1、大断面调压井开挖及支护施工技术【摘要】本文结合实例就大断面调压井开挖施工方法、施工参数及施工措施进行了分析探讨。 【关键词】大断面 调压井 开挖 中图分类号：TU74 文献标识码：A 一、前言 工程实况 双沟水电站位于吉林省抚松县境内,电站进水口距离坝轴线 850m, 为竖井式进水口。进水口设三扇拦污栅和一扇检修闸门, 引水隧洞过水断面为直径 9.9m 圆形, 总长 590m。引水隧洞末端为阻抗式调压井, 调节器压井阻抗直径为 5.0m, 大井高度约 45.1m, 直径 23.6m。调压井处覆盖层厚 1. 8m, 基岩为安山岩,岩芯多呈 15 20cm 柱状, 岩体较完整。下部完整性稍差, 节
2、理裂隙较发育。 二、大断面调压井开挖施工 4.1 小导井开挖 小导井直径 1.8m。搭设排架作为简易钻爆作业平台, 爆破排险后, 在导井侧壁施做 U25 锚固剂锚杆, 外露端焊接爬梯挂钩, 接挂爬梯用于施工人员上下以运送料具, 同时用于爆破排险作业和搭设排架钻爆平台。爆破后的炮碴落到平洞由装载机和自卸车运输。防止堵井及不小于设计导井开挖直径为重点, 炮孔适当加密。炮眼布置如图 1, 爆破参数见表1。 图 1 小导井开挖炮孔布置图 表 1 1.8m 中导井爆破参数 2、扩大开挖 导井开挖结束后, 进行扩挖施工。根据经验并通过爆破试验, 将中导井由11 8m 依次扩大到5.0m 和14m, 最后再
3、进行全断面扩挖至设计断面。 3、5.0m 导井扩挖 5.0m 导井扩挖自上而下进行, 竖向钻孔爆破。以不发生堵塞、易于出碴为原则, 控制进尺和装药量。 4、14m 导井扩挖 14m 导井扩挖采取横向钻孔, 自下而上进行爆破。此方法可免除人工扒碴这一工序。 5、全断面扩挖 全断面扩挖主要要求控制光爆效果、防止大面积超欠挖情况的出现。6、光爆参数的确定 调压井所处围岩类型大部分为、 类围岩; 采用 2# 岩石硝铵炸药和防水乳化炸药; 周边眼采用小直径药卷间隔装药、其它炮眼采用连续柱状装药结构 ; 采用非电毫秒雷管起爆。 根据以上实际情况, 我们对光爆参数进行了如下计算及选择: （1）炮孔间距。根据
4、光爆成缝机理, 爆生气体在贯通裂缝形成过程中为主要作用。为了形成贯通裂缝, 就必须使得每单个炮孔爆生裂缝的长度至少等于炮孔间距的一半, 忽略由爆炸应力波产生的初始导向微裂缝, 炮孔间距应满足下式: E 2am + db 式中: E 为炮孔间距; am 为裂缝的最终长度; db 为炮孔直径。 （2）最小抵抗线和炮孔邻近系数。光爆孔的最小抵抗线 W 即光爆层厚度。其值过大, 光爆层岩石将得不到很好的破碎, 甚至不能使岩石沿炮孔底部最小抵抗线爆落; 反之其值过小, 反射波将对需保留围岩造成破坏, 甚至造成单个炮孔以漏斗形式爆落岩石, 使光爆面凹凸不平。据此,光爆层的厚度应在避免反射应力波拉伸作用对围
5、岩造成破坏的前提下, 最大限度地利用爆破能量。对此, 我们可根据豪柔公式计算最小抵抗线和炮孔邻近系数如下:W= ( qL / q) E; m= E/ W 式中: W 为最小抵抗线; E 为炮孔间距; m 为炮孔邻近系数; qL 为炮孔装药集中度即装药线密度; q 为单位炸药消耗量。 经爆破后现场观察发现, 周遍眼炮眼残留率平均达到了 82%, 开挖断面线条规则, 轮廓面基本平顺。用全站仪检测表明, 平均线性超挖量 111 2cm, 最大超挖量 36cm。 三、竖井施工方法 1、支护工程设计 （1）井口超前固结灌浆及锚筋束。在反井钻机导孔(216m m)钻孔施工前，因调压井围岩为强风化类围岩，且
6、调压井开挖直径较大，围岩完整性和稳定性很差，溜碴导井成井后围岩自稳能力薄弱、易发生塌井，不能保证调压井扩挖正常施工，因此需对导井和井圈周围进行 62m深的超前固结灌浆，以及井周进行 60m 深的锚束施工。超前固结灌浆设二排，导井共布设超前固灌孔 7 个，孔位距离导井边 1.5m、孔距 2.5m，环形布置。超前固灌完成后方可进行导井施工。井圈共设三排半固结灌浆共 297 个孔。每孔孔深 62 米，锚筋束深 60m，孔位平行于轴线方向。如图 2 所示 图 2 井口超前固结灌浆布孔示意图 （2）扩挖临时支护。由于竖井岩性较差，随扩挖进程，应加强支护，以确保工程质量及施工安全。开挖时结合永久支护，增加
7、相应的临时支护。1 类围岩施工支护采用 28300300cm251.5mL=4.5m 锚杆、挂 16m m2020c m 钢筋网、喷 10c m 厚 C25 混凝土联合支护，1 类围岩必要时增设一次砼衬砌；2 类、类围岩施工支护采用锚喷、挂网喷砼、倒挂砼衬砌联合的支护形式，并根据地下水渗出情况布设适量的排水孔。如图 3 所示 图 3 井内临时支护示意图 开挖过程中，应根据围岩地质条件确定支护方案，对断面开挖，杜绝欠挖，控制超挖。支护体与岩面应结合紧密，对地下渗水段钻设深排水孔用排水管进行引排。 2、支护工程施工 （1）竖井固结灌浆。由于竖井上部分岩石相当破碎，稳定性差，所以开挖时需进行固结灌浆
8、确保开挖的安全性。 （2）井圈钢筋砼锁口。为加强井口和井壁砼衬砌安全，在井口增加一层厚 3.5m、高 3m 环形双层钢筋砼锁口梁。根据揭示出的地质情况及参考招标文件提供的地质资料，并结合调压井钢筋结构图及以往类似工程施工经验，将锁口砼断面尺寸定为 3.5m3m(宽高)；结合倒挂砼施工,则宽度增至 4.5m（倒挂砼衬砌厚度为 1m） 。相应锁口砼则为内径为 12m，外径为 16.5m，高为 3m 的一个圆环结构。顶部高程与设计调压井平台同高（862.00） ，底部高程859.00。调压井862.00 平台其余部位浇筑20c m 厚砼。砼标号与设计同步为 C25 砼。 （3）倒挂砼衬砌施工。813
9、m 高程以上部分围岩岩性较差，需边扩挖边进行倒挂砼施工。开挖进尺 23m，及时跟进倒挂砼衬砌，衬厚 1m。为了能够尽可能的缩短单个循环工期时间，倒挂砼拟采用全圆分块法施工：将整个井圈分为 3 块，每块长 27.2m，隔块浇筑，倒挂砼高 4.5m，利用开挖放炮后堆碴，50m m 钢管铺，需要保证摊铺机能连续、均匀的摊铺。根据沥青混合料的拌和情况，严格控制摊铺速度，同时在摊铺过程中使摊铺机的螺旋送料器不停的转动，两侧保持有不少于 2/3 送料器叶片高度的混合料。由于采用沥青混合料储料仓集中储料，为使生产效率提高可先储料，后集中摊铺。摊铺均匀速度不宜过快，现场控制摊铺速度在 1.5m/min2.0m
10、/min。施工中应组织人员进行松铺厚度的测量，即对原底层选点进行高程测量，摊铺后再次测量得出松铺厚度 h1，经压路机压实后再测量一次得出压实厚度 h2，则松铺厚度系数 h1/h2，对不同部位多点测量计算，最后确定松铺系数 K=1.2。 四、堵井防治 1、防堵井措施 在施工过程中, 通过对竖井初次扩挖的施工 , 便发生堵井, 给进度及施工安全影响很大,由于从 U11 8m 刷大到 U5m, 放炮后, 块径大、碴量多, 溜碴井堵塞可能性大大增加, 以至于在井口部位出现导井堵塞现象, 后来通过修改爆破参数, 再未出现堵孔现象。 （1) 合理布置炮孔密度, 合理装药, 第一次扩挖时炮孔间排距控制不大于
11、 80cm, 爆破后松渣粒径不大于 60cm; （2) 用非电秒延期雷管合理分段位延期爆破,避免爆炮后石渣集中挤压堵井; （3) 下料导井下口堆渣距井口距离小于 2m 时应及时出渣, 避免堆渣堵井; （4) 对各段下部集渣区作扩挖处理, 加大集渣容量, 出渣次数按不堵塞下部集渣区导井孔口的排炮数为原则, 以多堆渣为好, 减少出渣次数, 可加快施工进度。 （5) 如竖井断面较大时, 可考虑将反导孔直径直接施工到 21 0 215m, 既能保证施工安全, 又能满足爆破后溜渣导井直径要求, 是理想选择。 2、导井被堵疏通方法 一旦出现堵井事故, 先认真观察堵塞部位, 分析堵塞原因和堵塞长度, 采取相
12、应措施及时处理。堵井一般容易发生在导井的上部和下部。导井上口堵井多是由爆破产生的大块径石造成, 可用人工系安全带将松渣清理一部分, 尽可能找出堵井大石块, 打眼装药, 进行爆破处理。 结论 目前国内大断面调压井施工项目较少, 施工过程中的重点、难点较多，在全断面扩挖时采用光面爆破作业, 不仅有利于安全施工, 而且岩面平整, 为衬砌喷锚等工序创造有利条件, 同时还可以减少开挖石方和回填混凝土的数量。 【参考文献】 1 刘红宝,郭广林,谢娜娜.小湾水电站左岸坝肩槽开挖造孔及爆破施工技术J. 人民珠江. 2005(06) 2 陈宁,李宝勇.光照水电站调压井开挖与衬砌施工J. 小水电. 2009(06)
