劉全鵬,趙 寧,梁曉軍

(黃河水利委員會(huì) 黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南鄭州 450003)

坪頭水電站1#豎井的開(kāi)挖與支護(hù)

劉全鵬,趙 寧,梁曉軍

(黃河水利委員會(huì) 黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南鄭州 450003)

坪頭水電站1#豎井總高度為102.2 m,開(kāi)挖直徑為5.6m,所處地層為微風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化的細(xì)晶白云巖,為Ⅲ～Ⅳ類圍巖,極易產(chǎn)生塌方、掉塊。通過(guò)對(duì)1#豎井這種復(fù)雜地質(zhì)條件下開(kāi)挖與支護(hù)施工的方法研究與實(shí)踐,探索了豎井的導(dǎo)井法施工、開(kāi)挖前回填灌漿與開(kāi)挖中的噴錨支護(hù)、鋼支撐加強(qiáng)支護(hù),對(duì)塌方區(qū)域采取模噴、回填澆筑等處理方法,總結(jié)出對(duì)極其復(fù)雜地質(zhì)條件下的豎井開(kāi)挖與支護(hù)分別采取預(yù)固結(jié)灌漿、錨噴支護(hù)、鋼支撐加固以及模噴、回填澆筑的綜合施工方法。

豎井;開(kāi)挖;支護(hù);塌方處理

1 工程概述

坪頭水電站位于四川省涼山州美姑、昭覺(jué)、雷波三縣交界處,工程區(qū)位于夏炎冬寒的高山峽谷地帶,海拔高程600 m～1 400 m,是美姑河干流規(guī)劃五個(gè)梯級(jí)中最后一個(gè)梯級(jí)低閘引水式電站。引水系統(tǒng)沿美姑河左岸布置,包括引水隧洞、調(diào)壓室和壓力管道。1#豎井段是壓力管道的一部分,垂直高度102.2 m(EL852.2～EL750.0)。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì),1#豎井采用反井法施工,先打?qū)Ь?然后自上而下進(jìn)行井身擴(kuò)挖施工。在擴(kuò)挖施工過(guò)程中,當(dāng)全斷面擴(kuò)挖進(jìn)行到39.1 m(即EL810)時(shí),發(fā)現(xiàn)了下部有較大規(guī)模的塌方,塌方寬度以反導(dǎo)井為中心徑向最大半徑約9 m。經(jīng)多次研究,最終決定先將井內(nèi)塌空區(qū)用混凝土填滿,并預(yù)留溜渣通道(預(yù)埋PE管),然后再自上而下擴(kuò)挖。經(jīng)過(guò)艱難的探索施工,截至2010年2月9日,全面完成了1#豎井開(kāi)挖與臨時(shí)支護(hù)。

2 豎井開(kāi)挖

2.1 施工方案選擇

豎井施工方式通?？煞譃閮深?即正井法和反井法[1]。正井法是自上而下鑿井,最常用的辦法是采用手風(fēng)鉆打眼、放炮,強(qiáng)制通風(fēng),人工裝巖或抓斗抓巖,吊桶出渣;其特點(diǎn)是對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件情況下,便于適時(shí)支護(hù),確保安全。正井法開(kāi)挖施工工藝落后,進(jìn)度緩慢,且經(jīng)濟(jì)效益較差,不滿足坪頭水電站工期要求。

反井法是先利用正井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)孔施工,自上而下鉆出先導(dǎo)孔,再利用反井鉆機(jī)自下而上鉆出反導(dǎo)井,最后從上至下開(kāi)挖,利用導(dǎo)井進(jìn)行通風(fēng)、排水和出渣。采用反井法施工,能充分利用反井鉆機(jī)施工小直徑鉆孔速度快、質(zhì)量好和鉆眼爆破法破巖效率高,出渣快,節(jié)省通風(fēng)和排水設(shè)備等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)豎井快速施工。反井法具有較正井法人員投入少、機(jī)械化程度高、施工進(jìn)度快、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)對(duì)比論證,1#豎井選擇了反井法施工方案。

2.2 施工條件分析

1#豎井段開(kāi)挖與支護(hù)是豎井段壓力管道部分的一道工序,垂直高度102.2 m。施工交通靠上下平洞,條件較差;圍巖條件差,施工困難。

2.2.1 豎井開(kāi)挖存在的問(wèn)題

(1)圍巖地質(zhì)條件差

1#豎井段圍巖為灰白色中厚層狀細(xì)晶白云巖、灰色石灰?guī)r,自上而下巖性依次為②、③、④和⑤層,巖性差別較大,地質(zhì)條件變化較多,以強(qiáng)風(fēng)化為主;巖體較破碎,裂隙發(fā)育,裂隙面見(jiàn)厚5 cm～10 cm、呈條帶狀的風(fēng)化暈,局部充填有2 cm～5 cm厚的粉土;該段巖溶作用較強(qiáng),“溶蝕”、“砂化”現(xiàn)象明顯,存在溶洞堆積物,其物質(zhì)多為孤塊碎石土,架空現(xiàn)象明顯。綜合評(píng)價(jià):1#豎井段巖體完整性差,呈薄層～互層狀結(jié)構(gòu),多為Ⅲ～Ⅳ類圍巖,以Ⅳ類為主,局部為Ⅴ類,極易產(chǎn)生塌方掉塊。

(2)安全問(wèn)題突出

由于1#豎井段較差的圍巖條件,加之豎井高度大,工作人員必須進(jìn)入井內(nèi)工作面施工,安全問(wèn)題突出。

(3)先導(dǎo)孔與反導(dǎo)井施工困難

由于1#豎井圍巖條件差,先導(dǎo)孔鉆孔精度較難控制,鉆機(jī)施工時(shí)容易產(chǎn)生卡鉆、掉鉆,因此豎井的先導(dǎo)孔鉆孔、反導(dǎo)井?dāng)U挖成為本工程的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.2.2 問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)施工中可能遇到的突出問(wèn)題,提出應(yīng)對(duì)措施如下:

(1)對(duì)破碎巖體采取固結(jié)灌漿、錨噴支護(hù)、鋼支撐加固等措施。

(2)加強(qiáng)安全設(shè)施配置,具體包括:井口安全圍欄,安全防護(hù)罩;豎井內(nèi)設(shè)安全鋼梯;加強(qiáng)安全用電系統(tǒng)管理;卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)置安全防溜裝置;設(shè)置井內(nèi)通訊設(shè)施;及時(shí)對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行噴錨支護(hù)。

具體措施還包括:制訂一整套完整的運(yùn)行管理制度;統(tǒng)一井內(nèi)外的信號(hào)系統(tǒng),對(duì)進(jìn)入井內(nèi)作業(yè)人員事先進(jìn)行教育、學(xué)習(xí);控制爆破;持證上崗;對(duì)各井口三班倒運(yùn)行管理人員采用定人、定崗、定責(zé)任的三定管理;制訂各種危險(xiǎn)源分析和防范措施,對(duì)可能發(fā)生的事故制定相關(guān)的防范措施和應(yīng)急措施,定期和不定期進(jìn)行安全檢查。

(3)保證鉆機(jī)安裝精度,開(kāi)孔時(shí)采用扶正器;在先導(dǎo)孔鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)采取糾偏措施,合理采用鉆壓和轉(zhuǎn)速、每鉆進(jìn)10 m做孔斜檢測(cè)并進(jìn)行糾偏等。對(duì)反導(dǎo)井施工和擴(kuò)挖施工中可能遇到的問(wèn)題亦制定相應(yīng)的措施對(duì)策。

2.3 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.3.1 深豎井通風(fēng)與除塵問(wèn)題

1#豎井段處在山體內(nèi)的上下平洞間,通風(fēng)與除塵問(wèn)題突出。因此施工中盡量使用自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)來(lái)進(jìn)行通風(fēng)與除塵,以改善施工環(huán)境。

2.3.2 深井施工的安全問(wèn)題

在目前的開(kāi)挖施工中常用的機(jī)械設(shè)備是手風(fēng)鉆,工作人員在工作面打眼放炮,受有害氣體、塌方、落石、淋水的危害,安全很難保證,尤其豎井工作面狹窄,深井施工更是難以保證安全。因此,要建立健全運(yùn)行管理制度;完善防范與應(yīng)急措施,定期組織安全演練;定期和不定期進(jìn)行安全檢查等。

2.3.3 導(dǎo)井施工困難

由于1#豎井圍巖條件較差且高度較大,導(dǎo)孔不易鉆進(jìn),鉆孔精度不易控制,反井鉆進(jìn)容易卡鉆、掉鉆,因此豎井導(dǎo)井施工是本工程的關(guān)鍵。

2.4 豎井開(kāi)挖與臨時(shí)支護(hù)施工工藝流程

在正常情況下,1#豎井采取反井法進(jìn)行開(kāi)挖,其施工工藝流程如圖1,開(kāi)挖示意圖如圖2。

2.4.1 測(cè)量放線

測(cè)量放線是豎井施工的第一步。從洞外控制網(wǎng)經(jīng)測(cè)量導(dǎo)線引控制點(diǎn)到井口附近,豎井?dāng)U挖時(shí)制作垂直移動(dòng)控制點(diǎn),用垂球把控制點(diǎn)引在開(kāi)挖掌子面放線。

2.4.2 導(dǎo)井施工準(zhǔn)備

反導(dǎo)井施工的施工準(zhǔn)備包括風(fēng)水電的布置、交通運(yùn)輸系統(tǒng)布置、施工通訊系統(tǒng)、反井鉆機(jī)混凝土基礎(chǔ)澆筑、沉渣池和泥漿循環(huán)池、導(dǎo)井安全蓋等。

圖1 1#豎井開(kāi)挖與臨時(shí)支護(hù)施工工藝流程圖

圖2 1#豎井開(kāi)挖示意圖

導(dǎo)井施工時(shí)利用目前布置在閥室交通洞洞口的壓風(fēng)站通風(fēng),擴(kuò)挖利用導(dǎo)井通風(fēng);施工用水利用布置在上平洞中的供水管路就近引入工作面;施工用電利用在上平洞洞內(nèi)的電力線接入工作面。工作面的積水主要是豎井導(dǎo)井開(kāi)挖、地下滲水以及可能出現(xiàn)的集中涌水等,利用潛水泵分別匯集到排水泵站集中排除;閥室交通洞作為1#豎井的施工通道,中平洞及其施工支洞作為1#豎井的出渣通道。

2.4.3 導(dǎo)井施工

導(dǎo)井法施工是完成先導(dǎo)孔鉆孔,利用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井的鉆挖:由電機(jī)帶動(dòng)液壓馬達(dá),利用液壓動(dòng)力將扭矩傳遞給鉆具系統(tǒng),帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn),并向上、下升降,采用鐮齒盤形滾刀破巖,滾刀在鉆壓的作用下沿井底滾動(dòng),從而對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊、擠壓和剪切作用,使其破碎,形成溜渣、通風(fēng)導(dǎo)井。

先導(dǎo)井鉆孔及反井鉆機(jī)擴(kuò)孔工藝流程圖如圖3。

圖3 導(dǎo)井施工程序框圖

經(jīng)過(guò)安全、技術(shù)、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)比較,1#豎井選型采用LM-200型反井鉆機(jī),鉆孔直徑216 mm。在先導(dǎo)孔施工過(guò)程當(dāng)中遇到不良地質(zhì)情況時(shí),首先采用泥漿護(hù)壁的施工方案進(jìn)行處理,泥漿配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定;特殊情況采用水泥漿或水泥砂漿進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿施工處理。

先導(dǎo)孔施工時(shí)采用泥漿泵將水(或泥漿)沿鉆桿內(nèi)壁壓入孔內(nèi),作為排渣及冷卻鉆頭用水。石渣經(jīng)排渣槽進(jìn)入沉渣池,沉淀后人工撈至堆放位置。在施工過(guò)程中,如果出現(xiàn)塌孔、不返水等異常情況,則需要用泥漿護(hù)壁及堵塞溶洞和裂隙。必要時(shí)要暫停鉆進(jìn),取出鉆桿后用水泥漿或水泥砂漿進(jìn)行固結(jié)灌漿。

先導(dǎo)孔的質(zhì)量是整個(gè)豎井成型的關(guān)鍵,尤其是如何解決先導(dǎo)孔偏差問(wèn)題。影響反井鉆機(jī)導(dǎo)孔施工精度的主要原因有:

(1)不良地質(zhì)條件,如出現(xiàn)層間軟弱地層帶,抗壓強(qiáng)度差別大;

(2)開(kāi)孔段、不良地質(zhì)段與正常段的造孔速度差別大。

主要采取的糾偏措施為:安裝鉆機(jī)精度控制在0.15%以內(nèi);先導(dǎo)孔施工時(shí),孔口30 m,用0.2 m/h～0.5 m/h的鉆進(jìn)速度,并且必須做好護(hù)壁,合理加設(shè)穩(wěn)定鉆桿架,并在開(kāi)孔時(shí)采用扶正器等方法;安排特別有經(jīng)驗(yàn)的操作人員,合理采用鉆壓和轉(zhuǎn)速;施工中嚴(yán)格控制孔斜,每鉆10 m做一次孔斜檢測(cè),發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)進(jìn)行糾偏。

反導(dǎo)井?dāng)U挖:先導(dǎo)孔鉆透后,在下平洞用卸扣器將導(dǎo)孔鉆頭和異型鉆桿換下,大致修平下平洞頂拱的擴(kuò)孔鉆進(jìn)范圍。在豎井底部安裝φ 1.4 m擴(kuò)孔鉆頭,再由下向上完成反導(dǎo)井?dāng)U孔。在反倒井?dāng)U孔鉆孔中,尤其要注意根據(jù)不同的地質(zhì)條件,控制鉆進(jìn)速度和提拔力,避免由于巖性變化大、鉆進(jìn)速度快而卡鉆、掉鉆等現(xiàn)象。

2.4.4 開(kāi)挖前的準(zhǔn)備

在進(jìn)行豎井下挖施工前,將導(dǎo)井施工時(shí)的混凝土基礎(chǔ)拆除,并做好下挖設(shè)備基礎(chǔ)和施工平臺(tái)。施工平臺(tái)采用反吊平臺(tái),吊點(diǎn)錨桿采用Φ 25L=4.5 m,外露30 cm。豎井?dāng)U挖施工時(shí),為了保證施工人員的安全,在第一次擴(kuò)挖(包括上彎段)后的井口設(shè)置一井蓋,在每次造孔作業(yè)前,先用卷?yè)P(yáng)機(jī)將井蓋吊入井中將井口蓋好,再進(jìn)行鉆孔作業(yè)。起爆前將井蓋吊至安全高度。其他風(fēng)、水、電、通訊和安全措施的準(zhǔn)備也提前做好。

2.4.5 鉆孔與爆破作業(yè)

炸藥采用乳化炸藥,雷管采用非電毫秒雷管,起爆采用火雷管引爆。

1#豎井上彎段在豎井?dāng)U挖時(shí)進(jìn)行,下彎段底部與堆渣場(chǎng)一起開(kāi)挖,剩余部分按豎井?dāng)U挖進(jìn)行。1#豎井?dāng)U挖斷面直徑為5.6 m,井口以下20 m范圍內(nèi)為爆破試驗(yàn)段。爆破采用寬孔距微差擠壓爆破,崩塌孔間排距60 cm,周邊孔孔距40 cm,開(kāi)挖進(jìn)尺控制在2 m以內(nèi)。施工時(shí),爆破參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整、優(yōu)化。

由于1#豎井開(kāi)挖高度大,地質(zhì)條件復(fù)雜,采用全斷面一次擴(kuò)挖,通過(guò)減小炮孔的間排距,控制渣料的最大粒徑、適當(dāng)延長(zhǎng)分段時(shí)間、控制單響爆破方量等措施來(lái)預(yù)防導(dǎo)井堵塞。

2.4.6 清危與出渣

在出渣前需要對(duì)開(kāi)挖段進(jìn)行危險(xiǎn)巖體的清除工作,并在爆破后及時(shí)進(jìn)行第一次噴混凝土支護(hù),初噴厚度不小于5 cm,以保持圍巖自身穩(wěn)定,保證在出渣時(shí)不會(huì)有井壁掉塊或塌方發(fā)生。簡(jiǎn)單處理后,人工將工作面松渣全部扒下導(dǎo)井后,蓋好出渣導(dǎo)井井蓋,才能在下部出渣。出渣用裝載機(jī)配合自卸車出渣。

清危與出渣時(shí)加強(qiáng)觀察,確保安全。一旦發(fā)現(xiàn)堵塞,采取相應(yīng)措施及時(shí)處理,處理完成后才能繼續(xù)出渣及下道工序作業(yè)。

2.4.7 臨時(shí)噴錨支護(hù)

因豎井內(nèi)大型設(shè)備無(wú)法進(jìn)入,所以錨桿造孔采用手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔,人工安插錨桿,噴混凝土采用干噴機(jī)人工噴射。開(kāi)挖后錨桿支護(hù)與開(kāi)挖面距一排炮的距離同時(shí)跟進(jìn),噴混凝土支護(hù)控制在10 m內(nèi)同時(shí)跟進(jìn)。采取的措施包括:

(1)預(yù)固結(jié)灌漿

對(duì)巖石特別破碎的Ⅳ～Ⅴ類圍巖部位,經(jīng)監(jiān)理工程師和總包及施工單位三方研究,可以采用預(yù)固結(jié)灌漿對(duì)圍巖進(jìn)行處理。固結(jié)灌漿施工采用XZ-30鉆機(jī)鉆孔,TTB200/12高壓灌漿泵進(jìn)行灌漿;孔深L=9 m,水平間距1.0m,上下間距1.5m;漿液水灰比采用1.5∶1～0.5∶1;灌漿壓力:分兩序孔,Ⅰ序孔與Ⅱ序孔間隔布置。Ⅰ序孔間距2.0 m,采用0.1 MPa～0.3 MPa,Ⅱ序孔間距2.0 m,采用 0.3 MPa～0.6 MPa。

(2)Ⅲ～Ⅴ類圍巖噴錨及鋼格柵與型鋼支撐支護(hù)

施工中,錨桿支護(hù)與開(kāi)挖面的距離不大于2 m,邊開(kāi)挖邊支護(hù);噴混凝土支護(hù)與開(kāi)挖面距離控制在10 m內(nèi)(二次噴護(hù))邊開(kāi)挖邊支護(hù)。錨桿施工與噴混凝土按常規(guī)方法進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況,按圍巖類別分別采取相應(yīng)的支護(hù):

Ⅲ類圍巖,僅采取噴混凝土支護(hù):①噴C25混凝土(一般噴混凝土厚度大于8 cm時(shí)分兩次噴護(hù),第一次在開(kāi)挖完成并清渣后進(jìn)行),②第二層在出渣完成后進(jìn)行,厚度3 cm～5 cm。

Ⅳ類圍巖,采取掛網(wǎng)、砂漿錨桿加鋼格柵支護(hù):①噴C25混凝土(一般噴混凝土厚度大于8 cm時(shí)分兩次噴護(hù),第一次在開(kāi)挖完成并清渣后進(jìn)行),②安插 Φ 25,L=3.0 m沙漿錨桿,③掛Φ 3 mm,@5 cm×5 cm機(jī)編網(wǎng);④加設(shè)斷面為20 cm×20 cm環(huán)形鋼格柵(擴(kuò)挖時(shí)井壁外擴(kuò)20 cm,保證凈空),鋼格柵用錨桿連接固定;⑤第二層噴混凝土在出渣、錨桿及鋼格柵安裝完成后進(jìn)行,厚度5 cm～25 cm,保證鋼格柵不外露。

Ⅴ類圍巖及遇有圍巖破碎段、出現(xiàn)卡鉆、塌孔等現(xiàn)象時(shí):除按Ⅳ類圍巖的①②③⑤支護(hù)外,將上述不能正常施工的砂漿錨桿改為自進(jìn)式錨桿;⑥底部增設(shè) Φ 25,L=4.5 m 超前錨桿(傾角大于15°);⑦布置主筋為Φ 25,間排距為0.8 m的鋼筋網(wǎng);⑧將鋼格柵支護(hù)換成I14型鋼環(huán)形支撐(井壁擴(kuò)挖14 cm,保證凈空),鋼支撐用錨桿連接固定,噴混凝土應(yīng)保證型鋼不外露。

2.4.8 控制與判斷

(1)測(cè)量控制:保證測(cè)量控制網(wǎng)和控制點(diǎn)的精度;豎直向搞好測(cè)量的過(guò)程控制,防止豎井出現(xiàn)欠挖。

(2)施工質(zhì)量過(guò)程控制:通過(guò)原材料、成品和半成品的質(zhì)量控制,搞好過(guò)程中的每個(gè)工序的控制,保證質(zhì)量與安全。

(3)根據(jù)開(kāi)挖后的地質(zhì)資料、支護(hù)效果等,判別開(kāi)挖爆破參數(shù)與支護(hù)參數(shù)的合理性。合理,進(jìn)行下一循環(huán)開(kāi)挖;不合理,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及效果,修改鉆孔與爆破參數(shù)、支護(hù)參數(shù)后,進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)。

當(dāng)出現(xiàn)大的塌方、巖爆,或則出現(xiàn)溶洞、涌水等特殊情況,暫停施工,修改施工方案后再進(jìn)行施工。

2.4.9 開(kāi)挖結(jié)束

當(dāng)開(kāi)挖完豎井段后,應(yīng)從下至上逐段清理豎井中下一工序(鋼襯與混凝土回填)中不需要的噴混凝土管等臨時(shí)設(shè)施,做好鋼襯施工前的驗(yàn)收,確保下一階段的施工安全。

3 塌方處理

3.1 塌方狀況

1#豎井自導(dǎo)井形成后,豎井底段圍巖坍塌現(xiàn)象持續(xù)不斷。當(dāng)豎井?dāng)U挖到39.1 m(至810.3 m高程)時(shí),發(fā)現(xiàn)坍塌區(qū)域自EL765高程不斷向上延伸,隨著擴(kuò)挖掌子面向下進(jìn)行,豎井內(nèi)巖石坍塌規(guī)模有增強(qiáng)趨勢(shì),常伴有2 m3～3 m3大粒徑巖塊塌落。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已開(kāi)挖的導(dǎo)井及已擴(kuò)挖段揭示的地質(zhì)條件顯示,1#豎井剩余洞段地質(zhì)條件極差,在導(dǎo)井井壁圍巖自擴(kuò)挖撐子面(EL810.3)以下約20 m,目測(cè)發(fā)現(xiàn)巖體呈破碎架空狀,導(dǎo)井井壁圍巖參差不齊,受溶蝕、風(fēng)化影響,“砂化”現(xiàn)象嚴(yán)重,自穩(wěn)能力極差,如果不采取有效措施,有產(chǎn)生大塌方甚至塌井的可能。

3.2 塌方處理方案

根據(jù)1#豎井洞段開(kāi)挖現(xiàn)狀,為確保后續(xù)施工安全,提出三個(gè)塌方處理方案進(jìn)行比選。

方案一:采用回填碎石后進(jìn)行固結(jié)灌漿,然后按正井開(kāi)挖方法施工,優(yōu)點(diǎn)是能夠穩(wěn)妥、安全,且質(zhì)量有保障。但由于正井開(kāi)挖方法施工進(jìn)度慢,預(yù)計(jì)工期為18.5個(gè)月。

方案二:豎井底部806 m高程以下回填C15素混凝土,中間預(yù)留2 m×2 m的通道(立鋼模板)處理,預(yù)留通道作為后續(xù)豎井?dāng)U挖時(shí)的溜渣通道。在塌方段進(jìn)行完混凝土回填后,仍然按照原來(lái)的開(kāi)挖順序進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)。

方案三:灌漿處理加回填混凝土方案。施工工序如下:①在806 m高程以上6 m范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿,孔深6 m,間排距2.0 m×2.0 m(梅花型布置);②錨筋樁支護(hù),采用 3Φ 25錨筋樁,孔深12 m,間排距1 m×1 m(梅花型布置)。③對(duì)于井壁坍塌段(806 m高程以下范圍),采用C20二級(jí)配泵送混凝土進(jìn)行回填,中間預(yù)埋 PE管(直徑 φ 1500,壁厚 4 cm)作為后續(xù)豎井開(kāi)挖的溜渣通道。

綜合比選結(jié)果:對(duì)于本工程,工期要求較緊迫,方案一不滿足工期要求;方案二需要在回填前進(jìn)行塌方段的立模作業(yè),工作非常危險(xiǎn),不能保證安全;方案三,對(duì)工期有利,且能保證施工質(zhì)量,在進(jìn)行相應(yīng)的安全措施后也可以保證施工安全;最終按方案三完成了1#豎井的回填素凝土,并按正常開(kāi)挖方法完成了剩余段的開(kāi)挖與支護(hù)。

3.3 塌方處理工序

1#豎井的塌方處理按以下流程進(jìn)行:EL806以上固結(jié)灌漿→EL806以上錨筋樁施工→混凝土溜管布設(shè)→EL806以下PE埋管吊裝→豎井底部處理→回填混凝土澆筑。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 施工質(zhì)量控制

對(duì)豎井開(kāi)挖與支護(hù)的質(zhì)量控制主要包括:

①測(cè)量控制:保證測(cè)量控制網(wǎng)和控制點(diǎn)的精度,搞好測(cè)量的過(guò)程控制;現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)抽檢測(cè)量,防止出現(xiàn)欠挖等。

②施工質(zhì)量過(guò)程控制:主要通過(guò)對(duì)原材料、成品和半成品的質(zhì)量控制,搞好過(guò)程中的每個(gè)工序的控制。

③要求施工單位加強(qiáng)“作業(yè)人員自檢”、“班組檢驗(yàn)”和“專職檢查員檢驗(yàn)”相結(jié)合的“三檢制”。

4.2 預(yù)防堵井措施及堵井處理方法

利用導(dǎo)井作為溜渣通道,經(jīng)常發(fā)生堵井現(xiàn)象。堵井一般容易發(fā)生在導(dǎo)井的上部和下部。導(dǎo)井上口堵井多是由爆破產(chǎn)生的大塊石造成,堵井發(fā)生在導(dǎo)井下部,一般是由于出渣不及時(shí)或堆渣空間不夠而產(chǎn)生的。

4.2.1 預(yù)防堵井措施

為防止擴(kuò)挖過(guò)程中巖塊過(guò)大和石渣集中下溜堵塞溜渣井,施工中采取了如下措施:

①用非電毫秒延期雷管合理分段位延期爆破,避免爆炮后石渣集中擠壓造成堵井;

②堆渣距下井口距離小于2 m時(shí)應(yīng)及時(shí)出渣,避免堆渣堵井;

③人工在井內(nèi)扒渣時(shí),注意觀察導(dǎo)井內(nèi)風(fēng)向及氣流情況,防止堵井后繼續(xù)溜渣,致使導(dǎo)井全部堵死,無(wú)法處理;

④對(duì)豎井下部集渣區(qū)作擴(kuò)挖處理,加大集渣容量,以多堆渣為宜,減少出渣次數(shù),以加快施工進(jìn)度。

4.2.2 堵井處理方法

上部發(fā)生堵井時(shí),可用人工系安全帶將松渣清理一部分,盡可能找出堵井大石塊,打眼后埋炸藥包,進(jìn)行爆破處理。下部發(fā)生堵井時(shí),待底部出渣到露出導(dǎo)井后,用長(zhǎng)桿舉炸藥包固定在堵塞部位起爆,利用爆破沖擊波震動(dòng)使其下落。但該工作危險(xiǎn)性較大,必須將洞底人行通道進(jìn)行安全處理,從洞口一側(cè)向上爬,以防石渣突然下落,造成事故。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)坪頭水電站1#豎井的開(kāi)挖與支護(hù)施工實(shí)踐,反井法施工技術(shù)取得了良好的效果,確保了工程的施工安全,加快了施工進(jìn)度,提高了工效,具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。豎井開(kāi)挖過(guò)程中的支護(hù)是保證開(kāi)挖正常進(jìn)行的關(guān)鍵,合理有效的支護(hù)措施會(huì)給整個(gè)豎井開(kāi)挖及以后的混凝土施工提供安全的施工環(huán)境。

塌方處理實(shí)踐告訴我們,各種復(fù)雜地質(zhì)條件下出現(xiàn)不可預(yù)見(jiàn)的工程事故在所難免。一個(gè)好的方案應(yīng)具備安全可靠的特性,同時(shí)還應(yīng)滿足工期和質(zhì)量要求,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)1#豎井施工中塌方事故的反思是:如果加強(qiáng)了前期勘探工作,摸清了工程地質(zhì)情況,在先導(dǎo)孔施工階段進(jìn)行好豎井下部區(qū)段固結(jié)灌漿,必將可以有效的預(yù)防塌方發(fā)生,減少經(jīng)濟(jì)損失。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.SL303-2004.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2004:35-39.

Excavation and Support of Shaft No.1 in Pingtou Hydropower Station

LIU Quan-peng,ZHAO Ning,LIANG Xiao-jun
(Yellow River Investigation and Planning and Design Co.,Ltd.,Yellow River Water Conservancy Commission,Zhengzhou,He'nan450003,China)

Shaft No.1 of Pingtou Hydropower Station is 102.2 m in height,its excavation diameter is 5.6 m,and it is located at the stratum that is consisted of the fine grain dolomite being silkily weathered to highly weathered,which belongs toⅢ～Ⅳsurrounding rock,and the occurrences of collapses and drops are highly possible.By researching and practising the excavating and supporting methods under the complicated geological conditions of Shaft No.1,such treating methods as pilot shaft construction,backfilling concrete before excavation,shotcrete and rock bolt supporting in excavation,steel bracing to strengthen the support,aswell as shotcreting after formwork and backfill concreting in collapsed areasetc.are explored here in detail.For the excavation and support of shaft under extremely complicated geological conditions,it's concluded that the comprehensive construction methods of pre-consolidation grouting,shotcrete and rock bolt supporting,steel brace strengthening,formwork-shotcreting and backfill concreting should be taken respectively.

shaft;excavation;support;collapse treatment

TV732+.51

A

1672—1144(2012)01—0025—06

2011-10-31

2011-12-15

劉全鵬(1961—),男(漢族),河南項(xiàng)城人,高級(jí)工程師,主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)及監(jiān)理工作。