趙景飛

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 工程概況

上塔馬克西項(xiàng)目是一項(xiàng)以發(fā)電為主的徑流引水式水電樞紐工程，無(wú)防洪調(diào)節(jié)庫(kù)容。主要樞紐建筑物有攔河閘壩、沉沙池、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房、升壓開(kāi)關(guān)站及送出工程等。其中引水系統(tǒng)出口為254.661 m 長(zhǎng)的高壓引水道，由上平洞段、豎井段、下平洞段、壓力鋼管主管及支管段組成。

豎井屬于高壓管道一部分，設(shè)計(jì)直徑5.6 m，襯砌后直徑為4.6 m，井深100.20 m。

根據(jù)招標(biāo)文件提供的相關(guān)地質(zhì)資料顯示，高壓管道跌水豎井和下平段為石英巖(Qu)，巖體以弱風(fēng)化為主，巖性界線位于跌水豎井上彎段。云母片巖強(qiáng)度較低，屬較軟巖；石英巖具有較高的強(qiáng)度，屬堅(jiān)硬巖。巖層走向N50°～70°W、NE∠20°～25°，對(duì)跌水豎井下游側(cè)壁的圍巖穩(wěn)定不利。

根據(jù)高壓管道圍巖的地層巖性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀態(tài)、鉆孔巖芯破碎程度及地下水情況等初步確定跌水豎井圍巖類別為Ⅲ類。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 施工用風(fēng)

豎井施工用風(fēng)量較小，擬由布置在引水隧洞2#支洞洞口的空壓機(jī)站供給，站內(nèi)配置27 m3/min 油動(dòng)空壓機(jī)各2 臺(tái)。在井身內(nèi)選用?75 的鋼管作為主供風(fēng)管，風(fēng)管緊貼井壁布設(shè)并固定牢固，在距掌子面30 m 左右時(shí)采用高壓軟管連接，端頭設(shè)小型風(fēng)包。

井內(nèi)通風(fēng)：人員進(jìn)入井內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)挖施工時(shí)，導(dǎo)井已經(jīng)貫通，因此井內(nèi)通風(fēng)采用自然通風(fēng)法即可滿足要求，不再另外考慮通風(fēng)設(shè)施。

2.2 施工用水

施工用水主要為反井鉆機(jī)鉆井、擴(kuò)挖鉆孔及支護(hù)用水，用水量較小。反井鉆機(jī)施工期間，在井口附近設(shè)一10 m3的生產(chǎn)水池，水源取自引水隧洞（2#支洞控制段）供水系統(tǒng)。井身擴(kuò)挖時(shí)，自2#支洞工作面的供水系統(tǒng)，敷設(shè)一道供水支管至壓力豎井用水工作面，供水管為?50 鋼管。

2.3 施工用電及道路

施工用電主要包括反井鉆機(jī)、空壓機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、施工供水與照明等，施工用電擬由布置在引水隧洞2# 支洞洞口的2 臺(tái)350 kV·A 的柴油發(fā)電機(jī)組供給。

現(xiàn)2#支洞施工道路滿足施工需要，使用期間安排專人進(jìn)行道路的養(yǎng)護(hù)。

3 施工規(guī)劃

3.1 豎井開(kāi)挖

豎井開(kāi)挖計(jì)劃采用導(dǎo)井法施工，先利用ZFY2.5/200 型反井鉆機(jī)自上而下鉆一直徑為250 mm 的導(dǎo)孔，再自下而上反擴(kuò)形成直徑1.4 m 的導(dǎo)井，最后采用YT-28 型手風(fēng)鉆自上而下分層鉆爆擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面，設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行控制。開(kāi)挖石渣自導(dǎo)井溜至井底后，通過(guò)3#支洞進(jìn)行出渣。

3.2 初期支護(hù)

根據(jù)提供的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，豎井段圍巖為III 類，視開(kāi)挖后揭露的圍巖情況，可采用以下方式進(jìn)行初期支護(hù)：

（1）素噴5 cm 厚C25 混凝土，根據(jù)需要局部布置隨機(jī)錨桿，錨桿規(guī)格Φ25，長(zhǎng)度3 m。

（2）C25 混凝土錨噴支護(hù)，厚度10 cm，系統(tǒng)錨桿采用Φ22鋼筋，單根長(zhǎng)度為2 m，間排距2 m，掛網(wǎng)鋼筋Φ6@200 mm×200 mm。

（3）局部不良地質(zhì)段采用鋼拱架支護(hù)：拱架采用I16 工字鋼，間距50 cm～100 cm；固定錨桿采用Φ25 鋼筋，長(zhǎng)度3 m，間距1.5 m，沿拱架兩側(cè)交錯(cuò)布置；鋼拱架外側(cè)（貼巖面?zhèn)龋?6@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)；噴混凝土標(biāo)號(hào)C25。

4 施工技術(shù)

4.1 導(dǎo)井施工

4.1.1 施工流程

導(dǎo)井施工主要流程見(jiàn)圖1。

圖1 導(dǎo)井施工主要流程圖

4.1.2 導(dǎo)井施工技術(shù)

（1）反井鉆機(jī)平臺(tái)

以豎井軸線為中心，開(kāi)挖4 m×4 m×0.8 m(長(zhǎng)×寬×深)的基礎(chǔ)，澆筑厚度1 m 的混凝土作為反井鉆機(jī)的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂面高出施工平面0.2 m，C20 混凝土澆筑，澆筑前預(yù)埋鉆機(jī)固定地腳螺栓。鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱，需要在井口處布置一套冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)方式，主要由洗井泵、水池、排水溝組成。

（2）鉆機(jī)安裝、調(diào)試

鉆機(jī)安裝在豎井中心部位，主機(jī)起鉆孔口與井中心線延長(zhǎng)線相吻合，操作車、泵車依次停放在一條直線上，操作車距起鉆孔口大約有2 m 的安全距離。鉆機(jī)由專業(yè)施工中隊(duì)在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，并調(diào)試。

（3）測(cè)量定位

鉆機(jī)安裝前進(jìn)行定位，放出豎井中心線位置。鉆機(jī)安裝調(diào)試完成后，對(duì)鉆機(jī)安裝位置進(jìn)行校核，再次檢查、準(zhǔn)確定位，以保證導(dǎo)孔、導(dǎo)井準(zhǔn)確布置在豎井中心線上。

（4）先導(dǎo)孔鉆孔

使用ZFY2.5/200 型反井鉆機(jī)自上而下鉆一直徑為250 mm 的導(dǎo)孔，開(kāi)孔鉆進(jìn)時(shí)，利用開(kāi)孔扶正器和開(kāi)孔鉆桿配合，在孔深3 m 以內(nèi)慢速開(kāi)孔正常鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓控制在8 MPa～10 MPa，導(dǎo)孔洗井液排渣采用正循環(huán)，每鉆完一根鉆桿認(rèn)真洗井1 min～2 min，隨著鉆井深度加大，適當(dāng)延長(zhǎng)沖洗時(shí)間，以避免發(fā)生抱鉆、堵鉆事故。為有效控制偏斜率，鉆進(jìn)中使用穩(wěn)定器。穩(wěn)定器在短接鉆桿后就要用一根，按開(kāi)孔方案進(jìn)行。

（5）導(dǎo)井?dāng)U孔鉆頭安裝、擴(kuò)孔

當(dāng)導(dǎo)孔按設(shè)計(jì)完成后，在下部平洞內(nèi)卸下?250 mm 的鉆頭，換上?1400 mm 的擴(kuò)孔鉆頭，自下向上將?250 mm 的導(dǎo)孔擴(kuò)大為?1400 mm 的導(dǎo)井。

在擴(kuò)孔前應(yīng)將孔周圍直徑范圍以內(nèi)的巖面找平，開(kāi)始擴(kuò)孔及終孔時(shí)宜采用低壓慢速提鉆，主泵壓力在4 MPa～7 MPa，副泵壓力在6 MPa～8 MPa；當(dāng)擴(kuò)孔器完全進(jìn)入巖層后即可進(jìn)行正常擴(kuò)孔。根據(jù)巖石軟硬，主泵和副泵的壓力在10 MPa～18 MPa范圍內(nèi)匹配。擴(kuò)孔中在刀刃接觸巖面時(shí)，嚴(yán)禁使馬達(dá)反轉(zhuǎn)。發(fā)生卡鉆時(shí)，應(yīng)立即反向推進(jìn)，使刀刃脫離巖面。

4.2 豎井?dāng)U挖施工技術(shù)

4.2.1 開(kāi)挖

豎井?dāng)U挖擬采用YT-28 型手風(fēng)鉆鉆孔自上而下分段進(jìn)行爆破開(kāi)挖，周邊輪廓線采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行控制。根據(jù)以往在類似工程中的施工經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際豎井?dāng)U挖施工中，為避免爆破溜渣時(shí)將導(dǎo)井“堵死”，鉆爆擴(kuò)挖時(shí)遵循“多鉆孔、均裝藥、高單耗、低單響、短進(jìn)尺”的施工原則。在豎井開(kāi)挖的初始階段制定合理的爆破參數(shù)，具體參數(shù)見(jiàn)表1。施工前在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化以保證與工程實(shí)際相適應(yīng)。在豎井開(kāi)挖爆破過(guò)程中，還要根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件的不同，不斷調(diào)整爆破參數(shù)，用以取得經(jīng)濟(jì)合理安全的爆破參數(shù)，保證施工的順利進(jìn)行。

表1 豎井?dāng)U挖初爆破參數(shù)表

豎井?dāng)U挖時(shí)工作面爆渣采用人工扒渣。為了提高人工扒渣效率，縮短工序時(shí)間，進(jìn)而加快施工進(jìn)度，每次擴(kuò)挖鉆孔時(shí)，自周邊孔向豎井中心的每排炮孔孔底高程依次低于30 cm，以便爆破后向?qū)Ь较蛐纬尚逼旅?，以便人工扒渣。爆破后洞渣?jīng)人工扒渣通過(guò)導(dǎo)井溜至下方平洞后，再由裝載機(jī)配合自卸汽車運(yùn)出洞外并棄運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

4.2.2 支護(hù)

（1）錨桿施工

1）采用“先注漿、后插錨桿”的施工工藝，工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 錨桿施工工藝流程圖

2）錨桿施工要點(diǎn)

在錨桿鉆孔施工過(guò)程中，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙布置錨桿位置，錨桿采用Φ25 的精軋螺紋鋼筋，縱橫向間距為100 cm，孔深為300 cm，孔距偏差不大于15 cm，孔深偏差不大于5 cm，鉆孔軸線與設(shè)計(jì)軸線的偏差不大于3%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)文件要求，選用YT-28 型手風(fēng)鉆能夠滿足孔徑要求。

錨桿成孔后，要及時(shí)進(jìn)行清孔。本工程中采用高壓風(fēng)槍將浮塵吹去，再用高壓水槍進(jìn)行清洗，直到鉆孔內(nèi)鉆渣浮塵清理干凈，得到監(jiān)理單位檢驗(yàn)后方為合格。

根據(jù)試驗(yàn)室出具的砂漿配合比報(bào)告在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行砂漿拌制，砂漿設(shè)計(jì)強(qiáng)度為M30，配合比為0.46。本工程采用容積為350 L 的強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制，水泥采用等同于P.O.42.5 普通硅酸鹽水泥級(jí)別的當(dāng)?shù)厮?，?xì)集料的最大粒徑不超過(guò)2.5 mm，保證每批使用前都進(jìn)行過(guò)篩。砂漿配合比要在試驗(yàn)室進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，進(jìn)行驗(yàn)證，以保證錨桿的拉拔強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。在拌制過(guò)程中，嚴(yán)格計(jì)重投料，拌和時(shí)間滿足要求，攪拌均勻，隨伴隨用。

在注漿過(guò)程中，采用注漿機(jī)將拌制好的砂漿注入錨桿孔內(nèi)，注漿壓力為0.6 MPa，直至全孔注漿飽滿。盡量保證每個(gè)注漿孔都能連續(xù)進(jìn)行。在注漿前或者中間間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，要用稀水泥漿濕潤(rùn)注漿機(jī)管路，保證管路通暢。

錨桿在進(jìn)場(chǎng)后，需要按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行力學(xué)性能抽檢，抽檢合格方可使用。在使用前，要檢查錨桿是否平直完整，并將表面進(jìn)行除油除銹。注漿飽滿后，人工利用大錘把錨桿插入孔內(nèi)，錨桿的外露長(zhǎng)度一定符合要求，錨桿內(nèi)端部距離孔底不應(yīng)少于10 cm。錨桿施工過(guò)程中，在砂漿終凝之前不得對(duì)安裝好的錨桿進(jìn)行敲擊碰撞，防止錨桿發(fā)生位移。錨桿全部安裝完成后，采用干硬性水泥砂漿進(jìn)行孔口封堵。

待水泥砂漿養(yǎng)護(hù)28 天后，按照1%的抽檢頻率進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)，錨桿設(shè)計(jì)錨固力為150 kN,對(duì)錨桿施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，抽檢不合格者在其所代表的范圍內(nèi)加密抽檢比例，并對(duì)檢測(cè)不合格的錨桿重新施工。

（2）噴射混凝土

本工程采用“濕噴法”施工工藝。

1）施工準(zhǔn)備

噴射混凝土施工前，施工設(shè)備到位，施工實(shí)施質(zhì)量措施計(jì)劃完善。保證現(xiàn)場(chǎng)通水、通電、通風(fēng)設(shè)備的正常運(yùn)行，噴射設(shè)備及操作人員準(zhǔn)備就位。在錨桿檢測(cè)合格后，利用高壓水槍將工作面清洗干凈，保證施工結(jié)合面的潔凈。

2）安裝鋼筋網(wǎng)

為保證豎井噴射混凝土的整體性和抗裂性，在其表面安裝一層Φ6@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)人工綁扎，按間距1 m 左右布置Φ16 插筋，插筋長(zhǎng)度50 cm，調(diào)整鋼筋網(wǎng)緊貼巖面，插筋入巖20 cm。

3）噴射混凝土施工

混凝土混合料在混凝土拌和站集中拌制后，再利用砼罐車運(yùn)輸運(yùn)至工作面后，卸入噴射機(jī)受料斗內(nèi)，由噴射機(jī)配帶的計(jì)量泵自動(dòng)加入速凝劑。施工按照分片分層、自下而上、先凹后凸的順序進(jìn)行，噴射時(shí)噴嘴與巖面大致垂直，距巖面距離控制在60 cm～120 cm。為減少回彈量，不斷調(diào)整氣壓，確保噴射混凝土與巖面緊貼。噴射混凝土采用分層噴射，每層控制厚度不大于5 cm，后一層在前一層混凝土終凝后立即進(jìn)行。

4）噴射混凝土的養(yǎng)護(hù)

噴射混凝土終凝2 h 后，應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7 天；氣溫低于+5℃時(shí)，不得噴水養(yǎng)護(hù)。當(dāng)噴射混凝土周圍的空氣濕度達(dá)到或超過(guò)85%時(shí)，可自然養(yǎng)護(hù)。

（3）鋼拱架支護(hù)

每榀分為5 節(jié)加工，每節(jié)兩端設(shè)端板，用M16 的螺栓連接。鋼拱架擬在加工廠用自制工字鋼彎曲機(jī)，進(jìn)行彎曲制作，制作前按1∶1 比例放樣、加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)用螺栓連接成榀，根據(jù)開(kāi)挖分段安裝固定。

拱架使用錨桿固定，錨桿規(guī)格采用Φ25 鋼筋，長(zhǎng)度3 m，間距1.5 m，沿拱架兩側(cè)交錯(cuò)布置。鋼拱架之間使用Ф20@1 m 連接筋焊接連接。鋼拱架外側(cè)（貼巖面?zhèn)龋歃?@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)。噴混凝土標(biāo)號(hào)C25。

鋼拱架裝設(shè)在設(shè)計(jì)斷面以外，鋼拱架外側(cè)超挖部分，使用同等級(jí)的噴砼回填。

5 井內(nèi)交通布置

豎井內(nèi)的施工交通主要考慮采用爬梯，爬梯沿著井壁布置，梯步使用Φ20 鋼筋，植入巖體內(nèi)50 cm，梯步寬度50 cm，間距30 cm；護(hù)欄使用Φ12 鋼筋焊接而成；爬梯每間隔10 m設(shè)置一個(gè)休息平臺(tái)，休息平臺(tái)尺寸1 m×1 m，用Φ12 螺紋鋼間排距10 cm 進(jìn)行網(wǎng)格焊接制作面層，與爬梯連接處焊接牢固，外側(cè)防護(hù)欄及平臺(tái)加固鋼筋均利用Φ25 鋼筋，間距30 cm布置一道Φ12 連接筋，并掛安全網(wǎng)。

6 重要工序質(zhì)量控制措施

6.1 導(dǎo)井堵塞預(yù)防措施

根據(jù)以往類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，預(yù)防導(dǎo)井堵塞的最有效措施是控制爆破粒徑和延長(zhǎng)微差爆破各段別的間隔時(shí)間。

（1）嚴(yán)格控制爆破粒徑，確保豎井?dāng)U挖爆破后的最大石渣粒徑小于導(dǎo)井直徑的1/3，即47 cm。

（2）豎井?dāng)U挖時(shí)遵循“多鉆孔、均裝藥、高單耗、低單響、短進(jìn)尺”的施工原則，嚴(yán)格控制爆破規(guī)模和爆渣粒徑，具體參數(shù)見(jiàn)豎井?dāng)U挖爆破參數(shù)設(shè)計(jì)部分。

（3）嚴(yán)格控制豎井?dāng)U挖微差爆破時(shí)各段別的間隔時(shí)間，確保相鄰段別間的微差時(shí)間不小于50 ms，必要時(shí)每圈爆破孔再細(xì)分為2 個(gè)～3 個(gè)段別微差起爆。

（4）一旦發(fā)生導(dǎo)井堵塞時(shí)，應(yīng)立即封鎖豎井下部通道，并指派專人值班，暫停豎井工作面的一切施工作業(yè)，查明堵塞部位及原因。

（5）導(dǎo)井堵塞處理時(shí)，宜采用灌水沖刷法、裸露爆破法；一般情況下不得采用鉆孔爆破法，若不得不采取時(shí)，必須經(jīng)過(guò)安全論證，并采取可靠的安全防護(hù)措施。

6.2 質(zhì)量保證措施

（1）在豎井開(kāi)挖施工前，必須按設(shè)計(jì)要求完成周邊排水系統(tǒng)、井口鎖口施工。井口地面應(yīng)設(shè)置擋水設(shè)施，防止引水平洞內(nèi)水流入井內(nèi)。距離井口約50 cm 處設(shè)置高度不小于1.2 m 的防護(hù)欄桿，欄桿底部30 cm 設(shè)置擋腳板。井內(nèi)利用井蓋對(duì)導(dǎo)孔進(jìn)行封閉，井蓋主框架用I12 工字鋼，間距50 cm，頂部采用Φ25鋼筋焊接成鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為20 cm，在鋼筋網(wǎng)上滿鋪一層馬道板，用鐵絲拉緊捆牢。

（2）在擴(kuò)挖開(kāi)始前，利用全站儀、線錘等手段進(jìn)行井頂、井壁的位移和沉降觀測(cè)。豎井口布置4 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行位移和沉降觀測(cè)；井身段間隔5 m 布置一環(huán)觀測(cè)點(diǎn)，每環(huán)四個(gè)，進(jìn)行垂直度觀測(cè)，直到混凝土襯砌無(wú)任何變化時(shí)為止。整個(gè)施工過(guò)程中，通過(guò)加大對(duì)井身段的安全觀測(cè)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)施工；如果有異常時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，便于各方及時(shí)制定處理措施和應(yīng)急處理。

（3）嚴(yán)格控制孔深、孔的傾斜角度，尤其是光爆孔更應(yīng)嚴(yán)加控制，做到“準(zhǔn)、齊、平、直”，對(duì)于主爆孔應(yīng)均勻地布設(shè)在爆破區(qū)域內(nèi)，控制好孔底高程，保證爆破后開(kāi)挖成型規(guī)則。

（4）錨桿鉆孔、注漿及安裝過(guò)程中，技術(shù)人員必須全過(guò)程監(jiān)督旁站，確保每一根錨桿的位置、埋置深度、注漿飽滿度滿足要求；加強(qiáng)錨桿拉拔試驗(yàn)檢測(cè)，確保錨桿施工質(zhì)量。

（5）噴射混凝土施工過(guò)程中要隨時(shí)檢查噴層厚度、脫空及富水區(qū)分布情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)上報(bào)予以解決。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程水電站豎井開(kāi)挖于2016 年6 月開(kāi)工，至2017 年9月完工，共計(jì)完成開(kāi)挖工程量共計(jì)2500 m3,混凝土澆筑3000 m3。技術(shù)人員從導(dǎo)井施工、豎井開(kāi)挖、錨桿支護(hù)安裝、噴射混凝土及井內(nèi)交通組織布置進(jìn)行精心部署，在重點(diǎn)工序進(jìn)行預(yù)防控制，保證了豎井開(kāi)挖的施工質(zhì)量，取得了預(yù)期的效果，也為同類工程的開(kāi)展提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。