寬城縣取水泵站豎井爆破開挖技術

陳智勇

（河北省水利工程局，石家莊050021）

寬城縣取水泵站豎井爆破開挖技術

陳智勇

（河北省水利工程局，石家莊050021）

寬城縣取水泵站地質條件復雜，施工難度大，施工中采用了反導井開挖、分次擴挖等施工方法。通過取水泵站豎井爆破開挖工程施工，分析了豎井開挖的施工程序和施工方法，總結了反導井開挖、豎井擴挖、爆破參數、安全支護等實踐經驗，對類似豎井開挖工程具有實際指導意義。

泵站；豎井；反導井；爆破參數

1 概述

寬城縣城區長期嚴重缺水，為解決水源問題從潘家口水庫庫區取水，由兩級泵站提升至清河梁高位水池，再由高位水池自流至現有水廠清水池，利用現有水廠及管網向縣城供水。取水泵站工程取水規模2.5萬m3/d，本工程包括進水隧洞、泵站取水豎井、一級泵站、二級泵站、DN600輸水管道（長31.2km）及高位水池一座（8000m3）。進水隧洞為城門洞型（寬×高=5m×4m），長163m，泵站位于進水隧洞末端，毗鄰潘家口水庫，采用豎井式。豎井開挖直徑19.5m，井深40.5m。寬城縣屬燕山山脈東部，地質情況為基巖裂隙含水巖組，屬于高山水文地質亞區。地貌類型為中低河谷地貌，巖性主要為砂質頁巖、白云巖、白云質灰巖等，圍巖為全風化巖石（Ⅲ類圍巖），開挖時應注意加強支護。

2 豎井開挖

水利工程豎井一般與平洞相連，豎井的底部為平洞，小斷面豎井（直徑為3m以內）采用全斷面開挖，大斷面豎井開挖則是先打豎導井，然后進行擴挖，挖除剩余部分巖體。豎導井開挖有兩種施工方式：①如果豎井底部設平洞且平洞能與豎井同時或提前開挖，則采用反導井施工法，即自下而上（平洞已打至豎井底部）先開挖豎導井以后，然后自上而下擴挖，豎井石渣從隧洞運走；②如果豎井底部沒有設平洞或平洞，只能在豎井開挖完成后開挖，則采用正導井施工法，即導井與擴挖均自上而下施工，井渣采用垂直提升，這種方法出渣困難，施工進度慢，費用高。

由于該工程取水泵站豎井下部設有進水隧洞且能夠提前打通，所以采用反導井施工法。

2.1 反導井開挖

本工程進水隧洞163m，施工時先開挖進水隧洞，進水隧洞開挖完成后自下而上開挖導井。施工方法為：在自下而上開挖導井的同時，豎井上口表層巖石同時進行開挖，豎井全斷面開挖3m后鎖井口，設置安全護欄，安裝龍門架、卷揚機等吊運設備。在豎導井開挖導通之時，豎井鎖口混凝土、安全防護欄、吊運設備安裝調試已經完成，即可進行豎井擴挖。

反導井直徑2m，開挖方法有兩種：方法1是在反導井壁上打錨筋，在錨筋上焊掛掛鉤，以便掛爬梯，作業人員可利用爬梯上下，材料物資和工具通過爬梯運送到掌子面。在爬梯上部搭設簡易架子平臺、人站在簡易平臺上鉆孔、裝藥作業。這種開挖方法的優點是風鉆鉆孔用水能自行排走，爆破后的石渣能直接落到底部平洞，由裝載機直接鏟運至洞外，裝車運至棄渣場，出渣速度快；其缺點是且每一次爆破之前，風、水、電線路及簡易平臺都要撤出，爆破完畢后爬梯掛鉤也要重新檢修，排險作業人員在下面無處藏身，比較危險，排險結束需要重新搭設簡易平臺，布設風、水、電線路。方法2是在地面上架設地質鉆機，由豎井的中心位置用打1個直徑150mm深孔，鉆到井底程。平洞開挖完成后，龍門架卷揚起重機鋼絲繩從豎井中心孔中穿過，在下部設吊籠，吊籠由鋼筋焊制，作業人員和材料物資工具在吊籠內隨卷揚機上下。并且在吊籠里實施鉆孔、裝藥、聯網作業。這種施工方法，優點是人員排危比較安全，施工準備時間短，速度快。缺點是豎井作業人員與地面卷揚機操作人員聯系不方便，如果溝通出現失誤，有可能出現安全問題。

本工程在吊籠上安裝了可控制卷揚機自動停止開關，并且利用了先進的通信設備可以克服此缺點，因此取水泵站豎井開挖時采用第2種施工方法。

2.2 豎井擴挖

由于取水泵站豎井為直徑19.5m的圓形井，斷面較大，為了減輕工人勞動強度，提高開挖速度效率，降低開挖成本，擴挖時根據實際情況采取兩次擴挖。第1次擴挖先開挖至直徑10m的豎井，爆破的石渣從反導井中溜入井底平洞中，由裝載機鏟運至洞外。然后進行第2次擴挖至設計斷面，然后對井壁進行錨噴支護。第1次擴挖每進行兩次循環，第2次擴挖進行一次循環。這種錯臺式擴挖可進行孔深較大的淺孔爆破，第1次擴挖孔深2.5m，第2次擴挖孔深為3.5m，絕大部分炮渣從導井溜入平洞內，大大減少清渣工作量，而且縮短清渣距離，出渣效率高，工作面上的石渣能清理干凈，鉆孔時不卡釬桿，鉆孔速度快，整個循環效率大大提高，從而降低了開挖成本。另外這種擴挖方式爆破臨空面大，采用合理的爆破參數，爆破效果很好，能減輕對圍巖的破壞，提高圍巖的自身穩定能力，對施工安全非常有利。為了保證擴挖施工安全，提高圍巖防護工作效率，在第二次擴挖后的圍巖面上，制作一個工作平臺，鋪上鋼筋網，工作人員在平臺上鉆錨桿孔、掛網、噴射混凝土等作業。工作平臺又作為下面擴挖施工的安全防護網。工作平臺的升降移動龍門吊來完成，使整個擴挖施工，安全防護非常方便，提高工作效率。

3 爆破參數

3.1 反導井爆破參數

反導井為圓形井（直徑2m），鉆孔采用2臺上向式風鉆。掏槽方式為直線型掏槽，掏槽孔布置5個，中間為空孔（利用地質鉆機所打的孔，孔徑150mm），其余孔為裝藥孔，孔徑40mm。孔深1.5m。起爆雷管采用毫秒導爆管雷管。炸藥單耗1.8kg/m3。反導井爆破布孔及起爆順序如圖1。

圖1 反導井爆破布孔及爆破順序

3.2 豎井擴挖爆破參數

豎井擴挖分兩次擴挖，兩個臺階，第1次擴挖至5m半徑的圓井，孔深2.5m，炸藥單耗為0.6kg/m3，布孔方式詳見第一次擴挖爆破布孔如圖2，排距1m，孔距1m。單孔藥量1.5kg，炸藥為標準藥卷，裝藥長度2m，堵塞長度0.5m。由毫秒導爆管雷管分段起爆。

圖2 第1次擴挖爆破布孔

第2次擴挖到設計尺寸，周邊為光面爆破孔，光爆孔內裝藥結構為間隔不耦合裝藥，由導爆索起爆炸藥，由同段毫秒導爆管雷管起爆導爆索。光爆孔爆破參數如表1。

表1 光面爆破孔爆破參數

擴挖爆破用風鉆鉆孔，孔徑40mm，炸藥單耗為0.6kg/m3，孔深3.5m，孔距1.25m，排距1.05m，單孔藥量2.75kg，炸藥為標準藥卷，裝藥長度3m，堵塞長度0.5m，布孔方式詳見第2次擴挖爆破布孔圖（圖3），由毫秒導爆雷管起爆。

圖3 第2次擴挖爆破布孔

4 豎井的安全支護

豎井的安全支護應采取多種措施，首先要做好井口的防護，豎井開挖2～3m深后，要停止開挖，清理圍巖，打間離為1.5m×1.5m錨桿，鎖井口。井口鎖口采用鋼筋混凝土結構，并設置防護欄桿。取水泵站豎井為Ⅲ類圍巖，傾角為50°。豎井二次擴挖后先及時噴混凝土支護，防止圍巖風化。然后鉆錨桿孔，錨桿排間距2m×2m，錨固深3m，在井壁上綁扎鋼筋網（20cm× 20cm網格，直徑6mm鋼筋），最后再噴8cm厚混凝土，防護完成后再進行下次循環。

5 結語

（1）施工中先開挖平洞然后采用反導井法施工豎井，不僅加快了豎井出渣速度，而且便于支護，有利于施工安全。

（2）豎井擴挖采用錯臺分次開挖能改善爆破效果，減少爆破振動，提高工作效率，降低生產成本。

（3）大斷面豎井在復雜地質條件下的開挖，應重點考慮安全施工措施，施工中采取光面爆破、錨噴及時支護、鎖井口等多種安全措施，避免出現施工安全事故。

［1］郭進平，聶興信.新編爆破工程實用技術大全［M］.北京:光明日報出版社，2002.

［2］于亞倫.工程爆破理論與技術［M］.北京:冶金工業出版社，2004.

［3］楊文淵.工程爆破常用數據手冊［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］汪旭光.爆破設計與施工［M］.冶金工業出版社，2011.

（責任編輯：姜彤宇）

Kuancheng County water pump station shaft excavation blasting technology research

CHEN Zhi-yong

（Hebei Water Conservancy Engineering Bureau，Shijiazhuang 050021，China）

The geological conditions of Kuancheng County water intake pump station is complex，the construction is difficulty.The method of reverse guide shaft excavation and divided into expanded cut is applied in the construction. Through water intake pump station shaft blasting excavation，analysis of the shaft excavation construction program and construction method，the practice experience of anti missile well excavation，shaft expanded excavation，blasting parameters and security support is summarized，it has practical significance to the similar shaft excavation engineering.

pump station；shaft；anti well；blasting parameters

TV551.42

B

1672-9900（2017）01-0076-03

2017-01-16

陳智勇（1973-），男（漢族），河北無極人，高級工程師，主要從事水利工程施工、技術管理工作，（Tel）15731162168。