印尼PAKKAT水電站隧洞豎井開挖及支護施工技術探討

謝　盛

（江西省水利水電建設有限公司　江西　南昌　330025）

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印尼PAKKAT水電站隧洞豎井開挖及支護施工技術探討

謝盛

（江西省水利水電建設有限公司江西南昌330025）

摘要本文結合帕卡特水電站中引水隧洞豎井施工實例，針對本工程巖石整體性差且易破碎的情況，針對豎井不同地質條件，提出3種不同的支護方式，總結出不同類型地質情況下豎井開挖及其支護的具體施工技術。

關鍵詞隧洞豎井開挖；光面爆破；開挖支護

1　工程概況

帕卡特水電站位于印度尼西亞共和國北蘇門答臘省帕卡特區境內,壩址位于東經221°29′21″,北緯2°08′03″，AekSirahar河上游，河床高程440m～450m處，距帕卡特區中心約5km，距省會棉蘭320km。廠址位于東經221°29′26″,北緯2°07′38″，在壩址下游約0.35km處（順河），壩址以上集雨面積251km2。本樞紐主要建筑物有：混凝土重力壩（含溢洪道），發電引水上平洞，豎井，下平洞及發電廠房，升壓變電站等。

引水隧洞上平洞總長308m，坡度為1%，隧洞開挖直徑3.6m，襯砌型式為不襯砌、噴錨支護和鋼筋砼襯砌，襯砌工程量在隧洞開挖揭露后，根據實際地質條件調整。砼襯砌段采用C25砼，襯砌厚度30cm，襯砌后洞徑為3.0m。錨噴段采用掛網Φ6@20×20噴C30砼厚10cm，局部不穩定段增加隨機錨桿。不襯砌段的錨噴段底部抹15cm厚C20素砼。混凝土襯砌段均需固結灌漿和回填灌漿。

在樁號0+323.156m處為豎井,用轉彎半徑15m和8m的圓弧與上、下平洞相連接，井深為133m，開挖直徑3.8m，410m以上高程采用C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為40cm，襯砌后洞徑為3.0m。其下為Q345- C鋼板襯砌，襯砌后洞徑為2.6m，井壁需進行固結灌漿。豎井后接下平洞至隧洞出口（樁號0+430.412m），縱坡為1%，開挖直徑3.2m，采用Q345- C鋼板襯砌，鋼板厚度為14mm～22mm，采用C20砼回填，襯砌后直徑為2.0m。豎井全長145.068m（含上、下反弧段），高差130.152m，開挖洞徑4200mm，鋼襯直徑3000mm，板厚14mm～16mm。通過反井鉆機擴孔情況推測，巖石節理發育，巖石整體性差，較破碎，滲水較嚴重。

2　豎井開挖施工方案選取

本工程豎井開挖采用全斷面光面爆破的方式進行。YP—27、YP—24氣腿式風鉆鑿巖造孔，人工裝填炸藥，電雷管起爆，爆破后采用扒渣機、翻斗車出渣。

（1）鉆爆施工。由于反井鉆機已經擴出了直徑1.4m的中心孔洞，所以只布置輔助孔和在設計輪廓線上布置周邊孔。輔助孔孔軸中心布置在半徑1400mm的輪廓線上，孔距500mm。周邊孔孔距440mm。孔深全部為2000mm。為了分開管路、電路。在靠下游側開挖一500mm×1200mm的凹槽，該凹槽內一側布置風、水管路，一側布置電路。

（2）出渣處理。爆破后留在平臺上的石渣采用人工推向導洞，自落到豎井底部。在下平洞采用扒渣機、翻斗車聯合出渣。每3排炮出渣一次。根據豎井不同高度的地址條件，對豎井采取以下3種不同的支護方式。1、對巖石結構較好，滲水量少的地段，采取掛鋼絲網和鋼筋網相結合并噴砼的方案進行保護；2、對巖石結構較好，滲水量大的地段，采取內掛鋼絲網和鋼筋網，外掛安全網相結的方式進行保護；3、對巖石破碎或夾泥質斷層等地段，采取鋼筋網和現澆C20砼的方式進行保護。

（3）井口鎖口、起吊安全架。對豎井開挖施工時，豎井鎖口采用八角形鋼筋砼。在水平方向布置2排錨筋，豎直方向布置一排錨筋，砼采用C20砼，砼高出地面500mm。在鎖口的上部采用鋼結構對豎井頂部進行支護保護。防止巖石脫落及水漏入井內。鋼架10根150的工字鋼作立柱及橫梁，頂部采用10號槽鋼沿巖壁支撐，空隙部位采用槽鋼頂密實，并在巖壁緊貼一層鋼絲網。在框架上部采用鐵皮瓦進行擋滲水。

（4）開挖施工所需的起重設備選取。由于人員、物質等需要通過起重設備下到工作面，因此在豎井的上反弧段布置起重設備。另外，本工程開挖施工主要起重設備由5t卷揚機一臺、門式吊架和2套升降機等組成。其中5t卷揚機的運行速度為10m/min，配置鋼絲繩為Φ19.5，5t卷揚機安裝在離豎井中心15m處，門式吊架布置在豎井中心處。通過安裝在吊架上的5t定滑輪導向，從豎井中心處起吊。升降機采用清洗高層建筑外墻的雙吊點升降機，該設備在吊籃中控制升降，雙吊點可以防止在升降時吊籃旋轉，并配有自動鎖定裝置和電機失效安裝裝置，安全性好。一套升降機安裝在井口頂部鋼架上，一部安裝在施工平臺下方。

3　豎井開挖施工所采取的支護方案

為了提供支護空間，不對原設計的安裝、運輸空間造成影響，本工程對豎井開挖時采取增大開挖半徑的方法，如圖1所示。即開挖直徑增加至4400mm（對需要現澆砼的地段，直徑增加至4600mm）。鑒于本工程中巖石節理發育，巖石整體性差，較破碎以及滲水較嚴重，該情況下進行大直徑豎井開挖，如何采取合理的豎井支護是工程施工關鍵要點。因此需要對豎井開挖施工全過程中采取有效的支護方式，鑒于此，本工程結合豎井不同高度情況，對豎井采取以下3種不同的支護方式。對巖石結構較好，滲水量少的地段，采取掛鋼絲網和鋼筋網相結合并噴砼的方案進行保護；對巖石結構較好，滲水量大的地段，采取內掛鋼絲網和鋼筋網，外掛安全網相結合的方式進行保護；對巖石破碎或夾泥質斷層等地段，采取鋼筋網和現澆C20砼的方式進行保護。

圖1　豎井上彎開挖方案圖

3.1掛鋼絲網和鋼筋網相結合并噴砼的方案

針對本工程中巖石結構較好、滲水量少的地段，對豎井支護方式采取掛鋼絲網和鋼筋網相結合并噴砼的方案進行保護。錨筋采用螺紋鋼筋直徑22m，單根長度3.0m，同時要求錨筋深入基巖2.8m，錨筋間距1.2m，每排11根，排距1.5m。錨筋采取梅花形布置，在錨筋之間增加一些固定點，使鋼絲網、鋼筋網成圓弧狀。支護所選用的鋼絲網要求鋼絲直徑2.5mm，網眼尺寸50mm～60mm；選取的鋼筋網要求鋼筋直徑19mm，上下間距200mm，豎向鋼筋22根直徑19mm，22根直徑13mm。砼采用C30砼，厚度為100mm。

（1）對于豎井高度小于20m的豎井開挖施工，應當在爆破完成后，作業人員通過提升設備下降到作業面，清渣完成后作業人員站在施工平臺上對未進行支護的巖面清理松散巖石，清理石渣。采用風鉆機鉆錨筋孔，完成后，采用砂漿中摻少量速凝劑作泥膠材料埋設錨筋。作業人員的安全帶掛在錨筋上，以防人員墜落。吊運鋼絲網下到作業面，人工掛網。鋼絲網緊靠巖壁，離巖壁距離大的部位增加小錨筋進行加固處理。鋼絲網采用鐵絲與錨筋連接。增加的小錨筋采用沖擊鉆鉆孔，鉆頭14mm，用直徑13的螺紋鋼捶打植筋。加工場加工的弧形鋼筋網片吊裝，把鋼筋網與錨筋焊接牢固。所有的鋼筋接頭全部采用焊接。對于局部需要采用鉆孔引水的部位安裝排水管，堵塞漏水縫隙。每2m為一次安裝段，安裝在安全平臺上進行。鋼筋網的底部離爆破面保持在4m的高度。

（2）對于豎井高度大于20m的豎井開挖施工，本工程采取的施工流程如下：安裝安全平臺、施工平臺。人員在施工平臺上對上部已經安裝了鋼絲網、鋼筋網的巖壁進行清洗。清洗完畢后，把噴射機安裝在施工平臺中間，連接管、線。砼通過吊籃吊至安全平臺上，通過安全平臺中間的活動門進行喂料。噴射人員在施工平臺內進行噴射作業。每噴射2m高后，平臺通過卷揚機下放2m，并鎖定平臺在錨筋上。進行下一段的噴射施工。噴射砼每10m高度為一次施工，噴射砼的底部始終保持離作業面10m高度。

3.2內掛鋼絲網和鋼筋網，外掛安全網相結合方案

針對本工程中巖石結構較好但滲水量大的地段，對豎井開挖支護方式采取內掛鋼絲網和鋼筋網，外掛安全網相結的方式進行保護。開挖爆破完成后，作業人員通過提升設備下降到作業面，清渣完成后作業人員站在施工平臺上對未進行支護的巖面清理松散巖石。然后采用風鉆機鉆錨筋孔，鉆孔完成后再采用砂漿中摻少量速凝劑作泥膠材料埋設錨筋。錨筋埋設完成后，則可以采取人工掛網。但值得注意的是，針對于離巖壁距離大的部位應當增加小錨筋作加固處理。本工程采取增加的小錨筋通過采用沖擊鉆鉆孔，把鋼筋網與錨筋焊接牢固。所有的鋼筋接頭全部采用焊接。

3.3鋼筋網和現澆C20砼相結合方案

針對本工程中巖石破碎或夾泥質斷層等地段，對豎井開挖支護方式采取鋼筋網和現澆C20砼相結合的方式。該方案的支護方式與第一種支護方式相同，本方案混凝土選用C20。但本方案為了方便施工，安全平臺固定在需要澆筑砼段的底部。模板采用鋼拱架，木板相結合的方式。砼采用吊罐吊運到安全平臺上，人工鏟鍬入倉。

4　結語

文章結合帕卡特水電站中引水隧洞豎井施工實例，針對該工程中巖石節理發育，巖石整體性差且破碎情況，提出合理的豎井開挖方式以及支護方案，結合不同高度的地質條件，對豎井開挖施工采取了3種不同的支護方式。從工程實施效果表明，本工程豎井所采取的開挖以及支護方式是安全有效的，可為同類工程提供參考實例。陜西水利

參考文獻：

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（責任編輯：唐紅云）

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