小斷面豎井一次鉆孔逐段爆破自下而上開挖施工技術

郭偉

摘 要：溧陽抽水蓄能電站廠房內基坑排水從滲漏集水井通過三段管道井，最終通過自流排水洞將水排至下庫庫區內，其中三段管道豎井分別布置在廊道及自流排水洞間，所處地質條件較差，且廊道內空間狹小。針對豎井上下通道空間狹窄問題，對豎井開挖施工方案進行研究，研發了豎井導井一次鉆孔逐段爆破自下而上開挖施工新技術。此施工技術操作性強、效率高，保證了質量、安全，經濟效益明顯。

關鍵詞：豎井導井；一次鉆孔；逐段爆破；自下而上開挖

1 概述

溧陽抽水蓄能電站廠房內基坑排水從滲漏集水井通過三段管道井，最終通過自流排水洞將水排至下庫庫區內，其中三段管道豎井分別布置在-55m廊道、-27.5m廊道、8m廊道及自流排水洞間，長度分別為22.14m、32.80m、22.28m，豎井開挖直徑為3.3m，襯砌后凈斷面為2.5m。三條管道豎井上下井口均位于廠區排水廊道內，廊道的空間狹小，采用常規的豎井開挖方法施工很難進行。

2 施工方案選擇

目前國內外地下工程中，豎井施工十分普遍，根據其施工條件不同，其施工方法也有所差別，依據國內外施工經驗，對于一些小斷面淺豎井以及大斷面豎井底部無通行條件，一般采用全斷面正井開挖的方法；大部分豎井施工均采用先開挖導井再擴挖的方法。導井施工的方法主要有反井鉆機法、吊罐法及爬罐法，對于井口上部空間較大、深度較大的中硬巖石豎井來說，一般采用反井鉆機鉆設導孔再反拉成導井的方法，對于地質條件較好，采用吊罐法或爬罐法從豎井底部進行開挖。

溧陽抽水蓄能電站廠區排水管道豎井共布置3段，屬于小斷面淺豎井，其上下井口處在排水廊道及自流排水洞端頭部位，豎井上下通道空間狹窄，且3段豎井所處地質條件復雜，為Ⅳ類圍巖，巖性主要以石英砂巖為主，巖體完整性差，開挖時極易發生坍塌現象。如采用全斷面正井開挖的方法，不但速度慢，安全性也較差，采用反井鉆機法鉆設導井，反井鉆機設備進人困難，且不經濟，采用吊罐法或爬罐法從豎井底部自下而上開挖導井，由于地質條件較差，施工安全問題很難保證。

在總結多年地下工程豎井施工經驗的基礎上，我們通過研究，力求在受上下通道空間狹窄條件限制的短豎井施工上探索新的施工技術。

經過對幾種方法的論證比較，三條豎井均采用自下而上小導洞先行，然后二次擴挖成型下部出渣的方法。具體做法為：

（1）用潛孔鉆機在豎井中心從上向下鉆孔到豎井底部，在中心孔周邊半徑0.6m圓弧上均勻布置4個鉆孔。

（2）利用鉆孔自下而上逐段爆破，形成Φ1.2m導井。

（3）利用導井溜渣，自上而下擴挖成型。

（4）豎井底部利用小裝載機裝三輪農用車出渣。

3 施工過程

3.1 上下井口廊道開挖

①豎井的上部井口位于自流排水洞的終點端頭部位，需進行擴大開挖，擴大段的尺寸為5.8m×4.0m×3.4m（長×寬×高），其中2.0m長度洞段為擴大段與自流排水洞銜接。下部井口位于8m排水廊道內，根據豎井的特點及施工方法，下部井口部位擴挖的斷面需對原設計圖紙進行調整，下部井口按斷面尺寸4.1m×4.0m×3.4m（長×寬×高）進行開挖，并采用與上部井口同樣的支護方法。

②、③豎井上下部井口分別位于8m、-27.5m及-55m排水廊道內，其井口部位擴挖的尺寸同①豎井下部擴挖的尺寸，支護方法相同。

三條豎井上、下井口部位擴挖采用全斷面開挖的方法，手風鉆進行造孔，周邊光面爆破。

3.2 導井開挖

3.2.1 鉆孔施工

導井按直徑1.2m進行開挖，中間鉆孔直徑為90mm，爆破孔孔徑同樣為90mm。待豎井上井口及下井口的平洞開挖完成后，將豎井斷面位置平整好，定出鉆機位置，潛孔鉆機就位。

鉆機先鉆中間孔，直至鉆到豎井底部與下部平洞貫通，測量鉆孔上、下位置的偏差。再鉆設周邊四個裝藥孔，直至貫通。

3.2.2 爆破施工

由于爆破孔是貫穿的，裝藥較困難，沒法進行底部和上部封孔，因此人工在底部廊道內制作爆破藥管，采用一根直徑75mm、長1.6m的PVC管作為保護管，底部采用鐵絲封好，并裝入布等材料將底部封堵30cm～50cm，再裝入Φ60藥卷2卷，上部采用布等材料封堵30cm，并采用一根導爆索引出。從豎井上部通過鉆孔引下一根鐵絲將制作好的爆破藥管牽引至需爆破位置，上部鐵線固定在側墻錨桿上，依次將每個爆破孔裝好爆破藥管。在豎井底部的廊道內將每個爆破孔引出的導爆索集中后采用一根導爆管引至爆破安全部位，采用電力起爆法起爆，每爆破施工一次，石渣在重力作用下落至豎井底部，當爆破后鉆孔存在堵孔時，在井上部采用潛孔鉆重新進行掃孔，每一循環進尺約2.0m，導井剩余10m時，改用從井上部裝藥的方法，首先將鐵絲從鉆孔底部穿至井下，在鐵絲上綁好布或者袋子等提至鉆孔底部將孔底封住，再從上部向鉆孔內投入約30cm高度快硬水泥，封好孔底，然后從上部投入藥卷，藥卷上部封堵采用快硬水泥，并將導爆索引至豎井上部，每個爆破孔引出的導爆索集中后采用一根導爆管引至爆破安全部位，采用電力起爆法起爆。

3.3 豎井擴挖

3.3.1 井口布置

（1）井口提升系統

導井擴挖井口需布置提升系統，采用一臺5t卷揚通過龍門架提升載人吊籠，另一臺5t卷揚通過龍門架提升吊籠穩繩。龍門架尺寸為2.5m×2.5m（寬×高），用Ι20工字鋼焊制，兩立柱上焊Φ25鋼筋爬梯，上部橫梁安裝一個天輪。龍門架底部固定在井口布置的Ι20工字鋼橫梁上，工字鋼橫梁采用地錨進行鎖定。并在井口布置一人員上下井口出入的平臺。

（2）防護大盤

井下打鉆人員施工時，Φ1.2m導井井口采用Φ2.5m的防護盤，防護盤采用Ι20工字鋼及Φ25鋼筋焊制，通過提升穩繩的5t卷揚進行提升。

（3）井口防護系統

井口周圍采用腳手架鋼管或Φ25鋼筋制作安裝防護欄桿，安裝防護網，并安裝踢腳板。

3.3.2 擴挖爆破設計

由于空間狹小，采用2臺YT-28型手風鉆鉆孔，為合理布置爆破孔防止溜渣井堵井，炮孔共布設三環，周邊孔間距0.5m，孔深3m，孔底略向外偏出20cm，為下一炮鉆孔提供空間，自外向內第二環孔距離周邊孔30cm布置，孔間距為70cm，孔深2.5m，第三環孔距第二環孔30cm布置，孔深2.5m，間距為100cm。炸藥采用2#巖石硝銨乳化炸藥，非電毫秒雷管引爆導爆索起爆炸藥，每炮平均進尺2.2m。施工時通過爆破試驗確定爆破參數，保證擴挖后的開挖面平整度。

3.3.3 出渣

導井及擴挖出渣均從豎井底部廊道內進行，采用0.2m3裝載機裝農用三輪車將石渣倒至8#支洞內，再采用3m3裝載機裝15t自卸汽車運至棄渣場。

3.4 支護施工

豎井的系統支護主要為系統錨桿、鋼筋網和噴C25混凝土組成的柔性支護。每開挖一循環緊跟進行支護施工。

（1）系統錨桿規格為Φ18，L=2m，排距為1.0m，采用手風鉆進行造孔，先注漿后插桿的方法人工進行安裝。

（2）掛Φ8@200×200鋼筋網，人工現場進行編制。

（3）噴100mm厚C25混凝土，采用干噴的方法，噴射機布置在井口部位，接引3寸膠管至井內噴射部位。

3.5 二次模筑混凝土

豎井開挖完成后，二次模筑混凝土采用滑膜的施工方式，混凝土外觀質量較好。

4 結束語

豎井導井一次鉆孔逐段爆破自下而上開挖施工新方法，研制了專用爆破藥管，爆破段采用PVC管作為爆破筒保護管，上下封堵，實現了自下而上分段裝藥、分段爆破。此施工技術操作性強、效率高，既保證了質量、安全，又提高了經濟效益。

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