【摘要】課題主要論述了復(fù)雜地質(zhì)條件下大斷面引水隧洞豎井施工，采用反井鉆機(jī)先進(jìn)行導(dǎo)井開挖，后依次進(jìn)行擴(kuò)挖的施工方法。解決了傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行大斷豎井開挖安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工質(zhì)量差、工程進(jìn)度慢的難題。對今后類似工程豎井開挖快速施工有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】大斷面；引水隧洞；豎井開挖；反井鉆機(jī)

1、概述

本工程共布置3條引水隧洞，1#引水隧洞、2#引水隧洞、3條引水隧洞長度分別為541.83m、592.5m、643.17m，引用流量394.40m3/s。引水隧洞由上平段、上彎段、豎井段、下彎段、下平段組成。1#、2#、3#引水隧洞豎井開挖直徑為11.6m、深度均為109.1m。

引水隧洞具有圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜、洞室穩(wěn)定性差、施工難度大、質(zhì)量、安全標(biāo)準(zhǔn)高、施工環(huán)境差等施工特點(diǎn)。采用反井鉆機(jī)鉆孔形成小導(dǎo)井，然后自上而下進(jìn)行豎井?dāng)U挖，利用導(dǎo)井溜渣的方式施工，解決了不同地質(zhì)條件下豎井開挖支護(hù)施工中存在的各種難題，避免傳統(tǒng)施工工藝的弊端，。綜合工程經(jīng)濟(jì)效益明顯，在水電工程施工中有著廣泛的應(yīng)用前景，為其他工程豎井施工具有很好的借鑒意義。

2、豎井導(dǎo)井開挖施工方法

引水隧洞豎井開挖首先利用反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)井直徑為1.4m。反井鉆機(jī)施工分兩個(gè)步驟進(jìn)行，先采用Φ216mm小鉆頭從上至下鉆進(jìn)到下平洞，再改換Φ1.4m鑲齒盤形滾刀鉆頭，由下向上擴(kuò)孔完成導(dǎo)井施工。

2.l導(dǎo)孔鉆孔施工

（1） 鉆進(jìn)參數(shù)

鉆進(jìn)參數(shù)選擇主要依據(jù)地層條件，鉆進(jìn)部位等多方面因素確定。一般按下表所示參數(shù)施工，但在施工時(shí)根據(jù)不同情況予以調(diào)整。

（2）開孔鉆進(jìn)

待主機(jī)、油泵及操作系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，檢查泥漿泵管路是否與主機(jī)相連，主油泵的循環(huán)冷卻系統(tǒng)是否調(diào)試完成，且鉆孔中心及鉆孔角度經(jīng)校核均準(zhǔn)確無誤后，方可開孔。開孔鉆進(jìn)時(shí)，必須利用開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并啟動(dòng)泥漿泵供水（供漿），開孔深度3m，完成后將開孔鉆桿提出，清洗、擦上油后保存。

（3） 導(dǎo)孔鉆進(jìn)

一般情況下，導(dǎo)孔鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速應(yīng)高于開孔鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速，因此應(yīng)合理調(diào)節(jié)動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速，可以用Ⅱ檔或Ⅲ檔，對于松軟地層和過渡地層采用低鉆壓，對于硬巖和穩(wěn)定地層宜采用高鉆壓。離鉆透下水平通道3米左右，應(yīng)逐漸降低鉆壓。對于導(dǎo)孔鉆進(jìn)返出的巖渣，必須及時(shí)清理，防止巖渣堆積，巖渣清理由反鏟配合人工共同完成。一根鉆桿完成后，必須等孔內(nèi)的巖屑全部排出后，才能停泵接卸鉆桿。導(dǎo)孔鉆透前和擴(kuò)孔過程中，距井中心10m之內(nèi)不能有人員作業(yè)，裝載出渣設(shè)備離擴(kuò)孔中心不小于5m。導(dǎo)孔鉆透后，停止泥漿（水）循環(huán)，但鉆機(jī)不能停轉(zhuǎn)，開始向孔內(nèi)加清水，直到鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，扭矩變化不大時(shí)才能停鉆。在整個(gè)導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，不得中途出現(xiàn)停電、停水等情況，否則會導(dǎo)致卡鉆等惡性事故發(fā)生。

2.2 擴(kuò)孔鉆進(jìn)施工

擴(kuò)孔鉆進(jìn)施工在導(dǎo)孔鉆孔完成后，將擴(kuò)孔鉆頭和導(dǎo)孔鉆頭拆卸工具運(yùn)到下口，拆下導(dǎo)孔鉆頭接上擴(kuò)孔鉆頭。形成出渣系統(tǒng)，確認(rèn)安全后就可以進(jìn)行向上擴(kuò)孔施工。

（l） 擴(kuò)孔鉆進(jìn)

擴(kuò)孔開孔，當(dāng)擴(kuò)孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具。直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用最低轉(zhuǎn)速（5～9rpm）旋轉(zhuǎn)，并慢慢給進(jìn)、保證鉆頭滾刀不受過大的沖擊而破壞。開始擴(kuò)孔時(shí)，下邊要有人觀察，將情況及時(shí)通知操作人員，等鉆頭全部均勻接觸巖石，才能正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。為保證鉆機(jī)和滾刀的使用壽命，一般將系統(tǒng)壓力限制在18Mpa之內(nèi)。此時(shí)鉆機(jī)的提升能力為720KN，扣除系統(tǒng)的壓力損失，提升能力680KN。在擴(kuò)孔過程中，當(dāng)巖石硬度較大，可適當(dāng)增加鉆壓，反之可以減少鉆壓。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)要及時(shí)清理擴(kuò)孔破碎下來的巖屑，防止下口被堵塞。擴(kuò)孔過程也是拆鉆桿的過程，拆下的鉆桿要進(jìn)行必要的清理，上油帶好保護(hù)帽。

（2） 終孔鉆進(jìn)

當(dāng)鉆頭鉆至距基礎(chǔ)2.5m時(shí)，要降低鉆壓慢速鉆進(jìn)，并且要認(rèn)真觀察基礎(chǔ)周圍是否有異?，F(xiàn)象，如果有，要及時(shí)采取措施處理。慢慢的擴(kuò)孔，直至鉆頭露出地面。

（3）鉆機(jī)拆除

擴(kuò)孔完成后將擴(kuò)孔鉆頭卡固在鋼軌上，拆掉鉆機(jī)的前后斜拉桿、各種油管和主機(jī)，然后將鉆架主機(jī)車和一些輔助設(shè)備拆下。將擴(kuò)孔鉆頭吊牢，拆除軌道，將鉆頭提出孔外。將操作車吊上來，再將泵車、油箱冷卻器拆下，分別運(yùn)到出口。全部鉆孔工作結(jié)束。

3、豎井?dāng)U挖施工方法

引水隧洞豎井分二次擴(kuò)挖，第一次在導(dǎo)井的基礎(chǔ)上擴(kuò)挖至直徑3.4m，第二次將豎井挖擴(kuò)至直徑11.6m迖到設(shè)計(jì)體型。

3.1第一次豎井?dāng)U挖施工

第一次豎井?dāng)U挖施工釆用自上而下鉆孔，自下而上進(jìn)行爆破的方法，為保證擴(kuò)挖過程中導(dǎo)井不堵塞及施工安全，此階段擴(kuò)挖采用16t卷揚(yáng)機(jī)配合直徑2m的鋼筋吊籠用于人員上下及材料由引水隧洞上平段進(jìn)入施工面，到位后將吊籠底部伸出支撐在巖壁上進(jìn)行固定，人工持YTP-28手風(fēng)鉆造水平向下傾斜的輻射孔角度為45°～60°，間排距0.5*0.65m，人員安全防護(hù)采用雙保險(xiǎn)。為盡量減少井下擴(kuò)挖施工的鉆爆工序交替，該階段擴(kuò)挖采取集中完成全部造孔、分次爆破的方法進(jìn)行施工作業(yè)。爆破采用乳化炸藥裝藥，非電毫秒網(wǎng)路、電雷管導(dǎo)線引到井外起爆器起爆方法進(jìn)行爆破作業(yè)。作業(yè)安全措施：⑴ 施工人員由引水隧洞上平段經(jīng)過在豎井頂端架設(shè)的臨時(shí)鋼棧橋，再由鋼棧橋進(jìn)入到吊籃里，鋼棧橋?qū)?m，采用I18工字鋼用地錨（φ25，L=2m）加固，上面鋪馬道板，安裝1.2m高防護(hù)欄桿，鋼棧橋向豎井中心延伸（保證不影響調(diào)籠的上下運(yùn)行）。⑵ 為確保施工安全和應(yīng)急處理，在豎井頂部全斷面擴(kuò)挖完成段設(shè)置直爬梯，并沿井壁每間隔10～15m設(shè)置安全休息平臺，安全休息平臺安裝鋼筋護(hù)欄。⑶ 設(shè)計(jì)井蓋用于開挖作業(yè)防護(hù)，井蓋為圓形，采用米支撐承力體系確保作業(yè)安全。

3.2第二次豎井?dāng)U挖施工

第二次豎井?dāng)U挖施工是將豎井從直徑3.4m擴(kuò)挖至直徑11.6m設(shè)計(jì)體型，擴(kuò)挖采用自上而下梯段鉆孔爆破，并及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)的方式進(jìn)行施工。

第二次擴(kuò)挖采用16t卷揚(yáng)機(jī)配合第一次擴(kuò)挖時(shí)使用的吊蘭用于人員上下及材料由引水隧洞上平段進(jìn)入施工面。手風(fēng)鉆造垂直向下的爆破孔，間排距0.8 m*0.8m。采用乳化炸藥裝藥，非電毫秒網(wǎng)路、電雷管導(dǎo)線引到井外利用起爆器起爆。施工時(shí)采取自上而下造孔，進(jìn)行裝藥爆破，每次爆破進(jìn)尺3m，每循環(huán)開挖之后立即進(jìn)行支護(hù)施工。施工方法：（1）施工人員由引水隧洞上平段經(jīng)過在豎井頂端架設(shè)的臨時(shí)鋼棧橋，再由鋼棧橋進(jìn)入到吊籃里，鋼棧橋?qū)?m，采用Ⅰ18工字鋼用地錨（φ25，L=2m）加固，上面鋪馬道板，安裝1.2m高防護(hù)欄桿，鋼棧橋向豎井中心延伸（保證不影響調(diào)籠的上下運(yùn)行）。（2）為確保施工安全和應(yīng)急處理，在豎井內(nèi)設(shè)置直爬梯，并沿井壁每間隔10～15m設(shè)置安全休息平臺，安全休息平臺安裝鋼筋護(hù)欄。（3）設(shè)計(jì)施工平臺用于開挖支護(hù)作業(yè)，施工平臺為圓形，采用米支撐承力體系。施工平臺（直徑約5.0m）作為鉆爆支護(hù)平臺及封堵第一次擴(kuò)挖井口。施工平臺在爆破時(shí)提升至井口，開挖支護(hù)時(shí)下落至工作面。豎井開挖支護(hù)施工平臺采用16T卷揚(yáng)機(jī)提升。（4） 引水隧洞豎井第二次擴(kuò)挖采用造垂直向下的爆破孔施工，爆破進(jìn)尺控制為2.5m～3m。豎井?dāng)U挖自上而下進(jìn)行施工，采用手風(fēng)鉆鉆孔，周邊光面爆破成型。爆破石渣部分可自行落入溜渣井，剩余石渣采用小型扖渣機(jī)人工配合翻渣、清渣，通過溜渣井溜至豎井底部集渣、出渣區(qū)（出渣區(qū)在下平洞開挖時(shí)先行擴(kuò)挖），從下部平洞進(jìn)入，采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)裝配合20t自卸汽車進(jìn)行出渣。

4、結(jié)論

通過對大斷面引水隧洞豎井在不良地質(zhì)條件下開挖和支護(hù)施工程序及方法控制要素的實(shí)驗(yàn)、研究，總結(jié)出大斷面豎井施工采用反井鉆機(jī)鉆孔形成小導(dǎo)井，然后自上而下進(jìn)行豎井?dāng)U挖的施工方案可有效解決常規(guī)人工開挖、吊罐法、爬罐法、吊炮溜渣井法的弊端，其施工方法簡單、易行，可大幅度提高了施工工效，改進(jìn)作業(yè)環(huán)境，提高綜合工程經(jīng)濟(jì)效益都是非常明顯的，并在施工中已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。通過對羊曲水電站發(fā)電引水隧洞豎井快速開挖技術(shù)研究，可為同類工程大斷面豎井開挖支護(hù)快速施工提供可借鑒的理論支持與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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