反導井施工技術在納子峽水電站引水洞豎井開挖中的應用

丁海軍 趙莉

【摘要】在水利水電豎井施工中，經常要進行導井的施工（即溜碴井），導井施工一般采用反導井鉆機、人工正導井和人工反導井施工法。納子峽水電站引水發電洞豎井成功采用人工反導井施工法，即節約成本又保證了工期，可供類似工程參考。

【關鍵詞】納子峽水電站、豎井導井、施工技術

1工程概況

納子峽水電站位于青海省門源縣蘇吉灘鄉和祁連縣默勒鎮交界處的大通河上游末段，距青海省西寧市的公路里程為186.16km。工程以發電為主。水庫正常蓄水位3201.5m，水庫總庫容7.33億m3。電站總裝機容量87MW，保證出力16.6MW，多年平均發電量為3.106億kW？h。工程規模屬二等大（Ⅱ）型。引水發電洞上彎段、豎井段、下彎段位于發電洞樁號0+257.57m～0+292.13m。巖性為黑云母石英片巖夾花崗片麻巖，灰色，塊狀結構，片狀構造，局部片麻狀構造，巖層產狀為NNW3200、NE500，巖體完整性差，節理裂隙較發育，局部圍巖穩定性差，上彎段洞底高程為3166.03m，埋深37～51m，豎井段頂高程為3151.55m，底高程為3112.27m，豎井高39.28m，直徑7.2m。下彎段底高程為3091.69m，洞頂埋深99m。引水洞平面布置圖1

2反導井施工方案的設計與施工

（1）豎井工程采用"反導井"法施工總體方案為：在引水洞上彎段開挖出工作平臺，利用地質鉆機沿豎井圓心豎直往下鉆孔至引水洞下彎段頂板，形成施工作業用吊籃鋼絲繩穿繩導孔，人工在吊籃平臺上往上鉆爆開挖2米直徑的溜碴導井。反導井施工法示意圖2：

豎井"反導井"開挖提升系統設置在引水洞上彎段施工作業平臺處，既有足夠的空間進行相應的設施布置同時又不至于影響豎井混凝土襯砌施工。提升桁架最簡便的方法就是在穿繩導孔上方用型鋼架設支架，頂部設置天錨作為倒向吊點。天錨采用6根Φ25孔深6.0m砂漿錨桿（每根錨桿至少可承受25KN的拉力，完全滿足要求），在天錨上焊接Φ25圓鋼筋做成的吊環，將倒向用的滑輪固定在吊環上，根據牽引鋼絲繩直徑及牽引力的要求，倒向滑輪采用100KN。從使用情況上看，由于倒向滑輪在運行過程中牽引鋼絲繩對其輪軸的摩擦會產生一定的損耗，因此倒向滑輪應選擇較大型號。卷揚機在3166.03m平臺上鉆設的Φ25孔深1.5m砂漿錨桿作為地錨固定。考慮足夠的安全系數，提升鋼絲繩選用Φ18.5、6×19mm+1-170kgf/mm2的鋼絲繩。

（2）鋼絲繩布置在導孔直徑為120mm圓內，孔向垂直向下，由于此孔又是"反導井"人工開挖的導向孔，直接關系到反導井開挖的方向定位，因此，務必保證其鉆孔的垂直度。施工前，首先由測量人員精確測放出孔位定線，然后將地質鉆機固定于打孔位置，調整鉆桿為垂直角度，隨后進行鉆設，并在鉆設施工前期隨時調整糾正鉆孔方向。整個鉆孔過程較為順利，日進尺7～8m，鉆孔的偏差也較小，能夠滿足施工要求。

（3）施工吊籃

該工程導井開挖斷面直徑為Φ2000mm，為了保證施工人員方便且有足夠的空間進行作業，吊籃設計空間直徑為Φ1300mm的圓形吊籃操作平臺，用160工字剛和80槽鋼焊接成鋼框架，用5mm厚的花紋鋼板鋪底，四周設置鋼護欄，吊籃頂部四周用Φ20圓鋼做成鋼絲繩吊耳。為了避免吊籃上下運行中"反導井"巖壁可能松動的巖塊威脅到吊籃施工人員的安全以及放炮后的作業面危石排除作業，同時又能在掌子面固定位置時鉆機操作等方便，在吊籃的上口設計制造一個活動頂蓋，頂蓋上有四個危石檢查、排除孔，方便施工人員觀察并進行危石清理工作。

（4）通風排煙

由于"反導井"施工空間狹小，空氣流通不暢，因此，保證施工過程中良好的通風排煙尤為重要，實際施工中，在引水洞下彎段設置一臺吸出式功率為11kw的通風機，在"反導井"內側將Φ60的風管接至掌子面處，用空壓機供風進行通風，將煙塵壓至下彎段處通過風筒和吸出式通風機工作將煙塵排出洞口。

為了解決部分煙塵通過鋼絲繩導孔和電話線導孔上升進入上彎段施工平臺，在引水洞進口處設置一臺功率為5.5kw吸出式通風機風筒連接至上彎段施工平臺，當部分煙塵上升至上彎段施工平臺后，通過風筒吸出式通風機工作將煙塵排出洞外。

（5）施工運輸道路

引水洞下平段已經開挖完成，導井施工中所用的材料設備以及爆破料運輸均通過下平段實現運輸任務。

（6）施工爆破棄料

當爆破時吊籃方下，拆除在吊籃上的鋼絲繩給鋼絲繩掛Φ80鋼棒作為配重預防鋼絲繩空載收繩無法正常纏繞同時避免鋼絲繩出槽，將鋼絲繩收回至上彎段施工平臺。將電話線從電話機上拆除和施工作業面照明燈一同從電話線導孔收回至上彎段施工平臺，爆破后，爆破料由于地形重力的作用全部掉落在下彎段，用一臺ZL50側翻裝載機裝料，自卸汽車拉出洞外至棄渣場。

（7）施工照明

在"反導井"底部安裝兩臺移動鏑燈，向上照明，放炮前，撤到洞外，作業人員全部配置礦用頭燈，并配給兩把大功率強光手電，做為臨時應急照明，通過電話線孔從上彎段施工平臺放至吊籃施工平臺，實現作業面照明，即可滿足整個工作面的施工照明。

（8）支護施工

為了保證吊籃施工人員的安全，根據平洞開挖實際圍巖情況，在每個開挖循環后，立即進行素噴混凝土對導井內已開挖巖石進行封閉。

（9）爆破施工

炸藥在"反導井"開挖時選用2#巖石乳化炸藥。"反導井"的掏槽孔和主爆破孔均采用連續裝藥結構，用非電塑料導爆管起爆。光爆孔采用不偶合間隔裝藥結構，選用導爆索同時起爆，導井周邊孔間距為50cm。（爆破參數詳見圖3）

（10）反導井施工

通過電話聯絡，上彎段施工平臺卷揚機操作人員將提升吊籃的鋼絲繩從中心穿繩導孔中落下，下彎段施工人員將鋼絲繩系牢于已裝上風水管鉆機等設施的吊籃吊耳上，兩名施工人員進入吊籃（一人為施工人員，一人為通信等施工輔助人員），通過電話聯絡，提升吊籃，同時開動空壓機，通過供風管向"反導井"內輸送新鮮空氣。在吊籃提升的過程中，電話一直保持通話，以便遇到緊急情況時可以隨時停車。當吊籃提升至掌子面可施工位置時，停止提升，施工人員用長短合適的鋼管將吊籃相對固定于四周巖壁，以便鉆孔施工時吊籃擺動，"反導井"的鉆孔采用一臺YT28氣腿鉆鉆孔，鉆孔深度經試驗1.5m最合適。鉆孔完成后，通過信號聯系，將吊籃下放至底部，裝上已準備好的火工材料重新提升至掌子面，裝藥連線，完成后下放吊籃將導線引至下部通道安全位置的起爆控制器，同時將吊籃鋼絲繩同吊籃分離開用裝載機吊至爆破范圍影響以外，一切就緒后起爆。爆破完成后往反導井內吹入空壓機的壓縮空氣加速排煙，待煙塵排完并至少等待30min后洞內巖體相對穩定時裝載機出渣完成后才能進行下一個循環的施工。

（11）工期及強度分析

導井頂部高程為3166.03m，底部高程為3097.89m，開挖總高度為68.14。導井開挖工期為2012年5月1日～2012年5月25日，施工總工期為25天，考慮不利因素影響，有效施工天數按20天計算，則日平均進尺需3.4m/d。循環進尺1.7m，日循環數2個循環，每循環所需時間為12小時。導井開挖循環作業時間見表

（12）資源配置

根據施工進度計劃和開挖強度要求，機械設備的配置滿足豎井段石方開挖施工需求，但部分機械設備在一定時段內可協調、統一使用，保證設備配置在滿足施工需要的前提下不閑置。豎井段開挖及支護工程施工主要機械設備配置見表3、人力資源配置見表4

3安全保證措施

反導井開挖支護施工中，確保安全是關鍵，為了保證工期、人員、設備安全，制定如下措施：

（1）進行"反導井"鉆孔施工時，在施工人員進入工作面之前，必須先開動空壓機對施工作業面進行通風30min分鐘以上，確認工作面已將煙塵排除干凈后，施工人員才能進入工作面。在施工人員開始進入工作面直至撤出工作面為止不得停止空壓機供風，以保證工作面有新鮮空氣補給，當施工人員在進入工作面的途中，感覺工作面煙塵尚未排除干凈或無足夠新鮮空氣，應返回安全地帶，延遲進入工作面的時間，防止人員缺氧或中毒。

（2）"反導井"爆破后，開動13m3空壓機，向工作面供風，以排除井內的煙塵，并同時開動下平洞內的吸出式通風機，通風30min以上并確認已將下平洞內煙塵排除干凈后，出碴人員才能進洞出碴。但豎井通風仍繼續進行，以切實保證將洞內的煙塵排除干凈，尤其當豎井施工10m以上時，還要適當延長通風時間。

（3）進入豎井工作面進行施工時，必須進行登記記錄，否則不得進入洞內。

（4）每排炮施工后，安全員要帶領豎井洞挖施工人員對已開挖段進行安全評估和處理，清除松動巖石，當確認安全后，才能進行下道工序的施工。

（5）在進行"反導井"施工時，吊籃中的所有施工人員必須佩帶安全帶并將安全帶牢固拴在在吊籃吊鉤上，豎井內施工人員必須按規定正確佩帶安全帽，才能進入工作面施工。

（6）"反導井"施工作業時，在豎井底部（下平洞內）派人進行值班，同時在下平洞進入導井施工區域內懸掛安全警示牌，提示導井有人作業、嚴禁閑雜人員出入等。

（7）經常檢查供照明的絕緣電纜表面有無破損，發現破損的地方必須予以更換。吊籃施工平臺上的照明必須使用低壓安全照明裝置，確保電線漏電不會傷及吊籃中的施工人員。

（8）洞內作業前，每班人員對施工設備進行檢查、處理，特別是機械上照明設備的檢查。

（9）每班安全員重點檢查，導井底部兩側圍巖情況，勤觀測巖石有無松動、掉塊或者滑動現象的發生，防止因爆破振動和地質原因而造成塌方事故發生。

（10）如導井頂部或側壁巖石破碎，必須停止"反導井"施工，進行素噴混凝土對破碎圍巖進行封閉且安全后方可復工。

4施工效果

通過"反導井"法的施工，導井開挖歷時18天完成了既定的目標，滿足了工期要求，為整個豎井擴挖贏了寶貴時間，也為整個引水洞按期完工提供了保障。

5結束語

納子峽水電站豎井導井開挖工作在常規方案不成立的條件下，經過方案的比選與優化，創造條件進行施工，并成功采用人工"反導井"開挖施工技術，為工程節點目標的實現創造了條件，同時也相對節約了施工成本。通過此次工程實踐本人總結了以下幾點體會和改進措施，供參考：

（1）嚴格按安全技術操作規程進行施工是保證"反導井"順利施工的關鍵。

（2）良好的上下通信聯絡是保證安全施工的前提。該工程采用有線電話實時聯系，克服了以往對講機聯系不可靠以及工程電鈴等信號聯系不確切的問題。

（3）在卷揚機控制上，本人認為如果再增加一個由吊籃上操作人員可以直接控制的雙控系統將更好。

參考文獻：

[1]胡忠英，葉明.溪洛渡水電站左岸導流洞2、3號閘門豎井開挖施工[J].水利水電施工，2014（1）：37-39.

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