長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)補氣豎井開挖施工

趙偉+++梅強

摘 要：以長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)7條補氣豎井為例，根據(jù)不同的開挖高度采取針對性開挖方案，對于70余米的補氣豎井采取反井輔人工擴挖，降低了施工難度，提高了施工進度；對于20米左右的補氣豎井利用反井鉆將導井施工完成后，采用全斷面一次開挖、快速成井；同時在施工過程中積極做好豎井安全措施，安全順利完成豎井施工，值得類似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：泄洪放空系統(tǒng)；補氣豎井；導井；正擴法；反擴法；爆破

1 概述

長河壩水電站是大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)整后的第10個梯級電站，位于甘孜州康定縣境內(nèi)。泄洪放空系統(tǒng)由三條泄洪洞和一條放空洞組成，均布置于右岸山體內(nèi)，從左至右依次為1#泄洪洞、2#泄洪洞、3#泄洪洞和放空洞，泄放系統(tǒng)補氣豎井共7條，圓形斷面，開挖直徑D=7.0m，初期支護均采用Φ25 L=4.5m砂漿錨桿、φ6.5鋼筋網(wǎng)及C25噴射混凝土。補氣豎井具體參數(shù)見表1，主要工程量：石方井挖13155.5m3；φ25 L=4.5m砂漿錨桿2708根；C25噴射砼905.05 m3。

表1 泄洪放空系統(tǒng)補氣豎井參數(shù)表

泄洪放空系統(tǒng)補氣豎井巖性為一套晉寧期-澄江期的侵入巖，其巖性以石英閃長巖（δ02（3））、花崗巖（γ2（4））為主，局部侵入少量細晶花崗巖脈（γl）。根據(jù)前期地質(zhì)勘察及施工期開挖揭示，泄洪放空洞系統(tǒng)區(qū)無較大的區(qū)域斷裂通過，根據(jù)統(tǒng)計補氣豎井主要發(fā)育的裂隙如下表，局部發(fā)育小斷層小擠壓破碎帶，圍巖總體以Ⅲ類為主，局部Ⅳ類。

2 施工方案及施工程序

大斷面、深豎井開挖目前采用比較常規(guī)且廣泛的是“反井鉆機施工導井+人工擴挖”的施工方案。長河壩1#泄洪洞2#補氣豎井（H=52.57m）、2#泄洪洞2#補氣豎井（H=78.71m）、3#泄洪洞2#補氣豎井（H=75.55m）及放空洞補氣豎井（H=75.77m），經(jīng)過綜合安全、進度、經(jīng)濟性分析后均采用LM-200型反井鉆機先施工直徑為1.4m導井，后人工擴挖至為3.4m溜渣井，然后正井擴挖至7米，渣料通過溜渣井溜渣至泄洪洞、放空洞主洞上層，利用主洞進行出渣，支護緊跟擴挖掌子面。

1#泄洪洞1#補氣豎井（H=22.64m）、2#泄洪洞1#補氣豎井（H=18.40m）及3#泄洪洞1#補氣豎井（H=18.15m）由于井淺，考慮安全及進度因素利用反井鉆將豎井在導井施工完成后，采用全斷面一次開挖、快速成井。[1]

2.1 導井施工

經(jīng)過安全和經(jīng)濟比較，豎井導井采用LM200反井鉆進行導孔和擴孔施工，有效解決導井施工的安全問題，同時7條豎井依次施工有利反井鉆集中流水作業(yè)。

導井施工程序：施工準備→測量放樣→反井鉆機基礎(chǔ)及輔助設(shè)施施工→反井鉆機組裝、調(diào)試運轉(zhuǎn)→φ216mm導孔施工→擴孔施工（D=1.4m導井）→反井鉆機及輔助設(shè)施拆運。

（1）輔助設(shè)施施工：包括反井鉆機冷卻系統(tǒng)設(shè)施施工，主要由水池、TBW850/50泥漿泵及回水槽組成。

（2）反井鉆機基礎(chǔ)施工，基礎(chǔ)采用C20砼基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸為3.0m×3.0m×1.0m（長×寬×高），并預(yù)留鉆機地腳螺栓孔。

（3）反井鉆機組裝及二期地腳螺栓砼施工，1#補氣平硐、1#連接平硐及2#連接平硐10.1m×8.05m（寬×高），2#補氣平硐為7.1m×6.05m（寬×高），滿足反井鉆機施工要求。反井鉆機各部件采用20t載重汽車運至施工現(xiàn)場，并采用WA470裝載機配合CAT323反鏟進行鉆機組裝，組裝完成檢查無誤后澆筑二期地腳螺栓砼。

（4）導孔施工。鉆機一期砼基礎(chǔ)及二期地腳螺栓砼強度達到要求后進行豎井導孔施工。導孔直徑為216mm，導孔鉆進的過程，加強鉆進過程、返出的巖屑情況的觀測同時根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，對地層有初步定性分析和了解，為φ1.4m擴孔鉆進、孔壁維護以及最后擴挖施工提供參考。在反井鉆導孔施工中，鉆孔偏斜率不大于1%，采用重慶地質(zhì)儀表廠生產(chǎn)的JQX-2數(shù)字化測斜儀檢測，作為糾偏的參考依據(jù)。

（5）擴孔施工。φ216mm導孔施工完成后，進行擴孔施工。開始擴孔時，下邊安排專人進行觀察，注意安全，在擴孔鉆進過程中，當巖石硬度較大，可適當增加鉆壓，反之可減少鉆壓。擴孔過程中，及時出渣，并做好下口的安全防護。當鉆進至距豎井上口2.5m時，降低鉆壓，緩慢鉆進，直至鉆至上口面。

（6）反井鉆機拆運。擴孔完成后，將鉆架主機及操作臺、油泵車等輔助設(shè)備拆裝，并運至下一豎井施工現(xiàn)場。

反井鉆施工方法及反井鉆機布置見圖2。

圖2 反井鉆施工方法及反井鉆機布置

長河壩泄洪放空系統(tǒng)的補氣豎井導井施工中導孔平均進尺為10～15m/d，反拉擴孔平均日進尺為5～8m/d，經(jīng)過6個多月工期安全、快捷完成了全部豎井導井的施工。同時本工程豎井位于泄洪洞洞身長度方向的1/3和2/3處，補氣豎井導井提前貫穿，對泄洪洞放空洞洞身開挖通風有較大的改善，改善了洞內(nèi)的作業(yè)條件，提高了施工功效。

2.2 人工擴挖施工

針對4條深豎井，其人工擴挖有三種方案，即正擴一次成型，正擴兩次成型，反擴法與正擴結(jié)合的方案，現(xiàn)將各擴挖施工方案的實際應(yīng)用情況進行介紹。[1]

（1）正擴一次成型：在放空洞豎井（BS41）前期提升系統(tǒng)沒形成時，先正向（自上而下）全斷面自上而下一次性擴挖，采用YT28手風鉆鉆孔，光面爆破，炸藥單耗1.2～1.4kg/m3，循環(huán)進尺為1.8～2.0米。

為防止堵井采取了合理布置爆孔密度，控制爆破后的石渣塊度不大于井徑的1/3，加大雷管的起爆間隔時間等一些有效措施。在開挖上部15米井深過程中也在豎井上部出現(xiàn)兩次輕微堵井，經(jīng)過分析主要是豎井段地質(zhì)條件差，裂隙節(jié)理較多，爆破后片狀、塊狀石渣多，在溜渣導井斷面較小（D=1.4m）、一次性擴挖時爆破渣量較大，造成輕微堵井，采取了爆破振動法進行處理，但是處理過程不安全因素較為突出。endprint

（2）正擴兩次成型：在滿足提升系統(tǒng)（門架）安裝條件后，豎井15米井深以下經(jīng)過研究調(diào)整為正擴兩次成井的方案：先由D=1.4m導井擴挖至D=3.4m，遇到圍巖較差，適時做一些臨時支護；再采用正井法D=3.4m擴挖至D=7.0m設(shè)計斷面，系統(tǒng)支護緊跟第二次擴挖進行，利用掌子面作為支護平臺進行支護施工。

相關(guān)的爆破參數(shù)如下：擴挖采用YT28手風鉆進行鉆孔，鉆孔深度3.0米，孔徑42mm，周邊光爆孔間距不大于50cm，崩落孔間排距60cm內(nèi)，一次擴挖2圈，爆破單耗在1.2～1.3kg/m3，二次擴挖布置3圈，非電雷管起爆、排間延時；爆破單耗在0.9～1.0kg/m3。[2]

施工時做好上下口、人行直梯等防護內(nèi)容。

提升系統(tǒng)采用龍門架，龍門架采用I20b工字鋼焊接加工制作。提升系統(tǒng)按“卷揚機牽引，承重橫梁支撐，載人載物吊籃分開”的原則進行設(shè)計；豎井擴挖垂直提升系統(tǒng)布置見圖3：

圖3 補氣豎井施工卷揚機提升系統(tǒng)

（3）反擴法與正擴結(jié)合：在1～3#泄洪洞下游的三條2#豎井，結(jié)合大崗山、溪洛渡電站豎井施工的經(jīng)驗，采用反擴法進行施工，施工程序為：導井施工→提升系統(tǒng)安裝→反向擴井施工→正向成井施工。

反向擴井施工從井底向井口在直徑1.4米的導井內(nèi)，采用10T卷揚機械提升系統(tǒng)提升高4米的兩層（每層高2米，直徑1.2米）圓形吊籠，每層吊籠內(nèi)配置1人1臺手風鉆進行造孔及裝藥爆破施工，為減少井下鉆爆工序交替，反向擴井采用集中造孔，分次爆破的方法進行，豎井反向擴挖施工方法見圖4。

在反向擴井完成后，換上正擴的大吊籃，按正擴的施工工藝流程，鉆孔孔深3.5m，周邊光面爆破孔鉆孔間距不大于50cm，崩落孔間排距離60～80cm，光爆孔線裝藥150～180g/m，中間爆破孔裝藥單耗為1.1～1.2kg/m3，爆破網(wǎng)絡(luò)采用非電毫秒雷管分段微差起爆，爆破后人工扒渣，井底出渣[2]。爆破完后及時進行系統(tǒng)支護，然后進入下一循環(huán)。在長河壩泄洪放空系統(tǒng)由于豎井井深在80米內(nèi)，先反擴再正擴法在進度上優(yōu)勢不明顯，但是導井施工時可以減少扒渣量，節(jié)省人工，有較好的經(jīng)濟效益。

2.3 全斷面一次爆破成井施工

1#泄洪洞1#補氣豎井（BS11、H=22.64m）、2#泄洪洞1#補氣豎井（BS21、H=18.40m）及3#泄洪洞1#補氣豎井（BS31、H=18.15m），由于井淺，采用全斷面開挖、一次支護的施工方法。

（1） 施工方法

全斷面開挖采用自下而上分段進行開挖，在豎井中心鉆設(shè)利用反井鉆先形成Φ1400mm中孔作為爆破自由面，周邊光爆孔及主爆孔均采用QZJ100B型潛孔鉆機進行鉆孔。爆破后石渣溜至泄洪洞、放空洞主洞內(nèi)，采用WA380裝載機配20t自卸汽車出渣。豎井初期支護待豎井開挖完成后，利用堆渣平臺進行。

全斷面開挖炮孔上下端均設(shè)置堵塞，炮孔下端采用木塞、碎石及炮泥進行堵塞，炮孔上部采用粗砂進行堵塞。炮孔下端木塞采用鉛絲吊掛，以避免堵塞物掉落，炮孔上部粗砂待裝藥完成后灌注。

（2） 爆破設(shè)計

泄洪放空系統(tǒng)補氣豎井全斷面開挖預(yù)裂孔徑φ70，孔距65cm，抵抗線90cm，線裝藥線裝藥360g/m；主爆孔孔徑φ70，間排距為1.0～1.2抵抗線100cm，孔內(nèi)采用分段連續(xù)裝藥，爆破單耗1.6～1.7kg/m3，爆破總鉆孔82個，平均2.22孔/m2。為防止爆破石渣堵塞導井，要求第一圈孔外延時依次逐孔起爆。具體開挖炮孔布置及爆孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 全斷面一次開挖炮孔布置及爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

3 施工安全措施

豎井的施工安全問題突出，本工程針對幾個重要的隱患項目采取了針對性的安全措施，主要包括豎井的上下口、卷揚提升系統(tǒng)、豎井的爆破安全防護措施。

3.1 豎井上下口安全防護及井下施工安全防范措施

在豎井上口距開挖邊線30cm及棧橋臨空側(cè)設(shè)置1.5m高安全護欄以防止井口及棧橋上施工人員跌落井下。

補氣豎井施工時泄洪洞正進行上半洞施工，存在立體交叉施工，下口采用立式防護隔離棚，與泄洪洞軸線平行設(shè)置，距泄洪洞軸線2m，保證了下部洞室的有序施工。

圖6 補氣豎井上下口防護布置圖

3.2 卷揚提升系統(tǒng)安全措施

補氣豎井卷揚機提升系統(tǒng)由10t卷揚機、鋼絲繩、天錨、滑輪組、施工吊物籃以及安全限位制動裝置等組成，主要是在人工擴挖、支護施工時提升施工材料、機具等。

（1）在提升系統(tǒng)運行前必須嚴格檢查整個提升系統(tǒng)各組件的性能及強度，包括卷揚機的牽引力是否滿足提升中的動態(tài)荷載要求，卷揚機制動是否靈活，機體固定是否牢固，電氣線路，離合器、保險棘輪、導向滑輪、鋼絲繩、索具和各緊固件等是否全部合格，鋼絲繩是否具有足夠的強度及無損傷等。滾筒與鋼絲繩、鋼絲繩與吊物籃的連接是否牢固，鋼絲繩的繩套必須用鐵環(huán)套加固等等。這些環(huán)節(jié)在施工中必須進行定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

（2）在棧橋l.5m以上位置安裝限位器，并在卷揚機旁設(shè)回刀開關(guān)，以備卷揚機失控時，直接關(guān)閉電源。

（3）每次吊裝重物時必須選取進行低距試吊，檢查剎車效能有無過緊或過松現(xiàn)象，如有，必須及時調(diào)整剎車杠桿的彈簧螺母，并不允許起吊重物長時間停懸于空中。

（4）卷揚機提升系統(tǒng)要求每天進行安全檢查、保養(yǎng)，特別是制動系統(tǒng)的完好性能檢查。

（5）在井口安排專職安全員及信號員，并配備高頻對講機與井下聯(lián)絡(luò)、指揮卷揚機操作手操作，井下人員配備備用礦燈，卷揚系統(tǒng)和施工照明配置小型的柴油發(fā)電機作為應(yīng)急備用電源。

3.3 豎井爆破施工安全措施

鉆孔必須嚴格按照爆破設(shè)計鉆孔，裝藥，裝藥由爆破員進行裝藥，裝藥過程嚴禁無關(guān)人員進入施工現(xiàn)場，爆破員持專用木制炮棍進行藥卷裝填，嚴禁使用其他金屬棍棒，裝藥完成、檢查合格后進行炮前警戒、通告、通知等工作，確認警戒、通告、通知無誤后進行起爆爆破。endprint