閆平，黃傳庚

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

索普拉多拉水電站位于南美洲厄瓜多爾國境內(nèi)，是保特河流域上的重要梯級，為地下廠房式發(fā)電站。水電站由三臺混流式發(fā)電機組成，發(fā)電水頭為375.6 m，單機容量162.6 MW，總裝機容量487.8 MW。

電站由高壓豎井連接引水隧洞上平段與埋深430 m 的地下廠房。豎井設計斷面為圓形，開挖典型斷面直徑為7.3～6.2 m，垂直開挖高度343.76 m。地質(zhì)資料顯示無大斷層通過，圍巖整體穩(wěn)定，巖石強度為40～60 MPa，具備較好的成洞條件。

2 開挖支護施工方案

2.1 開挖支護總體方案的確定

高壓豎井開挖采用“反井鉆機導井法”和“人工溜渣井+自上而下擴挖”的施工方法。首先采用BMC400型反井鉆機造φ270導向孔，接著由反井鉆機自下而上進行φ1.4 m 導井開挖，然后由人工自上而下對導井進行擴挖形成φ3.4 m 溜渣井，最后由人工自上而下進行φ7.3 m 豎井全斷面擴挖及支護施工。

鑒于豎井深度達343.76 m，且因巖層走向和硬度變化、地質(zhì)缺陷等潛在因素影響，是否能夠豎直開挖至底部與引水隧洞下平段準確連接非常重要。為此，豎井開挖前，制定了兩套開挖施工方案。方案一:釆取豎井全高一段開挖;方案二:增加水平支洞，分段進行豎井開挖方案。

(1)方案一:豎井全高一段開挖支護。

采用反井鉆機全高一段完成豎井導孔鉆設和導井擴挖施工。由于反井鉆機的偏斜率不超過井深的1%，即導孔鉆設完畢，與引水隧洞下平段的中心線水平最大偏差不超過約3.44 m。若控制得當，此偏差會更小。該方案的優(yōu)點是反井鉆機、開挖提升系統(tǒng)及相關輔助設施僅需安置和拆卸一次，既節(jié)省了豎井施工的直線工期，且不增加支洞費用。難點主要是反井鉆機偏斜率的精度控制要求非常高，要求在1%偏斜率的基礎上，再進一步減小偏差。若第一次導孔鉆設偏斜率較大而成為廢孔，則重新鉆設導向孔需增加豎井直線工期;其次是豎井擴挖提升系統(tǒng)的施工安全管理難度較大。

(2)方案二:增加水平支洞，分段進行豎井開挖支護。

增加一條330 m 長的水平支洞(5 m×5 m，城門洞型)至343.76 m 豎井中段，將超深豎井分兩段施工，上段豎井深106.33 m，下段豎井深237.43 m。該方案的主要優(yōu)點是按照BMC400型鉆機不超過1%井深的偏斜率，可以控制豎井與引水隧洞下平段準確連接，從而降低了因?qū)Э灼边^大、重新鉆設的工期風險;其次是豎井分段施工后，擴挖提升系統(tǒng)的安全管理難度較小。但由于需增加支洞、增加預算費用且因豎井要分兩段施工，反井鉆機、開挖提升系統(tǒng)及相關輔助設施的拆卸和安置各增加1次，均需增加豎井的直線工期。

綜合考慮以上因素和分析結(jié)果，決定采用方案一進行超深高壓豎井的施工。

2.2 導向孔和導井施工

采用反井鉆機進行導向孔和導井施工。反井鉆機就位后從上往下鉆設導向孔(φ270)，然后自下而上進行導井(φ1.4 m)擴孔施工。導向孔鉆進過程中，定期采用測斜儀測斜，及時掌握導向孔偏斜度，發(fā)現(xiàn)異常情況采取加設穩(wěn)定桿、控制鉆進速度、控制鉆機水平度等措施進行糾偏。導向孔和導井施工方法見圖1。

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圖1 導向孔和導井施工方法示意圖

圖2 溜渣井及全斷面擴挖施工示意圖

2.3 溜渣井及全斷面擴挖施工

溜渣井(φ3.4 m)采用從下往上分段鉆爆的方法進行施工，每12 m 為一段，全井分28段進行擴挖。溜渣井擴挖采用小型施工吊籃作為施工平臺，吊籃采用10 t 卷揚機牽引，吊點設在豎井正上方，吊籃設兩層，每層容一人，采用氣腿鉆在導井井壁上鉆設略下傾的水平孔，水平孔間排距為0.8 m，鉆孔深度1.15 m。

豎井全斷面(φ7.3 m)擴挖采取“豎直造孔，周邊光爆”的方法進行，單循環(huán)爆破進尺3 m 左右。光爆參數(shù)通過試驗確定并隨施工過程逐步進行優(yōu)化。溜渣井擴挖及全斷面擴挖施工方法見圖2。

2.4 支護施工

為確保支護施工緊跟全斷面擴挖施工，需加工一支護施工平臺(圖2、3)。錨桿采用TY-28手風鉆造孔，MZ-1注漿機注漿，人工安裝。

噴混凝土料采用溜料管(φ200鋼管)溜至支護工作平臺上的集料斗，小型濕噴機施噴。

圖3 豎井大吊籃施工平臺示意圖

3 垂直運輸方案

3.1 垂直運輸方案的確定

豎井垂直運輸配備一臺10 t 主卷揚機和兩臺5 t 副卷揚機，溜渣井擴挖的小吊籃采用10 t 主卷揚機牽引。由于豎井深度達343.76 m，故垂直運輸?shù)陌踩陵P重要。經(jīng)研究確定了采用升降吊籃的方案合理可行，安全度較高。

3.2 垂直運輸方案

本工程垂直運輸采用升降吊籃方案，吊籃采用卷揚機牽引，卷揚機布置在上平段距豎井中心約30 m 處。在井口正上方設置承重橫梁，鋼絲繩由卷揚機發(fā)出經(jīng)安裝在承重橫梁上的定滑輪轉(zhuǎn)入井內(nèi)與吊籃相連。鋼絲繩分主繩(φ28)和穩(wěn)繩(φ21.5)兩種，定制卷繩長度為400 m。主繩由中間的10 t 主卷揚機牽引，與吊籃相連;穩(wěn)繩由兩邊的5 t 副卷揚機牽引，與吊籃下方的支護施工平臺相連。為防止吊籃打轉(zhuǎn)，穩(wěn)繩須通過從吊籃外側(cè)伸出的滑輪。在豎井井口架設人行棧橋，人行棧橋中間的預留孔供通行。

支護施工平臺下方設安全蓋，由可自由調(diào)節(jié)長度的鋼索懸掛在支護平臺下方，用于堵住溜渣井井口，確保施工安全，安全蓋兼作支護施工平臺的配重(圖4)。

4 施工中的難點、重點及對策

4.1 導孔鉆孔精度控制

豎井導井施工成敗的關鍵在于導孔鉆孔的精度控制。高壓豎井深約371 m，開挖洞徑7.3 m，終孔偏差率要保證不大于1%，否則將成為廢孔。導孔偏斜度糾偏常采用的有效方法為勤測孔斜、回填高強混凝土(并等強)重新鉆進、中部加穩(wěn)定桿、控制鉆速和鉆機的水平度等。

4.2 不良地質(zhì)巖層中的導孔施工

在該工程高壓豎井開挖支護過程中，導孔鉆設時可能遇到兩個地質(zhì)問題:一是遇溶洞(群)導致孔口不返水，鉆機扭矩增大而影響正常鉆孔;二是遇中高硬度、具有導向作用的巖層導致多次鉆孔偏斜過大，成為廢孔。

遇到溶洞(群)后，一般采用孔內(nèi)回填灌漿的方式進行處理。灌漿以灌砂漿或強度等級較高的一級配混凝土為宜。回填的砂漿和混凝土可摻速凝劑，等強后沿原孔繼續(xù)鉆進。

導孔鉆進過程中遇到對鉆孔導向與巖層走向夾角較大、具有一定導向作用的硬質(zhì)陡傾角巖層時，一般采用“鉆進→孔斜測量(若偏移超標)→孔底爆破→固結(jié)灌漿→再鉆進→孔斜測量”的辦法，經(jīng)反復爆破和固結(jié)灌漿，最終破壞并穿過該“導向”巖層，順利終孔。

5 結(jié)語

圖4 高壓豎井垂直運輸系統(tǒng)布置圖

厄瓜多爾索普拉多拉水電站343.76 m 高壓豎井屬于國內(nèi)、外超深豎井之一，全高一段開挖到底，施工難度極大。從開挖支護施工方案和垂直運輸方案的確定，到導孔鉆孔精度的控制和不良地質(zhì)條件對導孔鉆孔的影響及對策，都經(jīng)過反復討論和研究，施工技術(shù)趨于成熟，適合實際應用和推廣。