浅析竖井、斜井施工方法.doc

浅析竖井、斜井施工方法 2005年第9期总第83期 杜立红 （中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 咸阳 712000） 【摘 要】文章论述了四川瓦屋山水电站调压室为水室结构，工程中围岩大多为Ⅳ、Ⅴ类，围岩破碎，施工难度极大，施工过程中，需特别加强施工支护，确保施工安全。为此，必须采取合理、可行的施工方法和技术保证措施，才能确保瓦屋山水电站按期投产发电，发挥效益。 【关键词】瓦屋山水电站；竖井；斜井；反井钻；导井；导洞；筒模 【中图分类号】 TV7 【文献标识码】 A 【文章编号】 1008-1151200509-0118-02 【收稿日期】2005-08-16 【作者简介】杜立红（1973-），男，陕西白水人，中国水电建设集团十五工程局有限公司项目总工程师，研究方向工程施工技术及管理。 一、工程概况 （一）概述 瓦屋山水电站位于四川省眉山市洪雅县瓦屋山镇处，是周公河干流七级开发的第一级，坝址以上控制集雨面积776km2，多年平均流量38.1m3/s，年径流量12.0亿m3，总库容5.843亿m3。瓦屋山水电站正常蓄水位1080m，坝轴线为坝3线，坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高138.76m，坝顶全长277m；左岸无压泄洪洞长517.443m；引Ⅲ线为引水隧洞轴线，取水枢纽为岸坡式，闸门井井深78.2m，闸门井断面尺寸6.06.4m。有压隧洞轴线全长4765.322m（未计闸门井段前长度），内径6.2m；调压室采用水室结构，井高107.20m，内径16m；压力管道采用斜井方式，主管长1034.912m，内径5.8m。电站机组额定流量117.86m3/s，设计水头230m，装机容量2130MW，多年平均发电量6.99亿KW.h，其中枯期发电量3.58亿KW.h，占年电量的51.2，具有多年调节性能，是一座承担调峰的混合式开发的中型电站工程。 （二）工程地质 1.调压室竖井地质条件。调压室高程1027m以上段为风化卸荷岩体，厚63m，其围岩岩性软弱，强度较低，成洞条件较差，围岩分类为Ⅴ类；高程1027m以下为新鲜岩体，围岩分类为Ⅳ类。调压室井顶土层稳定性差，须将调压室及其靠山上侧土层予以清除，调压室左侧为顺向坡，岩层倾角28～33度，且层中分布有泥化夹层及层间错动带，加之受构造裂隙切割，对井壁稳定极为不利。开挖前应对Ⅴ类围岩进行超前固结灌浆处理，或采取锚固处理措施，锚固深度应穿过层间错动带或泥化夹层一定深度，对Ⅳ、Ⅴ类围岩及时衬护，特别是对层间剪切错动带及泥夹层分布位置加强护壁措施，以保证施工期间围岩的稳定，同时由于调压室左侧地形相对单薄（70～90m），加之岩体风化卸荷严重，井水外涌将可能导致左侧围岩向临空方向失稳，应采取得力的防渗措施。 2.压力管道斜井段地质条件。该段地下水较贫乏，围岩类别以Ⅳ类为主，在桩号0394～0548下斜段，隧洞穿过f1断层，成洞条件较差，围岩分类为Ⅴ类，应采取相应的工程处理措施。 二、竖井、斜井开挖施工 （一）方案比较。选择斜、竖井施工方法时，须考虑围岩的类别、交通条件、断面尺寸、有无钢板衬虎等因素。竖井、斜井工程开挖方法有全断面开挖和先开挖导洞再进行扩大开挖两种。 1.全断面开挖法。一般采用自上而下进行，全断面一次爆破成型。该法适用于井底无出渣条件，从井底出渣工期不能满足要求，或斜井倾角小无法布置溜渣的隧道。 2.先开挖导井再扩大开挖成型法。导井开挖。导井开挖可采用普通法、一次钻孔分段爆破法、吊罐法、爬罐法和反井钻机法。前四种方法由于作业条件差，钻孔偏斜率大，只能用于较浅的井。采用反井钻机法后，用劳动力少，适用性强，开挖速度快，此法已成为导井开挖的主要方法。 反井钻机开挖导井。适用于中等硬度的岩石，开挖次序为先自上而下钻导孔，再自下而上扩孔成井。实践证明，该法具有钻进速度快、工效高、施工安全、劳动强度低、施工精度高、质量好等优点，为水电工程竖井、斜井开挖开辟了一种新的施工方法。 扩大开挖方法。导井贯通以后，自上而下进行扩大开挖。 竖井工程扩大开挖采用手风钻钻孔或履带钻机钻孔，爆破后用人工或小反铲将爆渣扒入导井，从井底再用机械装运。 斜井工程扩大开挖宜采用特制的轨式扩挖平台车，进行钻孔装药，爆破石渣从导井溜至井底，再用其他机械装运出渣。（二）调压竖井开挖方法。考虑到本工程所处地质情况较差，围岩多为Ⅳ、Ⅴ类，且调压竖井在高程1067.51m、1047.67m及987.62m分布三条层间错动带。若采用全断面法，则工期不能满足要求；若采用普通法、吊罐法开挖导井，不仅工效低，而且钻孔偏斜率大，施工精度低，此外，在施工过程中，还须确保施工安全，施工难度极大；为此，既要保证工期，又要保证施工质量和施工安全，宜采用反井钻机法开挖导井。 在调压竖井井顶平台形成后，确因地质情况不好，则先进行调压竖井超前深孔（垂直孔）固结灌浆，超前固结灌浆完成后，沿竖井中心线采用ZFYD-2500低矮型反井钻机进行导井施工（先用ZFYD-2500反井钻自上而下造直径250mm孔，导孔完成后，在竖井底部安装扩孔钻头，自下而上扩孔为直径为2.5m的导井），导井形成后，人工用8-10台YT-28型手风钻自上而下全断面扩挖，分层、分区爆破开挖抛掷出的爆渣块径不能过大，以避免造成导井堵塞，少量堆渣人工从上导井溜渣到井底，并用ZLC-50B侧卸装载机挖装，12t自卸汽车运至渣场。 导井开挖施工程序如下图。 （三）压力管道斜井段开挖方法。斜井段的开挖考虑到长度及坡度等因素（斜井长分别为154.75m、188.25m，坡度为48，而低矮型反井钻仅适用于坡度为60～90的斜（竖）井），采用人工手持YT-28手风钻先自下而上进行上导（半）洞开挖，上半洞贯通后，由人工手持YT-28手风钻自上而下进行下导（半）洞开挖。施工出渣在压力管道平段内采用ZLC-50B装载机挖装，12t自卸汽车运输，扩挖过程中及时跟进锚喷支护。 其施工程序为 1. 测量放线。采用TCR-402全站仪精确测量，在掌子面用红漆标识出开挖边线。 2. 钻爆施工。先进行上半洞开挖，人工手持YT-28手风钻自下而上开挖，人工填装2硝铵岩石炸药或乳化炸药，非电毫秒雷管微差挤压式爆破；周边实施光面爆破，导爆索起爆。 上半洞贯通后，进行下半洞开挖施工，由人工手持YT-28型手风钻自上而下钻孔，人工填装2硝铵岩石炸药或乳化炸药，非电毫秒雷管微差挤压式爆破，周边实施光面爆破，导爆索起爆。 3. 安全处理。爆破完毕、通风散烟后，对爆破面上残留的松动岩块进行彻底的检查清除。 4. 出渣。上半洞爆渣自然落至压力管道平洞内（局部用人工辅助），再由ZLC-50B侧卸装载机装，12t自卸汽车运输；下半洞开挖爆渣大多经上半洞落至压力管道平洞内，余下少量爆渣由人工清理，在压力管道平洞内用ZLC-50B侧卸装载机装，12t自卸汽车运输。 5. 临时支护。岩石开挖后，及时对岩面采取锚喷支护等措施封闭围岩面。 三、竖井、斜井砼施工 （一）施工方法的选择 斜井、竖井砼的施工方法分为间断式和连续式两种。 施工方法的选择主要考虑工期和施工成本两个因素。间断式适用于短斜井、低竖井、特殊工程部位以及围岩稳定性差的竖井，模板多采用筒形模、多功能模板、自升式模板和提升式模板等；连续式适用于长斜井、高竖井，多采用滑模、自升式模板。 鉴于调压竖井围岩稳定性较差，压力管道斜井为钢衬斜井，施工工期紧迫，钢管安装与砼回填分段交替运行，并考虑到施工成本，为此，砼宜采用间断式的浇筑方法，竖井模板采用组合钢模板拼装成的筒模，斜井（挡头）模板则采用木模与组合钢模相结合的模板形式，以降低施工成本。 （二）竖井砼施工。宜搭设悬挑钢管架自下而上逐层浇筑竖井砼（此法已在甘肃龙首二级水电站调压竖井砼施工中得到成功应用）。考虑到悬挑架的承载能力，除下部第一仓为3m高外，上部最后一仓为1.0m外，其余每仓均为4.5m高，共计浇筑18次（每浇筑1仓需7天，完全能满足工期要求）。 1.钢筋制安。钢筋依据施工图纸在钢筋加工场机械加工成型，8t载重汽车运至调压井上室顶部，然后利用自制的6.0*6.0m的托盘通过在井口搭设的简易井架上的10t卷扬机及10t滑轮机进行牵引。 钢筋安装由人工现场绑扎、焊接，在安装的同时相应按设计灌浆孔位预埋Ф50PVC灌浆管，并准确标识孔位。 2.模板制安。竖井内模采用P3015平面组合钢模板组装而成的筒模，支撑用弯管机弯制的Ф48钢管圆拱架组装而成，拱圈之间用钢管扣件连接，并用每0.75m设一道竖向钢管结合井壁锚筋及Ф14拉锚筋进行支撑加固。 3.砼浇筑。在砼拌和站进行集中拌制，6.0m3砼搅拌车运输，竖井下半部分采用安设在调压井底部的HBD-60T砼泵自下而上输送砼入仓，上半部分则从调压井顶部搭设“之”字形溜槽结合溜筒自上而下输送砼入仓，砼每次入仓高度不大于30cm，施工时做到平齐、均衡入仓，插入式振捣器振捣密实。 （三）斜井砼施工。压力管道钢衬后砼回填施工采用常规施工方法进行施工，砼回填跟进钢管安装，滞后钢衬5～10m。上斜井段砼从上平洞段进入，下斜井段砼从中平洞进入。 斜井段砼衬砌施工顺序为先斜井段后平洞段，砼由砼运输车运至斜井段顶部，采用溜槽入仓，自下而上分段（每个浇筑段长15m）浇筑的砼施工方案。 四、结语 总之，选择斜井、竖井施工方法时，须考虑围岩的类别、交通条件、断面尺寸、有无钢板衬砌以及工期和施工成本等因素。