比拌制水泥砂漿，注漿錨桿水泥砂漿的抗壓強度等級為M20。砂漿應拌和均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿應在初凝前用完并嚴防石塊、雜物混入，鉆孔注滿漿后立即插桿，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

(2)噴射混凝土施工。

①施工程序。掛鋼筋網噴射混凝土工藝流程見圖5。

圖5 工藝流程圖

②施工方法。

a.受噴面的準備工作。噴射施工前清理受噴面，清除開挖面浮石、石渣或堆積物，挖除欠挖部分，用高壓風水沖洗受噴面。對受噴面滲水部位采用埋設導管、盲管或截水圈等作排水處理。

b.掛設鋼筋網。受噴面驗收合格后，掛設鋼筋網。鋼筋直徑、鋼筋網的間排距按設計圖紙進行施工。鋼筋保護層厚度不應小于50 mm。網片筋與錨桿筋外露部位用電焊聯接，局部采用扎絲牢固綁扎。噴射前，在受噴面上設立噴厚標志。

c.混合料的制備。噴射混凝土的拌制嚴格按照試驗室下發的配合比進行。各種材料按施工配合比要求準確稱量?；旌狭蠑嚢钑r間不少于2 min，需達到攪拌均勻，顏色一致要求。混合料隨拌即用，存放時間不超過20 min 以保持物料新鮮。

d.噴射作業?；炷涟韬狭鲜褂昧锿不蛟捱\至施工部位。噴射混凝土自下而上施工，噴嘴按螺旋形軌跡一圈壓半圈的方式沿橫向移動，層層噴射，使混凝土均勻。上下區段間的接合部位和結構的接縫處應妥善處理，不得漏噴。噴射作業時，保持工作風壓穩定，連續供料。完成或因故中斷作業時，應將噴射機及料管內的積料清理干凈。噴射混凝土的回彈率不大于15%。噴射完成及時清理回彈料。

3.4 不良地質地段及涌水的處理

對于可能出現的不良地質段，根據開挖揭露的地質情況，分別采用超前錨桿、固結灌漿等加固措施。使用何種加固措施，由工程部、設計代表現場共同確定。

(1)超前錨桿施工。

當開挖揭露的圍巖類型為Ⅳ類時，采用超前錨桿配合錨噴的支護措施。圍巖類型由設計地質工程師現場確定，錨桿的直徑、長度、角度由設計工程師確定。

(2)固結灌漿施工。

豎井開挖過程中，若圍巖中存在破碎帶，對開挖會產生重大影響時，應依照工管部的指示，對圍巖進行超前固結灌漿施工。灌漿施工技術要求參照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》DL/T 5148-2001等相關規程規范執行。

(3)地下涌水的處理。

對于豎井開挖過程中可能出現的地下涌水，在開挖支護過程中，應準備大功率水泵備用，在地下涌水封堵后方能進行后續施工。根據涌水量大小采用埋設導管、截水圈、水平鉆孔接引等方法。如果出現大流量涌水，必須立即停止施工，會同設計人員研究止水或引流方案，處理完畢方可恢復施工。井內應設置集水箱或積水槽，便于井內積水的外排。

3.5 質量、安全、文明施工及環保措施

(1)開工前，認真做好爆破方案設計和控制爆破的參數設計，并通過開挖爆破實踐不斷優化爆破方案和爆破參數，以達到最佳爆破設計要求，保證將爆破作業對坡面的振動影響減小到最低程度。

(2)鉆孔嚴格按照設計鉆爆圖施工，各鉆工分區、分部位定人定位施鉆，每排炮由爆破工程師按爆破設計書的要求進行檢查。

(3)開挖過程中，及時測量放線，每一梯段開挖后均需重新測放開挖輪廓線，以保證鉆孔位置的準確性，輪廓線爆破鉆孔時采用樣架控制鉆孔角度，避免鉆孔偏離設計線。孔位的布置由測量人員測放并準確測定豎井中心線，鉆孔操作人員按測量數據嚴格控制鉆孔深度;為保證鉆孔精度，隨著開挖高程的下降及時測量開挖斷面，如發現超、欠挖超過規范允許值時及時進行處理。

(4)安排有豐富經驗的專業技術人員擔任施工技術及質量檢查工作，所有人員均需持證上崗。在施工前按施工組織設計、質量計劃、作業指導書對施工人員進行層層交底;施工中嚴格各施工程序及工藝要求，以優良的施工工藝完成支護工作。

(5)支護施工前，先對圍巖進行檢查，以確定所支護的類型或支護參數。開挖時每開挖一層，按設計要求及時進行支護;噴錨支護緊跟開挖工作面進行，以確保圍巖的穩定。支護作業嚴格按照有關的施工規范、規程進行。錨桿的安裝方法，包括鉆孔、在孔中鎖定和注漿等工藝均須經過安質環部的檢查和批準。

(6)斷層及破碎帶段開挖時，按照“短進尺、弱爆破、強支護”的原則進行施工，以減少對圍巖的擾動。對于穩定性很差的圍巖，按照設計圖紙要求，先進行加強錨桿支護。

(7)每日進行安全巡檢，每周進行安全檢查，每月進行安全考核。對不服從安全人員檢查、拒不執行安全管理制度的施工作業人員進行嚴肅處理，對存在安全隱患的施工部位應責令停工整改。

(8)做好井內外的聯系通訊，除使用對講機外，在井口安裝雙向控制電鈴，以便于溝通。

(9)定期檢查提升架的移動限位器，并保存檢查記錄。

(10)爆破后，啟動通風設備通風。施工過程中，保持洞內通風暢通，防止各種粉塵、廢氣等污染施工環境，采取有效措施降低噪聲、振動等污染環境的程度，避免其危害人體的身心健康。

(11)施工設備的停放整齊有序，設備性能安全、可靠;操作人員證件齊全，規范操作。機械設備修理后，場地無油漬、雜物。

4 結語

筆者通過研究類似工程的施工經驗，結合本工程實際情況，從施工程序、安全保證、爆破設計等各方面進行認真研究，有針對性的進行施工設計，圓滿地完成了預期目標。本施工方法在類似工程中值得推廣應用。