王 巖 ，滿(mǎn) 銳 ，王 永

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163311)

引水下豎井開(kāi)挖與支護(hù)的改進(jìn)施工

王 巖 ，滿(mǎn) 銳 ，王 永

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163311)

下豎井由于受底部開(kāi)挖支護(hù)的約束，工期十分緊張，為此考慮從下層排水廊道打施工支洞至下豎井，利用下層排水廊道出渣，提前進(jìn)行下豎井的開(kāi)挖，從而保證了引水下豎井的工期，并為實(shí)現(xiàn)引水系統(tǒng)的總工期打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

引水下豎井;開(kāi)挖;工程地質(zhì);施工方案;支護(hù)改進(jìn);安全措施

1 工程概況

引水系統(tǒng)下豎井包括1#引水下豎井和2#引水下豎井，是引水系統(tǒng)中平洞和下平洞的連接豎井。

1#下豎井位于樁號(hào)引10+726.027，中心點(diǎn)坐標(biāo)為X為65732.390，Y為 76059.440;2#下豎井位于樁號(hào)引 20+643.042，中心點(diǎn)坐標(biāo)為X為65690.821，Y為76035.440。

1.1 開(kāi)挖形式

引水系統(tǒng)下豎井上彎段圓弧半徑25.0 m，圓心角88.8542°，L為38.75 m。井身為▽205.005～▽28.692，L為176.313 m，下彎段圓弧半徑25.0 m，圓心角為85.4261°，L為37.255 m。其中▽195.000～▽189.000，L為6.0 m為漸變段。

引水系統(tǒng)下豎井上彎段開(kāi)挖為馬蹄型，上部開(kāi)挖半徑3.4 m，下部開(kāi)挖高為3.5 m，底寬為5.0 m。

井身開(kāi)挖直徑：▽205.005～▽195.000為φ6.8 m(F220斷層帶為φ7.0 m)，▽195.000～▽28.692為φ6.4 m(F220斷層帶時(shí)為φ6.6 m)，井身漸變段開(kāi)挖直徑為φ6.8 m～φ6.4 m(1#下豎井漸變段處于 F220斷層帶為φ7.0 m～φ6.6 m)。

下彎段開(kāi)挖為馬蹄型，上部開(kāi)挖半徑3.2 m，下部開(kāi)挖高為3.3 m，底寬為5.0 m。

1.2 支護(hù)形式

引水系統(tǒng)下豎井Ⅲ類(lèi)圍巖支護(hù)形式：隨機(jī)錨桿，φ22，L為300 cm，入巖290 cm。噴鋼纖維混凝土CF25，厚10 cm。

Ⅳ類(lèi)圍巖支護(hù)形式：系統(tǒng)錨桿，φ22，L為300 cm，入巖290 cm，@為150×150 cm。噴鋼纖維混凝土CF25，厚10 cm。

F220斷層帶支護(hù)形式：系統(tǒng)錨桿，φ22，L為300 cm，入巖290 cm，@為150(100)×150 cm。φ42小導(dǎo)管，L為350 cm，環(huán)向間距30 cm。格柵鋼架，14×14 cm，鋼架間距100 cm，噴鋼纖維混凝土CF25，厚20 cm。

1.3 工程量

下豎井工程量見(jiàn)表1。

表1 下豎井工程量表

1.4 工程地質(zhì)情況

引水系統(tǒng)下豎井?dāng)嗔褬?gòu)造較發(fā)育，且有規(guī)模較大的F220斷層通過(guò)，斷層破碎帶寬約7～10 m。豎井上下彎段為Ⅳ～Ⅲ類(lèi)圍巖;1#下豎井▽205.005～▽196.000為Ⅳ～Ⅲ類(lèi)圍巖，▽196.000～▽189.000為Ⅴ類(lèi)圍巖(F220斷層帶)，▽189.000～▽28.692為Ⅳ～Ⅲ類(lèi)圍巖。2#下豎井▽205.005～▽163.000為Ⅳ～Ⅲ類(lèi)圍巖，▽163.000～▽153.000為Ⅴ類(lèi)圍巖(F220斷層帶)，▽153.000～▽28.692為Ⅳ～Ⅲ類(lèi)圍巖。

2 施工方案選擇

1)根據(jù)總進(jìn)度計(jì)劃，下豎井底部開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)束后，才能進(jìn)行下豎井導(dǎo)井開(kāi)挖，使下豎井工期非常緊張，因此經(jīng)慎重考慮，利用引水下層排水廊道打支洞至下豎井，利用引水下層排水廊道進(jìn)行出渣，提前進(jìn)行下豎井開(kāi)挖，節(jié)約工期約7.5個(gè)月，在工期上贏得寶貴時(shí)間，使下豎井由關(guān)鍵線(xiàn)路演變成一條工期有一定富裕度的普通線(xiàn)路，工期上風(fēng)險(xiǎn)大大降低，使下豎井這一條引水系統(tǒng)最關(guān)鍵的線(xiàn)路能夠提前完成。

2)下豎井施工時(shí)將通過(guò)F220斷層，由于F220斷層帶及其影響帶分別達(dá)17 m和20 m，且?guī)r石破碎，開(kāi)挖與支護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，變更后能夠?yàn)镕220斷層處理及意外情況處理贏得時(shí)間。

3)下豎井提前貫通后，可大大改善廠房系統(tǒng)的通風(fēng)散煙條件，改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境。

4)當(dāng)9#施工支洞施工至6#、3#、4#支洞及引水下平洞后，則可優(yōu)先進(jìn)行6#、4#、3#支洞的開(kāi)挖，在發(fā)生干擾的情況下則以6#、4#、3#施工支洞為主，加快廠房及尾水系統(tǒng)施工進(jìn)度，緩解廠房壓力，9#施工支洞施工至引水下平洞后，則可優(yōu)先進(jìn)行下游側(cè)施工，為鋼岔管施工贏得更多、更充裕的寶貴時(shí)間。

3 主要施工情況

下豎井含上、下彎段深達(dá)252.318 m，在完成下豎井開(kāi)挖的同時(shí)還要完成下豎井上彎段頂部的大斷面擴(kuò)挖及安裝鋼管所用橋機(jī)混凝土澆筑、設(shè)備安裝等施工之后才能進(jìn)行裸巖固結(jié)灌漿，然后進(jìn)行鋼管的安裝及混凝土回填，不僅施工難度大，而且占用直線(xiàn)工期長(zhǎng)，使下豎井開(kāi)挖已成為本工程的關(guān)鍵線(xiàn)路，由于進(jìn)場(chǎng)交通洞移交工作面的推遲，其間還要通過(guò)F220斷層，到2004年2月中旬才能開(kāi)挖至9#施工支洞，在9#施工支洞開(kāi)挖時(shí)還要利用9#支洞進(jìn)行6#、3#、4#施工支洞的開(kāi)挖，9#施工支洞開(kāi)挖到引水下平洞后，要同時(shí)進(jìn)行下平洞上、下游4個(gè)面的開(kāi)挖，相互間施工干擾較大，如果待下豎井下部開(kāi)挖完成具備反井鉆機(jī)開(kāi)挖條件后再用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井施工，下豎井?dāng)U挖時(shí)間不足3個(gè)月，這樣下豎井的工期將十分緊張，很可能演變成和廠房一樣重要的關(guān)鍵線(xiàn)路，如果采取自上而下全斷面正井法施工，則通風(fēng)、排水及施工安全等問(wèn)題突出，施工難度極大，為保證施工進(jìn)度及施工安全，從引水下層A3-5排水廊道開(kāi)挖至下豎井位置時(shí)分別向1#、2#下豎井開(kāi)挖一條施工支洞(斷面為3 m×3.2 m，其中1#施工支洞長(zhǎng)19.32 m，2#施工支洞長(zhǎng)19.32 m，支護(hù)型式為系統(tǒng)錨桿φ22，L為2.5 m，間排距1.4 m×1.4 m，每排5根，噴 C20混凝土8 cm)，作為下豎井出渣通道。施工支洞布置詳見(jiàn)附圖，施工支洞施工完畢后在下豎井上井口搭設(shè)反井鉆機(jī)平臺(tái)，進(jìn)行導(dǎo)井開(kāi)挖(導(dǎo)井直徑為1.4 m)，最后自上而下擴(kuò)挖成型。施工支洞布置及剖面見(jiàn)圖1、2。

圖1 施工支洞布置圖

3.1 開(kāi)挖

施工支洞斷面為3 m×3.2 m，開(kāi)挖采用手風(fēng)鉆鉆孔、全斷面爆破、周邊采用光面爆破的方式。施工支洞出渣采用0.4 m3耙斗式電動(dòng)裝巖機(jī)直接裝小型農(nóng)用(自卸)機(jī)動(dòng)車(chē)將渣運(yùn)至排風(fēng)豎井底部，由3.0 m3裝載機(jī)裝20 t自卸汽車(chē)出渣至西梅園渣場(chǎng)。

圖2 施工支洞剖面圖

下豎井底部出渣施工支洞開(kāi)挖完畢后，即在下豎井上部井口搭設(shè)反井鉆機(jī)平臺(tái)，自上而下鉆設(shè)導(dǎo)孔，導(dǎo)孔施工完畢后，再自下而上鉆設(shè)導(dǎo)井，導(dǎo)井尺寸為直徑1.4 m。

擴(kuò)挖采用全斷面鉆爆開(kāi)挖法，周邊孔間距0.4～0.5 m，排距0.6 m，輔助孔間距0.6～0.8 m，排距0.65～0.70 m，非電管引爆，導(dǎo)爆管傳爆。周邊采用光面爆破，線(xiàn)裝藥量150～200 g/m，崩落孔采用松動(dòng)爆破。施工中根據(jù)圍巖狀況及時(shí)調(diào)整單循環(huán)進(jìn)尺及爆破參數(shù)。鉆孔深度根據(jù)圍巖類(lèi)別確定為1.5～2.0 m，循環(huán)進(jìn)尺1.2～1.8 m，全斷面擴(kuò)挖的石渣一部分放炮后直接經(jīng)導(dǎo)井溜至井底，其余則由人工扒至豎井底部，底部采用0.4 m3耙斗式電動(dòng)裝巖機(jī)直接裝小型農(nóng)用(自卸)機(jī)動(dòng)車(chē)將渣運(yùn)至排風(fēng)豎井底部，由3.0 m3裝載機(jī)裝20 t自卸汽車(chē)出渣至西梅園渣場(chǎng)。

3.2 支護(hù)施工

根據(jù)地質(zhì)資料，下豎井多屬Ⅳ-Ⅲ類(lèi)圍巖，局部Ⅴ類(lèi)圍巖，結(jié)構(gòu)面發(fā)育。

Ⅲ類(lèi)圍巖采用隨機(jī)錨桿、噴CF25鋼纖維混凝土支護(hù);Ⅳ類(lèi)圍巖采用系統(tǒng)錨桿、噴CF25鋼纖維混凝土支護(hù);Ⅴ類(lèi)圍巖(F220斷層帶)采用φ42 mm小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)，系統(tǒng)錨桿和格柵鋼架、噴CF25鋼纖維混凝土支護(hù)。

3.2.1 錨桿施工

錨桿施工采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，人工安插錨桿。鉆孔工作結(jié)束后，用高壓水將孔內(nèi)的鉆孔巖屑和泥沙沖洗干凈，直到回水變清，并用木塞臨時(shí)封閉孔口，以免雜物掉入。

砂漿錨桿安裝前，用高壓風(fēng)排出孔內(nèi)積水，檢驗(yàn)合格后注漿安裝錨桿。錨桿按“先注漿后安裝錨桿”的施工工藝，用MZ-1注漿機(jī)注漿，人工將插錨桿插入。

錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。在砂漿錨桿養(yǎng)護(hù)28 d后，采用拉拔器進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)。拉力方向與錨桿軸線(xiàn)一致，當(dāng)拉拔力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，立即停止加載，結(jié)束試驗(yàn)。

3.2.2 噴鋼纖維混凝土施工

1)混凝土噴射機(jī)放置在開(kāi)挖施工的工作平臺(tái)上。噴混凝土料由強(qiáng)制式拌合機(jī)洞口拌料，5 t自卸車(chē)運(yùn)送到豎井上口，用吊籃進(jìn)行噴混凝土料的垂直運(yùn)輸。

2)對(duì)噴射面進(jìn)行檢查，清除開(kāi)挖面的浮石、墻腳的石渣和堆積物;處理好光滑巖面;安設(shè)工作平臺(tái);用高壓風(fēng)水槍沖洗受?chē)娒?，?duì)遇水易潮解的泥化巖層，采用高壓風(fēng)清掃巖面;埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志;作業(yè)區(qū)有良好的通風(fēng)和充足的照明設(shè)施。

3)對(duì)施工機(jī)械設(shè)備、風(fēng)、水管路和電線(xiàn)等進(jìn)行全面檢查和試運(yùn)行。

4)噴射作業(yè)分段分片依次進(jìn)行，自下而上順序噴射;一次噴射厚度≤5 cm，以噴層不產(chǎn)生墜落和滑移為適度。分層噴射時(shí)，后一層噴射在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若間隔時(shí)間超過(guò)1 h，則噴層表面的浮膜、浮塵等雜物用風(fēng)、水沖洗干凈。

5)噴射機(jī)要連續(xù)供料，噴射機(jī)工作風(fēng)壓力穩(wěn)定。為保證噴射質(zhì)量，噴嘴距巖面1.0 m左右，并盡量與巖面保持垂直，呈螺旋狀往復(fù)噴射。完成或因故中斷作業(yè)時(shí)，噴射機(jī)和輸料管內(nèi)的積料要清除干凈。

6)為保證噴射質(zhì)量，噴射距離控制在0.6～1.0 m，噴射角度盡量和噴射面垂直。噴射時(shí)連續(xù)、平穩(wěn)地自下而上旋轉(zhuǎn)噴射，噴射風(fēng)壓1.5～2 kg/m2。

7)噴射料束運(yùn)動(dòng)軌跡：環(huán)形旋轉(zhuǎn)水平移動(dòng)并一圈壓半圈，環(huán)形旋轉(zhuǎn)直徑約0.3 m。噴射第二行時(shí)，依順序由第一行起點(diǎn)上方開(kāi)始，行間搭接約為2～3 cm。

8)Ⅲ類(lèi)圍巖噴射作業(yè)一般推遲一個(gè)循環(huán)，Ⅳ～Ⅴ類(lèi)圍巖噴射作業(yè)必須緊跟開(kāi)挖工作面。

3.3 F220斷層開(kāi)挖與支護(hù)施工

1#下豎井在高程▽196.0 m～▽189.0 m，2#下豎井在高程▽163.0 m～▽153.0 m有F220斷層通過(guò)，在開(kāi)挖施工的同時(shí)必須做好支護(hù)工作。

在接近F220斷層時(shí)，進(jìn)行超前勘探，探明地質(zhì)形式和地下水滲水量。開(kāi)挖、支護(hù)交替進(jìn)行，控制循環(huán)進(jìn)尺≤1.5 m，開(kāi)挖后立即用噴混凝土封閉巖面，并進(jìn)行小導(dǎo)管預(yù)注漿、格柵鋼架支護(hù)。

3.4 施工安全措施

施工中遵循確保安全，穩(wěn)扎穩(wěn)打的原則，采取超前支護(hù)、短進(jìn)尺、快循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)的施工方法，以確保施工安全。

3.4.1 超前支護(hù)

周邊全范圍采用超前小導(dǎo)管注漿，小導(dǎo)管采用φ42熱軋無(wú)縫鋼管制成，前部鉆注漿孔，孔徑10 mm，孔間距250 cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，小導(dǎo)管長(zhǎng)3.5 m，縱向搭茬＞100 cm，外插角20°。小導(dǎo)管鉆孔采用手風(fēng)鉆，注漿采用M20水泥砂漿，跳孔施工注漿至密實(shí)。小導(dǎo)管注漿完畢，待強(qiáng)度達(dá)到開(kāi)挖要求后，方可進(jìn)行開(kāi)挖。施工中根據(jù)圍巖情況可在兩根小導(dǎo)管之間增打隨機(jī)超前錨桿。

3.4.2 開(kāi)挖注意事項(xiàng)

開(kāi)挖時(shí)遵循短進(jìn)尺、多鉆孔、弱藥量、快循環(huán)的原則，循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5 m以?xún)?nèi)，擴(kuò)挖后立即進(jìn)行噴混凝土5 cm封閉巖壁，再安裝鋼格柵，格柵安裝后，進(jìn)行系統(tǒng)噴混凝土支護(hù)。開(kāi)挖過(guò)程中，錨噴支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工現(xiàn)場(chǎng)圍巖狀況，采取必要的支護(hù)措施，保證圍巖的穩(wěn)定。

3.4.3 二次支護(hù)

出渣結(jié)束后進(jìn)行系統(tǒng)錨桿和格柵鋼架施工。錨桿為φ22，L為3 m，入 巖2.9 m。鋼 格 柵 截 面 寬 × 高 =14 cm×14 cm，格柵間距100 cm，格柵間通過(guò)螺栓連接形成受力整體。兩榀格柵間設(shè)φ22連接筋，環(huán)向間距1 m，連接筋與鋼格柵焊接牢固。施工中視圍巖情況可在兩榀格柵間掛鋼筋網(wǎng)，環(huán)向網(wǎng)筋φ8，縱向網(wǎng)筋φ6，網(wǎng)格尺寸20 cm×20 cm，縱向網(wǎng)筋與格柵主筋焊牢，網(wǎng)筋交叉點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊。格柵支立完畢后，進(jìn)行系統(tǒng)噴混凝土支護(hù)，噴混凝土厚度為20 cm。格柵與洞壁間的空隙用預(yù)制混凝土塊楔緊。為確保施工安全，鋼格柵支護(hù)向斷層上下游各延伸一定長(zhǎng)度。鋼格柵安裝完畢驗(yàn)收合格后立即進(jìn)行噴鋼纖維混凝土施工，混凝土為CF25，厚20 cm。

3.4.4 監(jiān)控測(cè)量

施工中加強(qiáng)觀察地下水、圍巖及地質(zhì)和支護(hù)狀況，加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，并增加凈空收斂變形，加強(qiáng)信息反饋，通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)修改支護(hù)參數(shù)，確保施工安全

4 結(jié)束語(yǔ)

引水下豎井采用增加施工支洞提前進(jìn)行開(kāi)挖的施工方法，雖然增加投資，但節(jié)約工期約7.5個(gè)月，在工期上贏得寶貴時(shí)間，使下豎井由關(guān)鍵線(xiàn)路演變成一條工期有一定富裕度的普通線(xiàn)路，工期上風(fēng)險(xiǎn)大大降低，使下豎井這一條引水系統(tǒng)最關(guān)鍵的線(xiàn)路能夠提前完成，取得了巨大的社會(huì)效益。

［1］段儒健，張德高.周寧水電站高墳引水豎井施工技術(shù)［J］.水利發(fā)電，2006，32(12)：70-72.

［2］刁凱.豎井開(kāi)挖施工技術(shù)［J］.中國(guó)西部科技，2009(5)：21-23.

［3］羅遠(yuǎn)耀，趙明民，杜濤.百色水利樞紐地下廠房巖壁梁開(kāi)挖技術(shù)［J］.紅水河，2003(4);54-58.

［4］許孝臣，盛金昌，何淑媛，速寶玉，羅瑩禮，左曉翠.地下水廠房洞室群排水系統(tǒng)滲流量的粗略估算方法［J］.水利水電科技進(jìn)展，2008(04)：65-67.

TV551.412

B

1007-7596(2011)06-0128-03

2011-03-31

王巖(1981-)，女，黑龍江安達(dá)人，工程師;滿(mǎn)銳(1980-)，女，黑龍江安達(dá)人，工程師;王永(1976-)，男，黑龍江安達(dá)人，工程師