靈關水電站壓力管道斜井開挖施工技術

李 東 強， 董 雪 梅， 孟 凡 朋

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

靈關水電站地處青衣江支流寶興河中游段，位于寶興縣靈關鎮小關子～大溪鄉煙溪口河段，上接小關子電站尾水，下接銅頭電站庫尾。電站由擋水建筑物、泄水建筑物、7.277 km長的引水隧洞、調壓井、調壓井前后漸變段、250 m長的壓力管道、主副廠房、安裝間、GIS樓及860 m長的尾水渠等建筑物組成。電站裝機容量為2×38.4 MW。

靈關水電站壓力管道采用埋管方案，采用一條主管分為2條支管( 對稱“Y”形分岔)向2臺機組聯合供水的方式以使水流進入廠房時對稱均勻。壓力管道的管線全長240 m，由上平段、斜管段、下平段組成，鋼管在下平段分叉。

壓力管道采用鋼管外包鋼筋混凝土(C20微膨脹混凝土)的型式，混凝土襯厚除管道始端10m長之內為1 m外，其余均為60 cm。埋管外包混凝土與基巖接觸部分全線管道頂部120°范圍采用回填灌漿，管道圍巖全斷面進行固結灌漿。

壓力管道的斜井布置及設計支護情況見圖1。

2 壓力管道斜井的開挖及支護

圖1 靈關水電站壓力管道剖面圖

2.1 施工規劃及施工程序

由于靈關水電站壓力管道的斜井坡度為45°，且其地質條件極差，在無輔助手段的情況下難以成井，故不適用于采用反井鉆機進行導井開挖。因此，在上彎段開挖及臨時支護完成后，先采用人工從上自下開挖了一個3 m×3 m城門洞型導井[1](頂部弧型與壓力管道設計開挖斷面相對應)，導井貫通后再自上而下由人工利用YT-28手風鉆造孔，采用鉆爆法施工，人工扒渣溜至下彎段，柳工50C裝載機裝渣至下平洞口裝15 t自卸汽車經2#機改道公路運至渣場。

無論是導井開挖或斜井擴挖，施工過程中均須適時跟進并加強鉆爆前的超前支護及鉆爆后的臨時支護，以確保施工過程中人員、設備的絕對安全。所采用的臨時支護措施為：鉆爆前超前錨桿、鉆爆后及時素噴C20混凝土封閉巖面，再架工字鋼或格柵拱架并進行錨噴臨時支護[2]。遇垮塌部位時及時回填灌漿充填，防止垮塌事故的進一步加大。

2.2 施工布置[2，3]

(2)施工用風、水、電。施工用的風、水、電均由上、下平段就近位置直接引入工作面即可。

(3)通風散煙。斜井導井施工時采用壓入式通風，導井貫通后為自然通風。

(4)施工排水。導井施工的排水由潛水泵抽至6#+1支洞后自流出洞外煙溪溝內，擴挖時由下平洞自流至洞口，由潛水泵經集水坑抽排至煙溪溝內。

2.3 開挖方法

2.3.1 導井施工

從斜井擴挖施工的安全角度考慮，斜井導井采用正井法上導井施工，開挖時保證頂部按設計斷面開挖并及時跟進臨時支護，以減少擴挖時的重復支護和對頂部的擾動。卷揚機提升系統參考《水電建設》期刊2006年第2期(總第64期)中《軟弱圍巖斜井開挖施工》一文中卷揚機提升系統進行布置。卷揚機選型為JM-5型電動卷揚機。

(1)鉆爆開挖。人工持YT-28手風鉆鉆孔，周邊光面爆破，楔形掏槽方式，孔深1～1.2 m，周邊孔孔距為30～40 cm，崩落孔間距為50～70 cm，人工裝2#巖石乳化炸藥，非電毫秒雷管爆破，周邊孔原則上采用導爆索光面爆破。局部段內由人工持鎬直接挖鑿成型。人工裝自制裝渣料斗，由卷揚機提升系統經槽鋼軌道拖至上彎段卸料，小四輪或膠輪斗車接料運至附近存放，裝載機裝15 t汽車運至渣場(圖2)。

在鉆爆過程中，始終遵循“短進尺、多循環、弱爆破、強支護、循序漸進”的原則進行施工。

(2)安全支護。由于導井開挖支護的重要性及該處地質條件的特殊性，項目部對整個斜井段導井開挖堅持超前錨桿、錨噴支護、工字鋼拱架或格柵拱架相結合的支護原則。支護參數為：①鉆爆前，在開挖邊線以外10 cm按4°～5°打入φ25@30 cm，L=3 m的超前錨桿，超前錨桿的壓接長度以不小于150 cm為宜；②爆破后立即噴5 cm厚C20混凝土封閉巖面，然后按70 cm左右間距架設鋼筋格柵拱架，打入φ25，L=3 m鎖腳及固拱錨桿，然后加掛φ6.5@20 cm×20 cm鋼筋網，再噴10 cm厚的C20混凝土進行支護[4，5]；③對特別差的地質條件洞段，將超前錨桿改為注漿花管，打入后及時注漿預固結，然后再鉆爆開挖并支護，或將格柵拱架改為I16工字鋼拱架。

圖2 靈關水電站壓力管道斜井導井施工示意圖

為了保證導井頂部在后期擴挖過程中的絕對安全，頂部鎖拱錨桿的施工質量尤為關鍵，不僅要保證錨入深度，并且要保證藥卷的飽滿度，而且錨桿與拱架之間的焊接質量亦至關重要。施工過程中必須安排專人進行專項檢查。

2.3.2 斜井擴挖施工

斜井導井開挖、支護完成后，隨即進行壓力管道斜井擴挖的施工。由于地質條件太差，由下至上擴挖安全威脅太大，故只能采用單頭進尺多斷面(垂直于軸線方向)同時跟擴挖的方式進行。

擴挖過程中，將上半圓有意識地領先一定距離，讓導井口始終略低于后面，以利將扒渣面形成一個前低后高的面。

斜井擴挖情況見圖3。

圖3 靈關水電站壓力管道斜井擴挖示意圖

(1)爆破擴挖。人工持YT-28手風鉆鉆孔，周邊光面爆破，楔形掏槽方式，孔深1.5～1.8 m，周邊孔孔距為40～60 cm，輔助孔間距為70～90 cm，人工裝2#巖石乳化炸藥，非電毫秒雷管爆破，周邊孔原則上采用導爆索光面爆破。局部段內由人工持鎬直接挖鑿成型。

(2)安全支護及清渣。爆破后由人工及時扒除兩側邊墻部位的爆渣，及時噴5 cm厚C20混凝土進行巖面封閉，人工抬格柵拱架至工作面沿原導井頂拱拱架對應分段順弧接下，然后根據需要打、灌φ25，L=3 m鎖拱錨桿，與拱架作牢固焊接后再加掛φ6.5@20 cm×20 cm鋼筋網片，再噴10 cm厚C20混凝土進行支護[4，5]。為了盡可能地保證拱架的整體性，將拱架斷面垂直于軸線方向，整榀拱架分2～3次接下。然后再由人工扒除掌子面爆渣沿導井溜下。

在實際施工過程中，由于斜井坡度為45°，而且巖石為薄層粉砂質泥巖、炭質頁巖偶夾薄層狀泥質粉砂巖，巖石質軟，爆渣難以沿溜渣面自然溜至下彎段出渣面，經常有將導井堵住的現象發生。為此，采用了水力沖渣的方法，很好地解決了這一難題，使工人的勞動強度得到了很大程度的降低。

3 質量與安全控制

在整個導井開挖和斜井擴挖施工過程中，安全和質量控制絕不能忽視。

(1)安全方面。爆破過程中，“短進尺、多循環、弱爆破、強支護、循序漸井”的原則必須貫徹始終，安全支護參數的確定和支護的及時性必須有效予以落實，切忌盲目追求進尺而忽略安全，任何僥幸心理都可能造成難以挽回的安全事故。

施工過程中，每位施工人員上、下斜井時都應有意識地對沿途已支護好的部位進行觀察，對變形部位及時告知相關人員，以便對其進行及時、有效的處理，保證施工人員和施工設備的安全。

施工設備的選型必須滿足施工需要，并且要保證相應的安全系數。使用過程中必須由專人負責，嚴格按操作規程操作。

(2)質量方面。對錨桿、掛網、噴混凝土的質量必須嚴格把關。拱架的焊接質量至關重要，其關系到整榀拱架的整體性，亦關系到整個斜井在開挖過程中、壓力鋼管運輸和安裝過程中以及后期回填混凝土施工的長期安全。焊接后由質檢人員進行嚴格把關，不合格焊縫未經處理不能進行下道工序的施工，必須堅持“寧慢勿松”的原則。

由于壓力管道的開挖牽涉到后期壓力鋼管的運輸，所有的鋼管均須由下平洞拉進并逐節到位，必須要求開挖斷面絕不能有欠挖現象存在，且處理欠挖對已支護好的拱架等均有相當大的安全威脅，因此，在開挖控制過程中有意識地對開挖斷面在設計斷面的基礎上進行了一定的放大(半徑增加15 cm左右)，進而保證了后期壓力鋼管的順利運輸。

4 結 語

靈關水電站壓力管道斜井工程于2008年6月開始進行導井施工，2008年11月3日貫通并開始斜井擴挖，2009年3月完成擴挖。施工過程中，針對工程地質情況的特殊性，采取了上導井開挖然后進行斜井擴挖并及時跟進安全支護的施工方案。在支護過程中，針對特殊洞段采用了注漿花管先注漿、后開挖或在支護后再注漿等系列措施，壓力鋼管已全部安裝完畢，斜管段、上、下彎段回填混凝土已全部澆筑完畢，施工過程中無人員、設備安全事故發生。實踐證明：在如此復雜的地質條件、特殊結構的壓力管道斜井開挖過程中，所采取的質量、安全措施行之有效，所選定的支護參數可行。