謝　盛

（江西省水利水電建設(shè)有限公司　江西　南昌　330025）

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印尼PAKKAT水電站隧洞豎井開挖及支護(hù)施工技術(shù)探討

謝盛

（江西省水利水電建設(shè)有限公司江西南昌330025）

摘要本文結(jié)合帕卡特水電站中引水隧洞豎井施工實(shí)例，針對本工程巖石整體性差且易破碎的情況，針對豎井不同地質(zhì)條件，提出3種不同的支護(hù)方式，總結(jié)出不同類型地質(zhì)情況下豎井開挖及其支護(hù)的具體施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞隧洞豎井開挖；光面爆破；開挖支護(hù)

1　工程概況

帕卡特水電站位于印度尼西亞共和國北蘇門答臘省帕卡特區(qū)境內(nèi),壩址位于東經(jīng)221°29′21″,北緯2°08′03″，AekSirahar河上游，河床高程440m～450m處，距帕卡特區(qū)中心約5km，距省會棉蘭320km。廠址位于東經(jīng)221°29′26″,北緯2°07′38″，在壩址下游約0.35km處（順河），壩址以上集雨面積251km2。本樞紐主要建筑物有：混凝土重力壩（含溢洪道），發(fā)電引水上平洞，豎井，下平洞及發(fā)電廠房，升壓變電站等。

引水隧洞上平洞總長308m，坡度為1%，隧洞開挖直徑3.6m，襯砌型式為不襯砌、噴錨支護(hù)和鋼筋砼襯砌，襯砌工程量在隧洞開挖揭露后，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件調(diào)整。砼襯砌段采用C25砼，襯砌厚度30cm，襯砌后洞徑為3.0m。錨噴段采用掛網(wǎng)Φ6@20×20噴C30砼厚10cm，局部不穩(wěn)定段增加隨機(jī)錨桿。不襯砌段的錨噴段底部抹15cm厚C20素砼?；炷烈r砌段均需固結(jié)灌漿和回填灌漿。

在樁號0+323.156m處為豎井,用轉(zhuǎn)彎半徑15m和8m的圓弧與上、下平洞相連接，井深為133m，開挖直徑3.8m，410m以上高程采用C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為40cm，襯砌后洞徑為3.0m。其下為Q345- C鋼板襯砌，襯砌后洞徑為2.6m，井壁需進(jìn)行固結(jié)灌漿。豎井后接下平洞至隧洞出口（樁號0+430.412m），縱坡為1%，開挖直徑3.2m，采用Q345- C鋼板襯砌，鋼板厚度為14mm～22mm，采用C20砼回填，襯砌后直徑為2.0m。豎井全長145.068m（含上、下反弧段），高差130.152m，開挖洞徑4200mm，鋼襯直徑3000mm，板厚14mm～16mm。通過反井鉆機(jī)擴(kuò)孔情況推測，巖石節(jié)理發(fā)育，巖石整體性差，較破碎，滲水較嚴(yán)重。

2　豎井開挖施工方案選取

本工程豎井開挖采用全斷面光面爆破的方式進(jìn)行。YP—27、YP—24氣腿式風(fēng)鉆鑿巖造孔，人工裝填炸藥，電雷管起爆，爆破后采用扒渣機(jī)、翻斗車出渣。

（1）鉆爆施工。由于反井鉆機(jī)已經(jīng)擴(kuò)出了直徑1.4m的中心孔洞，所以只布置輔助孔和在設(shè)計(jì)輪廓線上布置周邊孔。輔助孔孔軸中心布置在半徑1400mm的輪廓線上，孔距500mm。周邊孔孔距440mm?？咨钊繛?000mm。為了分開管路、電路。在靠下游側(cè)開挖一500mm×1200mm的凹槽，該凹槽內(nèi)一側(cè)布置風(fēng)、水管路，一側(cè)布置電路。

（2）出渣處理。爆破后留在平臺上的石渣采用人工推向?qū)Ф?，自落到豎井底部。在下平洞采用扒渣機(jī)、翻斗車聯(lián)合出渣。每3排炮出渣一次。根據(jù)豎井不同高度的地址條件，對豎井采取以下3種不同的支護(hù)方式。1、對巖石結(jié)構(gòu)較好，滲水量少的地段，采取掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)相結(jié)合并噴砼的方案進(jìn)行保護(hù)；2、對巖石結(jié)構(gòu)較好，滲水量大的地段，采取內(nèi)掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)，外掛安全網(wǎng)相結(jié)的方式進(jìn)行保護(hù)；3、對巖石破碎或夾泥質(zhì)斷層等地段，采取鋼筋網(wǎng)和現(xiàn)澆C20砼的方式進(jìn)行保護(hù)。

（3）井口鎖口、起吊安全架。對豎井開挖施工時(shí)，豎井鎖口采用八角形鋼筋砼。在水平方向布置2排錨筋，豎直方向布置一排錨筋，砼采用C20砼，砼高出地面500mm。在鎖口的上部采用鋼結(jié)構(gòu)對豎井頂部進(jìn)行支護(hù)保護(hù)。防止巖石脫落及水漏入井內(nèi)。鋼架10根150的工字鋼作立柱及橫梁，頂部采用10號槽鋼沿巖壁支撐，空隙部位采用槽鋼頂密實(shí)，并在巖壁緊貼一層鋼絲網(wǎng)。在框架上部采用鐵皮瓦進(jìn)行擋滲水。

（4）開挖施工所需的起重設(shè)備選取。由于人員、物質(zhì)等需要通過起重設(shè)備下到工作面，因此在豎井的上反弧段布置起重設(shè)備。另外，本工程開挖施工主要起重設(shè)備由5t卷揚(yáng)機(jī)一臺、門式吊架和2套升降機(jī)等組成。其中5t卷揚(yáng)機(jī)的運(yùn)行速度為10m/min，配置鋼絲繩為Φ19.5，5t卷揚(yáng)機(jī)安裝在離豎井中心15m處，門式吊架布置在豎井中心處。通過安裝在吊架上的5t定滑輪導(dǎo)向，從豎井中心處起吊。升降機(jī)采用清洗高層建筑外墻的雙吊點(diǎn)升降機(jī)，該設(shè)備在吊籃中控制升降，雙吊點(diǎn)可以防止在升降時(shí)吊籃旋轉(zhuǎn)，并配有自動鎖定裝置和電機(jī)失效安裝裝置，安全性好。一套升降機(jī)安裝在井口頂部鋼架上，一部安裝在施工平臺下方。

3　豎井開挖施工所采取的支護(hù)方案

為了提供支護(hù)空間，不對原設(shè)計(jì)的安裝、運(yùn)輸空間造成影響，本工程對豎井開挖時(shí)采取增大開挖半徑的方法，如圖1所示。即開挖直徑增加至4400mm（對需要現(xiàn)澆砼的地段，直徑增加至4600mm）。鑒于本工程中巖石節(jié)理發(fā)育，巖石整體性差，較破碎以及滲水較嚴(yán)重，該情況下進(jìn)行大直徑豎井開挖，如何采取合理的豎井支護(hù)是工程施工關(guān)鍵要點(diǎn)。因此需要對豎井開挖施工全過程中采取有效的支護(hù)方式，鑒于此，本工程結(jié)合豎井不同高度情況，對豎井采取以下3種不同的支護(hù)方式。對巖石結(jié)構(gòu)較好，滲水量少的地段，采取掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)相結(jié)合并噴砼的方案進(jìn)行保護(hù)；對巖石結(jié)構(gòu)較好，滲水量大的地段，采取內(nèi)掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)，外掛安全網(wǎng)相結(jié)合的方式進(jìn)行保護(hù)；對巖石破碎或夾泥質(zhì)斷層等地段，采取鋼筋網(wǎng)和現(xiàn)澆C20砼的方式進(jìn)行保護(hù)。

圖1　豎井上彎開挖方案圖

3.1掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)相結(jié)合并噴砼的方案

針對本工程中巖石結(jié)構(gòu)較好、滲水量少的地段，對豎井支護(hù)方式采取掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)相結(jié)合并噴砼的方案進(jìn)行保護(hù)。錨筋采用螺紋鋼筋直徑22m，單根長度3.0m，同時(shí)要求錨筋深入基巖2.8m，錨筋間距1.2m，每排11根，排距1.5m。錨筋采取梅花形布置，在錨筋之間增加一些固定點(diǎn)，使鋼絲網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)成圓弧狀。支護(hù)所選用的鋼絲網(wǎng)要求鋼絲直徑2.5mm，網(wǎng)眼尺寸50mm～60mm；選取的鋼筋網(wǎng)要求鋼筋直徑19mm，上下間距200mm，豎向鋼筋22根直徑19mm，22根直徑13mm。砼采用C30砼，厚度為100mm。

（1）對于豎井高度小于20m的豎井開挖施工，應(yīng)當(dāng)在爆破完成后，作業(yè)人員通過提升設(shè)備下降到作業(yè)面，清渣完成后作業(yè)人員站在施工平臺上對未進(jìn)行支護(hù)的巖面清理松散巖石，清理石渣。采用風(fēng)鉆機(jī)鉆錨筋孔，完成后，采用砂漿中摻少量速凝劑作泥膠材料埋設(shè)錨筋。作業(yè)人員的安全帶掛在錨筋上，以防人員墜落。吊運(yùn)鋼絲網(wǎng)下到作業(yè)面，人工掛網(wǎng)。鋼絲網(wǎng)緊靠巖壁，離巖壁距離大的部位增加小錨筋進(jìn)行加固處理。鋼絲網(wǎng)采用鐵絲與錨筋連接。增加的小錨筋采用沖擊鉆鉆孔，鉆頭14mm，用直徑13的螺紋鋼捶打植筋。加工場加工的弧形鋼筋網(wǎng)片吊裝，把鋼筋網(wǎng)與錨筋焊接牢固。所有的鋼筋接頭全部采用焊接。對于局部需要采用鉆孔引水的部位安裝排水管，堵塞漏水縫隙。每2m為一次安裝段，安裝在安全平臺上進(jìn)行。鋼筋網(wǎng)的底部離爆破面保持在4m的高度。

（2）對于豎井高度大于20m的豎井開挖施工，本工程采取的施工流程如下：安裝安全平臺、施工平臺。人員在施工平臺上對上部已經(jīng)安裝了鋼絲網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)的巖壁進(jìn)行清洗。清洗完畢后，把噴射機(jī)安裝在施工平臺中間，連接管、線。砼通過吊籃吊至安全平臺上，通過安全平臺中間的活動門進(jìn)行喂料。噴射人員在施工平臺內(nèi)進(jìn)行噴射作業(yè)。每噴射2m高后，平臺通過卷揚(yáng)機(jī)下放2m，并鎖定平臺在錨筋上。進(jìn)行下一段的噴射施工。噴射砼每10m高度為一次施工，噴射砼的底部始終保持離作業(yè)面10m高度。

3.2內(nèi)掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)，外掛安全網(wǎng)相結(jié)合方案

針對本工程中巖石結(jié)構(gòu)較好但滲水量大的地段，對豎井開挖支護(hù)方式采取內(nèi)掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)，外掛安全網(wǎng)相結(jié)的方式進(jìn)行保護(hù)。開挖爆破完成后，作業(yè)人員通過提升設(shè)備下降到作業(yè)面，清渣完成后作業(yè)人員站在施工平臺上對未進(jìn)行支護(hù)的巖面清理松散巖石。然后采用風(fēng)鉆機(jī)鉆錨筋孔，鉆孔完成后再采用砂漿中摻少量速凝劑作泥膠材料埋設(shè)錨筋。錨筋埋設(shè)完成后，則可以采取人工掛網(wǎng)。但值得注意的是，針對于離巖壁距離大的部位應(yīng)當(dāng)增加小錨筋作加固處理。本工程采取增加的小錨筋通過采用沖擊鉆鉆孔，把鋼筋網(wǎng)與錨筋焊接牢固。所有的鋼筋接頭全部采用焊接。

3.3鋼筋網(wǎng)和現(xiàn)澆C20砼相結(jié)合方案

針對本工程中巖石破碎或夾泥質(zhì)斷層等地段，對豎井開挖支護(hù)方式采取鋼筋網(wǎng)和現(xiàn)澆C20砼相結(jié)合的方式。該方案的支護(hù)方式與第一種支護(hù)方式相同，本方案混凝土選用C20。但本方案為了方便施工，安全平臺固定在需要澆筑砼段的底部。模板采用鋼拱架，木板相結(jié)合的方式。砼采用吊罐吊運(yùn)到安全平臺上，人工鏟鍬入倉。

4　結(jié)語

文章結(jié)合帕卡特水電站中引水隧洞豎井施工實(shí)例，針對該工程中巖石節(jié)理發(fā)育，巖石整體性差且破碎情況，提出合理的豎井開挖方式以及支護(hù)方案，結(jié)合不同高度的地質(zhì)條件，對豎井開挖施工采取了3種不同的支護(hù)方式。從工程實(shí)施效果表明，本工程豎井所采取的開挖以及支護(hù)方式是安全有效的，可為同類工程提供參考實(shí)例。陜西水利

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（責(zé)任編輯：唐紅云）

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