陳 洪 波， 唐 洪 應(yīng)， 王 榮

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

分層開挖在達克曲克水電站壓力管道斜井中的應(yīng)用

陳 洪 波， 唐 洪 應(yīng)， 王 榮

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

達克曲克水電站斜井分層開挖施工技術(shù)改變了以往全斷面擴挖方式，上層開挖量少，下層開挖量多，不僅大大縮短了人工扒渣時間，而且在遇到圍巖破碎地段也可以準確、快速地進行錨噴和鋼支撐聯(lián)合支護，如期、安全地完成了斜井開挖任務(wù)，為壓力管道安裝創(chuàng)造了有利條件。介紹了具體的施工情況。

達克曲克水電站；斜井；分層開挖

1 概 述

達克曲克水電站位于玉龍喀什河與布亞河匯合口下游29 km的河段上，是和田河水電規(guī)劃中的第四級電站，采用混合式開發(fā)。達克曲克水電站壓力管道為地下埋藏式，由漸變段、上平洞、斜井、下平洞和岔支段組成，斜井段總長88.386 m，其中包括上下彎段各15.693 m，斜井直線段57 m。斜井段設(shè)計開挖直徑6.2 m，鋼管內(nèi)徑4.8 m，混凝土襯砌厚度70 cm，與水平線夾角59°57′。壓力管道斜井剖面見圖1。

圖1 壓力管道斜井剖面示意圖(單位：cm)

壓力管道整體位于玉龍喀什河左岸Ⅳ級基座階地后緣山體內(nèi)，隧洞埋深較淺(上覆巖體僅為10多m)，巖層面與洞軸線呈小角度相交甚至平行，成洞條件不利，同時其節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體裂隙滲水較嚴重，隧洞巖性為斜長二云母石英片巖，夾黑色薄層含炭絹云母千枚巖。巖體整體飽和抗壓強度偏低，彈性及變形模量較低，抗剪強度不高，圍巖整體穩(wěn)定性差，開挖時應(yīng)及時跟進錨噴支護。

2 施工特點分析

(1)壓力管道埋深較淺，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育及滲水等因素加大了圍巖地質(zhì)條件變化情況的不確定性，巖層面與洞軸線呈小角度相交甚至平行，開挖過程中易出現(xiàn)垮塌情況。

(2)壓力管道斜井洞軸線與水平線夾角為59°57′，該角度基本處于反井鉆機鉆孔傾角的臨界值，受重力作用影響，鉆桿孔向不易精確控制。如何保證在小開挖斷面內(nèi)鉆桿與壓力管道下平洞順利貫通是開挖過程中的技術(shù)難點。

(3)壓力管道斜井半徑僅為3.1 m，開挖斷面較小，不利于機械化作業(yè)施工。

(4)工程所在的和田地區(qū)為邊疆偏遠地區(qū)，國家對大型炸藥庫和大型爆破工程的管理和審批嚴格控制，遇到法定節(jié)假日、民族節(jié)假日或者突發(fā)事件都會禁止進行爆破作業(yè)，因此，爆破器材的供應(yīng)與管理也是壓力管道開挖的重點與難點。

3 施工布置

3.1 施工供風(fēng)

3#施工支洞洞口距離斜井工作面近300 m，在3#支洞口布置一臺20 m3電動空壓機和一臺6 m3小型空壓機合并使用，通過直徑100 mm鋼管送風(fēng)至上平洞，與斜井開挖面保持20～30 m距離，然后再通過φ50橡膠軟管供至工作面。

3.2 施工用供水、電

供水池布置在3#支洞口上方，容積為20 m3，在水池出口處增設(shè)了一個4.5 kW立式管道泵，通過PEφ63水管供水至工作面。

在3#支洞口外布置了一臺500 kVA變壓器，通過低壓電纜延伸至工作面。洞內(nèi)風(fēng)、水、電線路統(tǒng)一布置在隧洞一側(cè)，電纜線布置在高側(cè)，在洞壁上打孔布置插筋，施工風(fēng)、水、電管路按照規(guī)范要求敷設(shè)在插筋上。

3.3 施工期的通風(fēng)和排水

下平洞已經(jīng)貫通，距離洞外只有50 m，斜井擴挖采用自然通風(fēng)即可滿足施工要求；下平洞設(shè)計為內(nèi)高外低，施工用廢水通過排水溝自流至洞外。

4 施工方案

4.1 開挖程序和方法

由于該工程斜井設(shè)計斷面較小且斜井洞軸線與水平線夾角為59°57′，反井鉆機孔斜不易控制，必須通過測量儀器精確定位反井鉆機的擺放和鉆孔位置。其施工程序：測量放線(反井鉆機擺放和鉆孔位置與洞軸線在同一平面內(nèi))→鉆機就位→自上而下鉆導(dǎo)井孔(φ216)→自下而上鉆擴溜渣井(φ140)→導(dǎo)井上層開挖→導(dǎo)井下層開挖。壓力管道斜井開挖分區(qū)情況見圖2。

圖2 斜井開挖分區(qū)示意圖(單位：cm)

整個斜井導(dǎo)井選用LM200型反井鉆機開挖、斜井擴挖，在平面上以導(dǎo)井為中心劃分上、下兩層分別進行擴挖，首先進行上層開挖，用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，最后再進行下層開挖，渣體通過溜渣井到下平洞，SL50W-2裝載機裝20 t自卸汽車出渣，由下平洞運往渣場。

4.2 導(dǎo)井施工

4.2.1 施工準備

壓力管道上平洞設(shè)計開挖半徑為3 m，因施工場地狹窄，為節(jié)約空間，選擇在反井鉆機底部開挖一個(長度)3 m×(寬度)1.5 m×(深度)1 m的循環(huán)水池，水池頂部高程低于反井鉆機軌道高程，再用M10水泥砂漿抹面，泥漿泵放入循環(huán)水池為導(dǎo)井鉆孔和擴孔供水。施工前，先用C20混凝土澆筑反井鉆機基礎(chǔ)并預(yù)留鉆機地腳螺栓坑，待機體就位后進行初校，以反井鉆機四個角點為測量控制點，以確保鉆機軸線與洞軸線重合，待機身和軌道穩(wěn)定后，安裝底板螺栓并澆筑二期混凝土。

4.2.2 φ216導(dǎo)孔施工

導(dǎo)井在鉆孔時受到鉆桿自身重力、圍巖類別、滲水等因素影響，鉆桿極易發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)，若角度太大，則無法找到鉆桿而導(dǎo)致鉆孔失敗，需要重新鉆孔；若角度太小，導(dǎo)孔從下平洞鉆出，將會出現(xiàn)超挖嚴重和后期回填混凝土方量大。因此，對鉆孔質(zhì)量必須嚴格控制。

(1)鉆桿的選擇：反井鉆機的鉆桿分兩種：一種是普通鉆桿，另一種是蝴蝶鉆桿(穩(wěn)定鉆桿)。蝴蝶鉆桿可以防止鉆桿彎曲，起穩(wěn)定和導(dǎo)向作用，同時可以保護普通鉆桿，防止普通鉆桿與孔壁產(chǎn)生磨損。本工程加設(shè)蝴蝶桿的方法為：鉆桿鉆進2 m時加設(shè)一根，鉆進5 m與10 m時各加設(shè)一根，以后每隔8～10 m增加一根。

(2)勤檢測：由于鉆桿在鉆進過程中產(chǎn)生振動，致使鉆機軸線發(fā)生偏移，鉆進過程中必須每天檢查機身四個控制點的位置，及時調(diào)整。

(3)鉆進速度控制：導(dǎo)孔鉆進轉(zhuǎn)速高于開孔鉆進速度。對于松軟、破碎層采用低壓鉆；對于硬巖宜采用高壓鉆。操作手應(yīng)根據(jù)不同的圍巖調(diào)節(jié)鉆壓和鉆速，同時注意返渣情況，采取不同措施。本段斜井在鉆進25～30 m時，返出的渣料含黑色薄層夾泥質(zhì)巖，返料越來越少，出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，隨即減緩鉆速，慢慢上提鉆桿，加大排量洗井，上提4根普通桿，往返鉆進，但其間不停水，發(fā)現(xiàn)無渣料返回時恢復(fù)正常鉆進。鉆孔鉆進壓力情況見表1。

4.2.3 φ1 400擴孔施工

導(dǎo)井完成后進行反擴鉆頭安裝，擴孔設(shè)備的動力系統(tǒng)和鉆頭安裝由人工配合裝載機SL50W-2在下平洞對接完成，在開始反擴時提升速度要慢，待反擴鉆頭穩(wěn)定后再恢復(fù)正常的提升速度。擴孔鉆進提升力見表2。

表1 鉆孔鉆進壓力統(tǒng)計表

表2 擴孔鉆進提升力統(tǒng)計表

4.3 斜井擴挖

4.3.1 上層擴挖

斜井在平面上分上、下兩層進行擴挖，以導(dǎo)井中心為分界點。采用3臺YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，周邊光面爆破，孔深1.5～2 m，周邊孔間距為45～50 cm，主爆孔間距為65～75 cm，孔排距為65～70 cm。由于壓力管道的安裝空間只有50 cm，故應(yīng)杜絕欠挖，盡量避免超挖，同時還需防止爆破后產(chǎn)生的大塊體渣料堵塞導(dǎo)井，因此，施工中必須嚴格控制炮孔布置。

由于設(shè)計斷面太小，無法利用扒渣機作業(yè)，爆破后的渣料全部采用人工扒渣。由于扒渣時間占據(jù)了整個循環(huán)一半以上的時間，因此，為了加快扒渣速度，在擴挖時將掌子面擴挖成“半漏斗”形狀，幾乎有一半的渣料從導(dǎo)井自動溜走，極大地縮短了循環(huán)時間。

4.3.2 下層擴挖

下層擴挖時，斜井所剩操作空間較小，施工人員必須佩戴好安全防護用品。必要時，在開挖掌子面搭設(shè)施工操作平臺。在距離掌子面10 m范圍內(nèi)采用活動爬梯，可以隨時拆除和安裝。由于上半層已開挖完成，溜渣孔斷面加大，故手風(fēng)鉆鉆孔深度可達2.5～3 m，爆破孔間距可以適當增加，爆破后掌子面上幾乎無渣料產(chǎn)生，渣料主要依靠爆破拋擲至溜渣孔并溜至下平洞，每次人工扒渣時間均不大于1 h，極大地加快了施工進度。

4.4 支護施工

系統(tǒng)支護：壓力管道的支護系統(tǒng)采用頂拱270°范圍內(nèi)錨桿+掛網(wǎng)+噴混凝土聯(lián)合支護形式，錨桿采用φ22，L=3 m，間排距2 m，梅花形布置，掛網(wǎng)φ8@20 cm×20 cm，施工采用現(xiàn)場制作安裝，噴C25混凝土，厚度為20 cm 。

鋼支撐支護：對于斜井段內(nèi)圍巖破碎嚴重的部位采用全斷面I16鋼支撐支護，間距60～80 cm,每榀工字鋼設(shè)置φ22，L=3 m，共14根錨桿，沿工字鋼對稱布置，連接筋φ22，環(huán)向間距為80 cm。

施工材料運輸：施工中，為保證鉆孔設(shè)備及支護材料運輸，根據(jù)施工現(xiàn)場情況，自制了一臺簡易小車，2 t卷揚機作為小車動力源，卷揚機布置在上彎段與上平洞交接處。

5 結(jié) 語

(1)從達克曲克水電站斜井反井鉆機施工情況看，φ216導(dǎo)孔是施工的關(guān)鍵，鉆孔過程中易發(fā)生偏斜，因此，在遇到類似較長的斜井施工時，必須控制好鉆孔方向；同時，導(dǎo)孔軸線較斜井軸線上移50 cm，上層開挖量少，可以減少人工扒渣的工程量，下層開挖量較大，而大量渣料又可以利用爆破作用力溜至下平洞，進而提高施工效率。

(2)斜井擴挖分上、下兩層先后進行開挖，改變了以往的全斷面開挖方法。分上、下兩層開挖后，導(dǎo)井并未出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，下層開挖時渣料幾乎全部自動流入下平洞；缺點是運用該方法施工時需要二次鋪設(shè)爬梯及風(fēng)、水管路，但總體較全斷面開挖進度明顯加快。

從2014年5月5日導(dǎo)井開挖完成到7月13日完成斜井開挖，由于爆破期間受和田突發(fā)事件影響，5月20日～6月18日炸藥停止供應(yīng)，無法正常施工， 因此，斜井開挖日平均有效進尺為1.8～2 m。斜井開挖采用上述施工方案，如期完成了施工進度目標，開挖過程中未發(fā)生安全事故，圍巖穩(wěn)定。

TV7;TV52

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1001-2184(2017)05-0021-03

2017-08-20

陳洪波(1970-)，男，四川都江堰人， 工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

唐洪應(yīng)(1982-)，男，四川都江堰人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

王 榮(1985-)，男，陜西安康人，助理工程師，從事水利水電工程測量及管理工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)