大型水電站豎井開挖與支護施工技術研究

吳衡　祝于森　羅江勇

【摘要】通過對復雜地質條件下大型水電站豎井的開挖與支護施工方法進行研究與實踐，探索了豎井的導井法施工、開挖前回填灌漿與開挖中的噴錨支護、鋼支撐加強支護，對塌方區域采取模噴、回填澆筑等處理方法，總結出對極其復雜地質條件下的豎井開挖與支護分別采取預固結灌漿、錨噴支護、鋼支撐加固以及模噴、回填澆筑的綜合施工方法。

【關鍵詞】大型水電站；豎井；開挖；支護；塌方處理

1、前言

某水電站1#豎井段是壓力管道的一部分，垂直高度102.2m（EL852.2～EL750.0）。根據施工組織設計，1#豎井采用反井法施工，先打導井，然后自上而下進行井身擴挖施工。在擴挖施工過程中，當全斷面擴挖進行到39.1m（即EL810）時，發現了下部有較大規模的塌方，塌方寬度以反導井為中心徑向最大半徑約9m。經多次研究，最終決定先將井內塌空區用混凝土填滿，并預留溜渣通道（預埋PE管），然后再自上而下擴挖。

2、豎井開挖

2.1施工方案選擇

豎井施工方式通常可分為兩類，即正井法和反井法。正井法是自上而下鑿井，最常用的辦法是采用手風鉆打眼、放炮，強制通風，人工裝巖或抓斗抓巖，吊桶出渣；其特點是對于復雜地質條件情況下，便于適時支護，確保安全。正井法開挖施工工藝落后，進度緩慢，且經濟效益較差，不滿足該水電站工期要求。反井法是先利用正井鉆機進行導孔施工，自上而下鉆出先導孔，再利用反井鉆機自下而上鉆出反導井，最后從上至下開挖，利用導井進行通風、排水和出渣。采用反井法施工，能充分利用反井鉆機施工小直徑鉆孔速度快、質量好和鉆眼爆破法破巖效率高、出渣快、節省通風和排水設備等特點，實現豎井快速安全施工。反井法具有較正井法機械化程度高、人員投入少、施工進度快、綜合經濟效益高等優點。經對比論證，1#豎井選擇了反井法施工方案。

2.2施工條件分析

1#豎井段開挖與支護是豎井段壓力管道部分的一道工序，豎井直徑較大、垂直高度達102.2m。施工交通靠上下平洞，條件較差；圍巖地質條件復雜多樣，施工難度極大。

2.2.1豎井開挖存在的問題

（1）圍巖地質條件差

1#豎井段圍巖為灰白色中厚層狀細晶白云巖、灰色石灰巖，自上而下巖性依次為②、③、④和⑤層，巖性差別較大，地質條件變化較多，以強風化為主；巖體較破碎，裂隙發育，裂隙面見厚5cm～10cm、呈條帶狀的風化暈，局部充填有2cm～5cm厚的粉土；該段巖溶作用較強，“溶蝕”、“砂化”現象明顯，存在溶洞堆積物，其物質多為孤塊碎石土，架空現象明顯。綜合評價：1#豎井段巖體完整性差，呈薄層～互層狀結構，多為Ⅲ～Ⅳ類圍巖，以Ⅳ類為主，局部為Ⅴ類，極易產生塌方掉塊。

（2）安全問題突出

由于1#豎井段較差的圍巖條件，加之豎井高度大，工作人員必須進入井內工作面施工，安全問題突出。

（3）先導孔與反導井施工困難

由于1#豎井圍巖條件差，先導孔鉆孔精度較難控制，鉆機施工時容易產生卡鉆、掉鉆，因此豎井的先導孔鉆孔、反導井擴挖成為本工程的關鍵點和難點。

2.2.2問題的應對措施

針對施工中可能遇到的突出問題，提出應對措施如下：

（1）對破碎巖體采取固結灌漿、錨噴支護、鋼支撐加固等措施。

（2）加強安全設施配置，具體包括：井口安全圍欄，安全防護罩；豎井內設安全鋼梯；加強安全用電系統管理；卷揚機設置安全防溜裝置；設置井內通訊設施；及時對開挖面進行噴錨支護。具體措施還包括：制訂一整套完整的運行管理制度；統一井內外的信號系統，對進入井內作業人員事先進行教育、學習；控制爆破；持證上崗；對各井口三班倒運行管理人員采用定人、定崗、定責任的三定管理；制訂各種危險源辨識和防范措施，對可能發生的事故制定相關的防范措施和應急措施，定期和不定期進行安全檢查。

（3）保證鉆機安裝精度，開孔時采用扶正器；在先導孔鉆進過程中及時采取糾偏措施，合理采用鉆壓和轉速、每鉆進10m做孔斜檢測并進行糾偏等。對反導井施工和擴挖施工中可能遇到的問題亦制定相應的措施對策。

3、豎井支護

豎井井口21m段采用混凝土襯段，井身段的二次支護施工為掛網噴護混凝土施工。在豎井開挖施工時布置的1臺10t卷揚機提升系統，現用作掛網鋼筋的垂直運輸。大吊籃作為主要施工平臺，施工時按施工人員的高度確定每次吊籃提升高度。初步擬定為：掛網施工每次提升1.8m～2.0m；噴混施工每次提升1.0m。鋼筋網的連接采用在豎井井口布置一臺電焊機，對鋼筋網現場焊接。混凝土噴護施工采用濕噴機送料，人工噴護。

噴混凝土施工首先清理基礎面，采用高壓風清掃巖面，再測量放線埋設控制噴射混凝土厚度的標志，驗收合格后，按監理審批后的混凝土配合比進行配比；噴漿機放在吊籃上，噴漿料采用自卸汽車進行運輸，通過排風豎井洞口制作盛料斗，下接80mm鋼管，再接軟管至工作面噴射。噴射作業應分段分片進行，噴射順序自下而上，分段長度一般不超過6m，噴射方向應大致垂直巖面，噴射混凝土順序應遵循“先下后上，先凹后凸”的原則。噴嘴與受噴面垂直，保持0.6m～1.2m左右的距離；分層噴射時，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行，若終凝lh后進行噴射，應先用風水清洗噴層表面；并調節噴射角度，以保證鋼筋與壁面之間混凝土的密實性。噴射混凝土面應平整，不允許出現鼓皮、割落、局部空洞及流淌等現象。相臨區段搭接處必須認真控制，保證搭接處光滑平整、無明顯接頭痕跡。噴射過程中應保持噴射機工作風壓穩定，連續均勻向噴射機供料。完成噴射混凝土作業或因故中斷噴射作業時，應將噴射機和輸料管內的積料清除干凈。噴層終凝2h后噴水或噴霧養護，養護時間不得少于14d。氣溫低于+5℃不得噴水養護。

4、結束語

綜上所述，在豎井深井巖石開挖的過程中，采用反井鉆機施工導井，再用人工進行反擴，最后正擴，使開挖的石碴從井中溜下，減少了人工出碴的強度，降低了施工難度。

參考文獻：

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