1 工程概況

某抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)/ 出水口采用岸邊側(cè)式，1#、2#進(jìn)/ 出水口體型相同，并列布置。 下水庫(kù)進(jìn)出水口包含2 個(gè)閘門井， 閘門井平臺(tái)高程為722 m， 高于閘門井最高涌浪水位720.38 m，與Y4 道路相連，平臺(tái)寬度為30 m。閘門井深39.3 m，圓形斷面直徑為8.6 m， 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙顯示，1#、2#尾水閘門井在高程721.7~711.3 m 范圍內(nèi)巖性呈全風(fēng)化，圍巖類別自上而下依次為Ⅴ類、Ⅳ類。

2 工藝特點(diǎn)

本方法適用于深度30~50 m， 斷面面積為50~70 m2的圓形閘門井開挖；適應(yīng)于閘門井巖質(zhì)較差成全、強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，遇風(fēng)、水加速風(fēng)化圍巖類別；適應(yīng)于抽水蓄能電站在工期壓力較大的情況，可提前進(jìn)行閘門井開挖，以減輕后期閘門下閘及廠房防洪等一系列施工壓力， 為后期廠房施工及防洪度汛安全提供可靠保障。

本方法采用初期支護(hù)及加強(qiáng)支護(hù)循環(huán)作業(yè)保證井身穩(wěn)定， 利用分層混凝土拱圈與井壁摩阻力、 錨桿剪切力成為整體，自上而下整體澆筑，形成快速封閉防止風(fēng)化的混凝土覆蓋保護(hù)層，并且混凝土拱圈澆筑完成后還可抵擋圍巖側(cè)向壓力，確保下面開挖施工人員的安全。 本方法在施工過程中只要采用一般機(jī)械設(shè)備即可進(jìn)行施工， 采用噴淋除塵等措施降低井內(nèi)灰塵，減少油動(dòng)設(shè)備尾氣污染，保持施工作業(yè)環(huán)境處于良好狀態(tài)。

3 工藝流程

（1）上部6 m 明挖（保證設(shè)計(jì)輪廓），分層開挖出渣及錨噴支護(hù)。 （2）6 m 開挖完成，自下而上進(jìn)行混凝土澆筑（按照規(guī)范施工），在頂部澆筑40 cm 厚，向外延伸1 m 的戴帽混凝土，折角放置加強(qiáng)筋。（3）6 m 以下進(jìn)行分層開挖分層支護(hù)，開挖比混凝土支護(hù)早一個(gè)循環(huán)（開挖至：在一個(gè)循環(huán)的開挖只爆破，不挖運(yùn)），采用倒掛式混凝土支護(hù)。 （4）施工過程出渣采用配置龍門吊吊運(yùn)2 m3渣斗吊渣，扒渣、裝渣采用85 液壓反鏟進(jìn)行，施工人員上、下通過鋼爬梯進(jìn)行。

4 方案確定過程

4.1 選案原則

考慮到該抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)出水口閘門井的地質(zhì)情況及施工工期要求，本著以安全生產(chǎn)、保證質(zhì)量、加快工程進(jìn)度的原則，項(xiàng)目部在進(jìn)出水口明挖及洞室開挖未完成前，對(duì)下水庫(kù)1#、2#閘門井先采取自上而下正井開挖，并自上而下采用倒掛方式進(jìn)行混凝土支護(hù)。 閘門井開挖安全的關(guān)鍵在于出渣的吊裝，作業(yè)人員的上下通道，混凝土澆筑下料，每個(gè)工序的銜接，支護(hù)混凝土的強(qiáng)度保證。 為此，項(xiàng)目部積極展開討論，決定在垂直運(yùn)輸中采用16 t 龍門吊，作業(yè)通道采用剛爬梯，開挖過程明確責(zé)任確保施工順利進(jìn)行， 對(duì)于支護(hù)的混凝土需進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)及施工過程的變形觀測(cè)。

4.2 豎井的地質(zhì)情況和實(shí)施對(duì)策

下水庫(kù)進(jìn)/ 出水口和閘門井處為一略微凹地形處，地形平緩，地面坡度10°左右?；鶐r巖性為花崗閃長(zhǎng)巖，地表有殘坡積腐殖土夾孤石， 厚約2~3 m。 地表發(fā)育斷層F2， 并在鉆孔ZK841 中有揭露。 根據(jù)鉆孔ZK841、ZK842 資料，該處巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈，全風(fēng)化的厚度為11~24 m，厚度較大，強(qiáng)風(fēng)化的厚度為2~3 m，弱風(fēng)化層的厚度20~40 m；強(qiáng)風(fēng)化巖石鉆孔巖芯RQD 值為0%~0.49%，幾乎為零，巖石質(zhì)量很差，弱風(fēng)化巖石鉆孔巖芯RQD 值為37.61%~57.43%，巖石質(zhì)量差，微風(fēng)化巖石鉆孔巖芯RQD 值為94.54%~97.20%，巖石質(zhì)量很好，可見微風(fēng)化以上巖體較破碎，完整性較差；壓水試驗(yàn)表明弱風(fēng)化巖體的透水率大多數(shù)在10 Lu 以上，為中等透水，構(gòu)造發(fā)育部位達(dá)強(qiáng)透水，微風(fēng)化巖體的透水率在0.2~3 Lu ，為弱透水。 根據(jù)地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)資料，地下水位埋深約8 m，變幅不大。全風(fēng)化層風(fēng)化成砂，強(qiáng)風(fēng)化層中巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)為碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)（投標(biāo)階段設(shè)計(jì)提供地質(zhì)資料）。

2015 年6 月18 日， 在下水庫(kù)進(jìn)出水口1#、2#閘門井進(jìn)行3 個(gè)地質(zhì)探孔，1#閘門井2 個(gè)探孔位于垂直洞室軸線方向井口開挖開口線的左右側(cè)位置，左側(cè)鉆孔自高程721 m 往下約28 m進(jìn)入弱風(fēng)化巖體，右側(cè)鉆孔自高程721 m 往下約23 m 進(jìn)入弱風(fēng)化巖體；2#閘門井探孔位于閘門井開口線靠河岸方向，鉆孔自高程721.7 m 往下約22 m 進(jìn)入弱風(fēng)化巖體。

2015 年7 月3 日，經(jīng)參建四方開會(huì)討論共同確定，豎井頂部往下6 m 范圍內(nèi)采用錨噴支護(hù)加鋼筋混凝土一次鎖口支護(hù)；底部全、強(qiáng)風(fēng)化巖體采用錨噴支護(hù)加鋼筋混凝土支護(hù)；弱風(fēng)化巖體按原設(shè)計(jì)圖紙執(zhí)行，豎井開挖采用正井法施工。

4.3 主要施工難度、施工技術(shù)方法

施工中的主要難點(diǎn)就是施工過程出渣、 每層混凝土的鋼筋搭接、上下層的混凝土的整體性。 在出渣的時(shí)候必須采用較小的反鏟（85 液壓反鏟）操作手作業(yè)技術(shù)必須保證，因?yàn)榛炷翝仓樽陨隙路謱訚仓?在每次混凝土澆筑完成底部需預(yù)留出與下層鋼筋相接的部分， 伸出的長(zhǎng)度必須滿足鋼筋施工規(guī)范要求，在混凝土澆筑存在整體性的要求，倉(cāng)位順序自上而下，單倉(cāng)混凝土澆筑自下而上，每層就存在搭接頭的問題。全、強(qiáng)風(fēng)化圍巖與混凝土的黏結(jié)力較差，需克服因混凝土自重大于黏結(jié)力產(chǎn)生失穩(wěn)的安全隱患[1]。

4.4 方案設(shè)計(jì)

下水庫(kù)進(jìn)/ 出水口閘門井開挖支護(hù)主要分5 步進(jìn)行：井口以下6 m 明挖施工；鎖口混凝土澆筑；16 t 龍門吊安裝；強(qiáng)風(fēng)化巖層閘井開挖及支護(hù)；弱風(fēng)化層閘井開挖與支護(hù)。

井口高程721.7~715.7 m 屬于明挖段，按照設(shè)計(jì)井壁斷面中間掏槽，自井中心向外依次延時(shí)起爆，每茬進(jìn)尺2 m，爆破開挖后采用反鏟直接將渣體從井內(nèi)挖出裝20 t 自卸汽車運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。 井口最后一層開挖爆破后沿井壁外側(cè)挖一個(gè)反鏟作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)比721.7 m 低2 m，確保進(jìn)口6 m 范圍內(nèi)爆破石渣全部采用反鏟能挖除。

井口鎖口混凝土施工采用自下而上分層澆筑完成， 每層1.5 m，相鄰層預(yù)留鋼筋出露，保證與下一層澆筑段鋼筋連接，井口最上層澆筑1.4 m 寬帶帽混凝土，防止底部爆破開挖過程中井壁鎖口混凝土下滑。

鎖口混凝土以下強(qiáng)風(fēng)化層井挖與支護(hù)， 首先在鎖口混凝土澆筑完成后，沿閘門井井口外側(cè)垂直于洞軸線布置一座16 t龍門吊，以滿足豎井井挖出渣及機(jī)械材料垂直運(yùn)輸要求。 出渣過程中采用龍門吊將反鏟（85）吊至井內(nèi)，利用反鏟將爆破石渣裝進(jìn)特制的龍門吊渣斗內(nèi)（斗容2 m3），利用龍門吊提升渣斗將石渣運(yùn)至井口以外， 再采用液壓反鏟將石渣裝自卸車運(yùn)至下水庫(kù)暫存料場(chǎng)。 出渣完成后利用龍門吊在將反鏟吊至井外，進(jìn)行開挖段井壁支護(hù)，強(qiáng)風(fēng)化層采用錨噴支護(hù)加鋼筋混凝土支護(hù)，錨噴支護(hù)錨桿采用C22 mm 鋼筋，長(zhǎng)4.5 m，入巖4.1 m；全斷面掛網(wǎng)，掛網(wǎng)鋼筋直徑8 mm，間排距20 cm，并噴C20 混凝土厚10 cm；采用C25 標(biāo)號(hào)混凝土襯砌40 cm 厚，鋼筋按鎖口混凝土配筋繼續(xù)延伸（確保鋼筋搭接長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求），每層澆筑高度不超過1.5 m，混凝土澆筑方式自上而下進(jìn)行。

底部弱風(fēng)化層豎井開挖支護(hù)， 采用與強(qiáng)風(fēng)化相同的開挖方法， 適當(dāng)增加炸藥量， 支護(hù)方式采用系統(tǒng)錨桿及噴射混凝土，系統(tǒng)錨桿直徑22 mm，間排距1.5 m，長(zhǎng)3.0 m，入巖2.9 m，噴C20 混凝土10 cm。開挖循環(huán)進(jìn)尺2.0~2.5 m，直至豎井開挖至底部洞室頂部，于尾水洞交叉部位增加鎖口錨桿，確保洞室開挖過程中不會(huì)出現(xiàn)頂拱拉裂或塌方。

4.5 關(guān)鍵安全技術(shù)計(jì)算及技術(shù)問題解決

4.5.1 龍門吊吊裝穩(wěn)定計(jì)算

進(jìn)/ 出水口1#、2#閘門井布置寬15.5 m 的16 t 龍門吊，龍門吊軌道長(zhǎng)70 m， 龍門吊吊裝反鏟、 吊籠時(shí)采用4 個(gè)吊點(diǎn)，2根吊索，單根吊索長(zhǎng)度為8 m，采用直徑32.5 mm 鋼絲繩。 龍門吊吊裝渣斗時(shí)采用4 個(gè)吊點(diǎn)， 為方便渣斗倒渣采用4 根吊索， 單根吊索長(zhǎng)度以渣斗現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)平衡為準(zhǔn)， 采用直徑32.5 mm 鋼絲繩。

本次吊裝最大吊物為XE85C 液壓反鏟，自重8 t，約80 kN。

根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》第12 章，結(jié)構(gòu)吊裝工程吊索鋼絲繩容許拉力計(jì)算公式為：

式中，a 為鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，6×37 型取0.82；Pg為鋼絲繩的破斷拉力總和，6×37 鋼絲極限強(qiáng)度1 850 N/mm2型直徑32.5 mm 鋼絲破斷拉力總和為725 kN；K1為鋼絲繩安全系數(shù)，本次計(jì)算取較大安全系數(shù)8。

本次閘井吊裝最大重量為XE85C 型液壓反鏟， 自重8 t，約80 kN，按兩根鋼絲繩均勻受力，反鏟施加于鋼絲繩的拉力為40÷sin72°=42.1 kN＜74.3 kN。 16 t 龍門吊安全吊物質(zhì)量為16 t。

4.5.2 渣斗設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)承載實(shí)驗(yàn)

渣斗面板采用5 mm 厚鋼板材料， 鋼板拐角板縫采用50 mm×50 mm 角鋼進(jìn)行裹縫焊接，焊縫飽滿，無點(diǎn)焊、漏焊現(xiàn)象，整體采用80 mm 的槽鋼進(jìn)行做肋。 在渣斗設(shè)計(jì)4 個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)采用2 cm，長(zhǎng)48 cm、寬12 cm，在端頭用氧焊切割直徑=4 cm 的圓形孔洞。 4 個(gè)吊點(diǎn)于鋼絲繩連接， 采用購(gòu)買3 t 卡環(huán)；對(duì)于渣斗存在鋼絲繩磨損部位，采用U 形鋼筋進(jìn)行支撐。使鋼絲繩遠(yuǎn)離渣斗棱角部位，從而避免磨碎。

渣斗設(shè)計(jì)為2 m3自重為2 t，石渣質(zhì)量為5 t，出渣吊運(yùn)共計(jì)7 t。 通過以上計(jì)算，龍門吊及鋼絲繩均滿足要求。 渣斗加工完成后， 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝渣安全性實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足安全生產(chǎn)后，方可投入施工，在使用過程中加強(qiáng)管理，及時(shí)對(duì)渣斗進(jìn)行檢查，對(duì)在檢查過程發(fā)現(xiàn)存在安全隱患的部位及時(shí)進(jìn)行整改，經(jīng)檢查確認(rèn)安全后繼續(xù)投入使用。

4.5.3 全風(fēng)化圍巖倒掛混凝土穩(wěn)定分析

混凝土澆筑施工過程變形觀測(cè)記錄， 在下水庫(kù)進(jìn)出水口閘門井布設(shè)8 個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)， 隨機(jī)抽取1 號(hào)發(fā)現(xiàn)豎井安全監(jiān)測(cè)位移量測(cè)質(zhì)量穩(wěn)定。

4.5.4 全風(fēng)化圍巖倒掛混凝土主要技術(shù)難題解決

1）施工總順序

下水庫(kù)進(jìn)/ 出水口閘門井開挖支護(hù)主要分兩部分進(jìn)行：井口以下6 m 明挖施工，鎖口混凝土澆筑；井口高程721.7~715.7 m 屬于明挖段，每茬開挖進(jìn)尺2 m，爆破開挖后采用反鏟直接將渣體從井內(nèi)挖出裝20 t 自卸汽車運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)[1]。

混凝土澆筑也分兩部分進(jìn)行： 井口鎖口混凝土施工采用自下而上分層澆筑完成，每層1.5 m，井口最上層澆筑1.4 m 寬帶帽混凝土，防止底部爆破開挖過程中井壁鎖口混凝土下滑；鎖口混凝土以下強(qiáng)風(fēng)化層開挖與支護(hù)， 強(qiáng)風(fēng)化層先采用錨噴支護(hù)加鋼筋混凝土支護(hù)，再采用C25 標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行襯砌，同樣每層澆筑高度不超過1.5 m， 混凝土澆筑每倉(cāng)自下而上進(jìn)行。 注意的要點(diǎn)是，在尾水洞交叉部位增加鎖口錨桿，確保洞室開挖過程中不會(huì)出現(xiàn)頂拱拉裂或塌方， 再進(jìn)行混凝體澆筑時(shí)倉(cāng)號(hào)鋼筋和鎖口錨桿進(jìn)行連接，確?；炷翝仓w性。

2）關(guān)鍵工序施工順序

施工過程中， 由于開挖為正井開挖方式， 為確保施工安全，開挖揭露的全、強(qiáng)風(fēng)化圍巖能及時(shí)進(jìn)行封閉，并且保證循環(huán)作業(yè)，在每層混凝土支護(hù)前需預(yù)留開挖打鉆作業(yè)場(chǎng)地。

3）主要技術(shù)解決

鋼筋的搭接：在澆筑上層混凝土?xí)r，將預(yù)留的鋼筋，進(jìn)行圓滑過渡折彎，避免了下層出渣的影響，在混凝土澆筑結(jié)束下層出渣完成后，按照施工順序施工，在澆筑下層混凝土?xí)r，鋼筋進(jìn)行調(diào)直。 混凝土的整體性：在施工過程上、下支護(hù)混凝土的連接尤為重要，若施工縫處理得當(dāng)，支護(hù)混凝土將形成一個(gè)整體，支護(hù)效果更加顯著[2]。 在安裝模板預(yù)留20 cm 高環(huán)向進(jìn)料口，混凝土澆筑完成后模板拆除，進(jìn)行鑿毛后期待下層錨噴支護(hù)時(shí)，利用噴混凝土進(jìn)行補(bǔ)填，進(jìn)行抹面收光，澆筑上層時(shí)，底部立45°三角模板，形成倒坡利于下層混凝土相接；拆模后需進(jìn)行鑿毛處理。 模板施工：為在施工過程中為混凝土強(qiáng)度的提升提供充足時(shí)間，設(shè)計(jì)了一套定型鋼模，大大提升了立模施工速度。 開挖施工：支護(hù)混凝土晚于噴混凝土一層，利于下層開挖打鉆角度，可以按照要求進(jìn)行，避免打斜鉆造成超挖，再進(jìn)行下層開挖作業(yè)。

4.5.5 全風(fēng)化圍巖倒掛混凝土主要施工技術(shù)要求

井口最上層澆筑1.4 m 寬帶帽混凝土（厚40 cm，折角增設(shè)加強(qiáng)筋直徑25 mm 螺紋鋼），防止底部爆破開挖過程中井壁鎖口混凝土下滑、 變形；6 m 以下采用錨噴支護(hù)加鋼筋混凝土支護(hù)， 錨桿外露長(zhǎng)度更改為40 cm 于后期混凝土結(jié)合增加剪切力，按照設(shè)計(jì)間距布置每倉(cāng)混凝土有22 根錨桿；進(jìn)行下層鉆爆開挖，只進(jìn)行鉆爆不進(jìn)行挖運(yùn)；支護(hù)混凝土40 cm 厚，每層澆筑高度不超過1.5 m，為滿足鋼筋施工規(guī)范，在每次加工鋼筋時(shí)預(yù)留與下部混凝土鋼筋搭接的長(zhǎng)度， 預(yù)留部分在加工成圓弧過渡，最后形成90°；模板安裝時(shí)，為滿足混凝土施工規(guī)范，在底部安裝45°斜角模板，頂部接口預(yù)留20 cm 環(huán)向的進(jìn)料口，在混凝土澆筑與模板平齊后，上、下層間的20 cm 三角采用噴混凝土進(jìn)行補(bǔ)填，為保證外觀質(zhì)量進(jìn)行人工收面[3]。

5 質(zhì)量及安全注意要點(diǎn)

（1）開挖時(shí)要注意開挖的角度、尺寸及超欠挖的控制，爆破設(shè)計(jì)要經(jīng)過批準(zhǔn)，并嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，發(fā)現(xiàn)啞炮等要專人進(jìn)行處理。 （2）由于圍巖穩(wěn)定性較差，開挖后要注意觀察及時(shí)撬除危巖，并進(jìn)行錨噴支護(hù)，支護(hù)時(shí)施工工人要戴好安全帽及掛好安全帶，要安排專人進(jìn)行安全監(jiān)控。 （3）工人上下豎井可以采用爬梯，爬梯周圍要設(shè)置安全護(hù)圈。 若采用龍門吊上下工人， 必須設(shè)置專用的人員上下籠， 嚴(yán)禁和裝渣的混用。 （4） 鋼筋、模板、混凝土等材料通過龍門吊進(jìn)行吊運(yùn)時(shí)，下方不得站人，并有專人進(jìn)行指揮吊裝材料。 （5） 混凝土模板可以采用散模拼裝或組合式滑模進(jìn)行， 施工過程中加強(qiáng)測(cè)量頻率，確保施工尺寸滿足要求。 （6）混凝土施工過程中，下料速度不能過快，且振搗到位，后期養(yǎng)護(hù)也必須跟上，確?；炷猎缙趶?qiáng)度，從而保證豎井上方的安全。 （7）從開挖、支護(hù)、混凝土施工直到整體完工，為了保證安全，施工過程中一定要進(jìn)行位移安全監(jiān)測(cè)，平均每天觀測(cè)一次，了解圍巖的應(yīng)力釋放情況。（8）豎井開挖支護(hù)等施工過程中，安全責(zé)任制必須層層落實(shí)到位，安全培訓(xùn)教育落實(shí)到位，安全投入落實(shí)到位、安全管理及監(jiān)控落實(shí)到位。

6 結(jié)語