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1、竖井扩大开挖施工工法中国水利水电第一工程局遇柏成1前言在水利水电建设中，随着社会的进步，施工技术的发展，竖井开挖的截面积和竖井深度越来越大。深大竖井的施工如何保证施工安全、施工质量及保证施工进度是施工中的一大难题。小 湾 水 电 站 地 下 厂 房 ， 设 有 地 下 连 通 上 室 圆 筒 阻 抗 式 调 压 井 两 座 ，调 压 井 尺 寸 （ 直 径 高 ） 32.0m90.0m。 1#、 2#调 压 井 两 井 轴 线 相距 99.5m。 中国水利水电第一工程局在小湾电站竖井施工中，工程技术人员科学研究、精心施工，掌握并改进了竖井施工工艺技术，解决深大竖井开挖施工的问题。为我国大直径竖

2、井开挖施工做出了典范，其在施工的安全上、开挖质量上、进度上均得到了保障。2工法的特点21 开挖采用反井钻机进行导井施工22 采用六部位分层分区扩挖。23 尾 水 调 压 井 开 挖 断 面 大 ， 又 有 F27 断 层 穿 过 ， 施 工 难 度 大 ，施 工 安 全 问 题 突 出 。24 洞 室 断 面 大 ， 开 挖 需 分 层 分 块 进 行 ， 且 一 次 支 护 工 程 量 大 ，要 求 及 时 ， 施 工 通 道 的 安 排 和 施 工 组 织 协 调 较 为 困 难 。 3适用范围大直径、深竖井开挖施工。4工艺原理4.1 反 井 钻 机 导 孔 施 工 完 成 后 ， 立 即

3、 安 装 大 钻 头 进 行 反 导 井 施 工 ， 从 而 可先 期 进 行 上 部 开 挖 施 工 。4.2 扩 挖 爆 破 必 须 严 格 控 制 爆 破 参 数 。4.3 由 于 扩 挖 分 层 分 区 进 行 ， 保 证 了 导 井 出 渣 的 畅 通。4.4 随 时 进 行 支 护 ， 加 强 施 工 安 全 管 理。5施工工艺流程及操作要点51 施工工艺流程： 调 压 井 开 挖 顺 序 ： 连 通 上 室 上 层 开 挖 调 压 井 球 冠 开 挖 连 通 上室 下 层 开 挖 井 筒 反 导 井 开 挖 导 井 扩 挖 井 筒 扩 挖 安 全 支 护 。5.2 操作要点：5.

4、2.1 调 压 井 开 挖一 、 导 井 开 挖连 通 上 室 下 层 开 挖 结 束 后 ， 首 先 用 反 井 钻 机 在 每 条 尾 水 调 压 井 中心 钻 一 216mm 导 孔 ， 然 后 采 用 LM-200 反 井 钻 机 钻 取 一 1.4m 反导 井 。 LM-200 反 井 钻 机 导 孔 、 导 井 开 挖 如 下 图 所 示 ； LM-200 反 井 钻 机 导 孔 、 导 井 开 挖 方 法 示 意 图二 、 调 压 井 扩 挖由 于 尾 调 井 开 挖 直 径 大 ， 开 挖 溜 渣 量 大 ， 为 保 证 导 井 溜 渣 顺 畅 ，对 导 井 进 行 二 次 扩

5、 挖 ， 扩 挖 成 5.0m， 采 用 人 工 手 风 钻 由 上 至 下 分层 开 挖 ， 根 据 开 挖 揭 露 的 实 际 地 质 情 况 ， 对 岩 层 破 碎 带 进 行 随 机 锚 杆和 挂 网 喷 砼 支 护 ， 以 保 证 导 井 扩 挖 安 全 ， 人 员 及 材 料 用 吊 笼 运 输 。井 筒 每 层 扩 挖 分 成 两 半 圆 、 三 个 台 阶 共 6 个 区 依 次 开 挖 ， 开 挖 顺 序 见下 图 ， 内 圈 、 中 圈 和 外 圈 呈 台 阶 状 扩 挖 ， 内 圈 14.0 m， 中 圈 26.0 m， 外 圈 34 38m， 由 内 向 外 依 次 超

6、 前 1 排 炮 。 采 用 手 风 钻造 孔 由 上 至 下 分 层 开 挖 ， 外 台 阶 设 计 轮 廓 线 实 施 光 面 爆 破 ， 人 工 配 小型 反 铲 扒 渣 ， 分 层 进 尺 2.5m， 人 员 及 材 料 用 吊 笼 运 输 。 遇 断 层 破 碎带 视 情 况 采 取 超 前 固 结 灌 浆 和 超 前 锚 杆 等 措 施 。扩 挖 分 区 图 扩 挖 顺 序 图井 筒 向 下 扩 挖 10 米 后 ， 在 EL1012.9m 制 作 安 装 一 个 悬 臂 平 台 ，作 为 人 员 、 材 料 进 入 吊 笼 的 通 道 。 人 员 和 材 料 上 下 靠 布 置

7、在 连 通 上 室廊 道 的 卷 扬 机 通 过 起 吊 平 台 起 吊 吊 笼 上 下 。 爆 渣 下 落 到 尾 水 隧 洞 内 ，然 后 用 3m3 装 载 机 配 20T 自 卸 车 出 渣 。 支 护 紧 跟 开 挖 面 ， 每 扩 挖 一个 进 尺 后 即 进 行 支 护 。5.2.2 爆 破 设 计导 井 形 成 后 ， 即 进 行 井 筒 扩 挖 、 内 圈 、 中 圈 及 外 圈 的 开 挖 。 具体 爆 破 参 数 如 下 ：一 、 井 筒 爆 破 参 数 ： 见 表 5.2.2-1井 筒 爆 破 参 数 表 5.2.2-1钻 孔 参 数 装 药 参 数部 位 孔 名 孔

8、径mm孔 深cm孔 距m炸 药 单 耗 Kg/m3药径mm单 孔 药 量kg总 装 药 量kg崩 落 孔 50 300 90 0 63 35 2.3 713.0井 筒扩 挖 周 边 孔 50 300 60 0 63 25 0.75 71.25合 计 784.25二 、 扩 挖 爆 破 参 数 ： 见 表 5.2.2-2扩 挖 爆 破 参 数 表 5.2.2-2钻 孔 参 数 装 药 参 数部 位 孔 名 孔 径mm孔 深cm孔 距m炸 药 单 耗 Kg/m3药径mm单 孔 药 量kg总 装 药量kg内 圈扩 挖崩 落 孔 50 300 120-126 0.66 35 2.2 103.4中 圈扩

9、 挖崩 落 孔 50 300 119-123 0.67 35 2.2 314.6崩 落 孔 50 300 121-122 0.57 35 2.2 270.6井 筒扩 挖 周 边 孔 50 300 55 0.57 25 0.75 78.0合 计 780.65.2.3 井 筒 扩 挖 循 环井 筒 扩 挖 循 环 作 业 时 间 见 表 5.2.3。尾 水 调 压 井 井 筒 扩 挖 循 环 作 业 时 间 表 表 5.2.3工序部 位时间单位测量放线超前支护钻孔装药爆破通风散烟安全处理围岩支护扒渣其它循环时间扩 挖 H 2 0 5 2 0.5 1 4 5 0.5 20备 注1、 排 炮 循 环

10、进 尺 2.5m， 每 层 共 分 6 个 区 开 挖 。2、 月 进 尺 估 算 ： 根 据 作 业 循 环 时 间 ， 并 考 虑 断 层 处 理 、支 护 影 响 及 时 间 利 用 系 数 等 ， 估 计 月 进 尺 为 50m/月 。6、 开 挖 工 艺 ： 开 挖 工 艺 详 见 第 十 三 章 相 关 部 分 。5.3劳 动 力 组 织 (见 表 5.3)表 5.3 劳动力组织情况表序号 单项工程 所需人数 备注1 管理人员 162 开挖工 403 司机 144 起重工 65 电工 46 炮工 87 测量工 68 空压机工 69 其他工种 12合计 1126材料与设备本工法无需特

11、别说明材料，采用的机具设备见表 6.1表 6.1 机具设备表序号 设备名称 规格及型号 生产能力 数量1 手风钻 YT-28 35m/班 402 反井钻机 LM-200 5 m/班 13 空压机 英格索兰 25.5 25.5m3/min 14 空压机 4L-20/8 20m3/min 35 装载机 WA-380 /ZL-40 3.0m3/2.0m3 2/16 反铲/推土机 CAT320 /TY220 1.2m3 2/17 装载机 ZC-3 0.5m3 18 自卸车/汽车 解放/东风 12t/5t 8/29 轴流风机 237KW 310 变压器 611 自制平台 8t 212 龙门起重机/卷扬机

12、 40t/10t 2/813 水泵 2-4 寸 127质量控制7.1 竖 井 的 开 挖 施 工 测 量 控 制 ， 在 竖 井 上 井 口 安 设2台 激 光 投 点 仪 ， 开 挖 工作 面 放 样 根 据 2台 仪 器 投 的 点 位 ， 利 用 卷 尺 确 定 竖 井 开 挖 边 线 ， 用 红 色 铅 油 画出 设 计 开 挖 中 心 点 和 开 挖 边 线 。7.2 下平开挖施工测量挖制，利用全站仪将洞外给定的测量坐标点，导入到洞中，经反复校核作点，并利用导入作标点进行洞挖放样。7.3 在 开 挖 爆 破 施 工 中 ， 精 心 测 量 放 点 ， 保 证 断 面 尺 寸 。 严

13、格 按 技 术 要 求施 工 。 控 制 光 爆 孔 位 、 孔 距 、 孔 向 、 孔 深 及 单 孔 装 药 量 。7.4 竖 井 施 工 必 须 做 好 支 护 。 在锚喷支护施工检查过程中，及时纠正施工偏差，控制锚杆孔位、孔向、孔深、注浆饱满度、砂浆及喷砼配合比等。对不符合图纸及规范要求的坚决整改。7.5竖 井 施 工 必 须 按 隐 蔽 工 程 作 好 施 工 记 录 。8安全措施81 认真贯彻执行“安全第一，预防为主” 的方针，根据国家规定、条例，结合施工单位的实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员、班组兼职位安全员、工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，

14、明确各级人员的职责，抓好工地的安全生产。8.2 施工现场按附合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。8.3 严格按照法律、法规控制爆炸物品的运输、储存和使用。8.4 锚喷支护随开挖面及时进行,工作面上施工人员必须佩带安全帽、系好安全带，工作现场要有专人协调统一指挥。8.4 施工现场的临时用电严格按照施工现场临时用电安全技术规范的有关规定执行。86 电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。87 施工现场的手持照明灯使用 36V 的安全电压。89

15、 建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、安全化。9环保措施91 成立对应施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章。加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火和废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。92 将施工现场和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置，做到标牌清楚，各种标识醒目，施工场地整洁文明。93 对施工中可能影响的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证，同时将相关方案和要求向全体施工人员详细交流。10效益分析1

16、01 将传统一次扩挖施工方法,改为多次扩挖,减少了导井被爆破石渣堵塞现象.102 一次扩挖采用从下而上进行，不需扒碴，极大地降低了竖井开挖时的人工扒碴量，加快了施工进度。103 在竖井扩挖施工中，采用了光面爆破技术和“新奥法”支护，不但保证了施工安全，控制了围岩松弛圈在 50cm 以内，而且有效地控制了超挖量。104 由于采用了新工艺、新技术，施工劳动强度和加快了工程进度并保证了工期和安全。11应用实例小湾电站站尾水系统工程111 工程概况小 湾 水 电 站 尾 水 系 统 调 压 井 采 用 “三 机 一 井 ” 布 置 ， 设 地 下 带连 通 上 室 圆 筒 阻 抗 式 调 压 井 两

17、座 ， 调 压 井 尺 寸 （ 直 径 高 ） 32.0m90.0m。 调 压 井 工 程 包 括 1#、 2#调 压 井 、 连 通 上 室 及 通 风洞 等 工 程 。1#调 压 室 与 机 组 尾 水 检 修 闸 门 室 轴 线 距 离 42.5m（ 厂 横0+169.500） ， 2#调 压 室 与 机 组 尾 水 检 修 闸 门 室 轴 线 距 离 52.5m（ 厂横 0+179.500） ， 两 井 轴 线 相 距 99.5m， 连 通 上 室 的 高 程 范 围 是EL1012.9 1030.173m， 将 两 井 相 连 。 调 压 井 穹 顶 高 程 为EL1039.988，

18、 井 底 开 挖 高 程 EL950.000， 在 EL1001.0 1030.173 段井 筒 开 挖 直 径 34.0m， EL986.0 1001.0 段 井 筒 开 挖 直 径 36.0m， EL971.0 986.0 段 井 筒 开 挖 直 径 38.0m。连 通 上 室 开 挖 底 板 高 程 EL1012.900， 开 挖 断 面 为 方 圆 型 ， 宽 高 =2017.273m。通 风 洞 连 通 机 组 尾 水 检 修 闸 门 室 与 尾 调 连 通 上 室 ， 机 组 尾 水 检 修闸 门 室 一 端 底 板 开 挖 高 程 EL1029.500， 连 通 上 室 一 端

19、开 挖 底 板 高 程EL1022.500， 洞 长 50.45m， 开 挖 断 面 为 方 圆 型 ， 宽 高=6.56.876m。竖 井 洞 室 断 面 大 ， 开 挖 需 分 层 分 块 进 行 ， 且 一 次 支 护 工 程 量 大 ，要 求 及 时 ， 施 工 通 道 的 安 排 和 施 工 组 织 协 调 较 为 困 难 ；工 程 项 目 及 工 程 量尾 水 系 统 工 程 主 要 工 程 量 表 表 11.1部 位工 程 项 目 尾 水 支 洞检 修 闸门 室尾 水 调压 井 尾 水 隧 洞 尾 水 出 口 合 计石 方 洞 挖（ 含 井 挖 ）（ m3）175079 1065

20、00 193251 532730 1017660喷 砼 （ m3） 2677 357 2569 5392 11005网 喷 （ m3） 2422 414 752 4566 7154预 应 力 锚 索 （ 根 ） 126 53 179锚 杆 （ 根 ） 7514 6775 2634 15956 227 43437固 结 灌 浆 （ m） 200 159 3135 307 3701混 凝 土 浇 筑（ m3） 79537 43990 50403 104326 73197 351453112 施工情况11.2.1 开 挖 方 法从 6#施 工 支 洞 先 升 坡 进 入 到 连 通 上 室 上 层

21、： 上 层 开 挖 高 程EL1022.500 EL1030.173， 开 挖 高 度 7.673m， 开 挖 宽 20.0m， 按 中部 （ 宽 8m） 超 前 2 3 排 炮 ， 两 侧 （ 宽 6m） 扩 挖 跟 进 的 方 式 开 挖 。三 臂 凿 岩 台 车 钻 孔 ， 非 电 毫 秒 雷 管 微 差 爆 破 ， 周 边 线 实 施 光 面 爆 破 ，4.0m3装 载 机 挖 装 ， 20t 自 卸 汽 车 出 渣 ， 0.7m3液 压 反 铲 清 面 。 洞 渣经 6#施 工 支 洞 尾 闸 交 通 洞 运 至 大 沙 坝 存 渣 区 （ 有 用 料 ） 或 和 尚 田 弃渣 场

22、（ 无 用 料 ） 。连 通 上 室 开 挖 一 直 延 伸 贯 穿 尾 调 井 ， 沿 尾 调 井 壁 侧 用 手 风 钻 旋 转开 挖 上 升 至 尾 调 球 冠 顶 部 ， 小 心 细 致 地 将 球 冠 盖 逐 步 开 挖 扩 大 成 型 并及 时 支 护 ， 在 中 部 开 挖 导 井 贯 通 下 部 通 道 ， 从 上 往 下 分 层 扩 挖 及 支 护完 成 整 个 球 冠 的 开 挖 及 支 护 施 工 。调 压 井 球 冠 开 挖 支 护 结 束 后 ， 在 穹 顶 中 部 安 装 制 作 一 个 吊 点 平 台 ，作 下 部 施 工 的 起 吊 支 架 平 台 。 然 后 转 入 连 通 上 室 下 层 开 挖 。