王 建 民， 王 彩 紅， 管 建 龍

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

安徽金寨抽水蓄能電站下庫導(dǎo)流泄放洞進(jìn)口段位于導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡上部，平臺高程215.7 m，斜井井口頂部高程215.2 m，與導(dǎo)流洞相交處中線高程為190.507 m，與導(dǎo)流洞拱頂相交處中線高程為193.707 m。斜井傾角為45°，中線總長30.4 m，開挖斷面自上而下依次為長4.25 m、寬6.1 m×高(0～6.1 m)、底板為R=11.95 m的弧形明井段，之后進(jìn)入全斷面井身，依次為長5 m、寬6.2 m×高5.95 m的城門形，長度為21.14 m，直徑D=5.7 m，圓形，與導(dǎo)流洞斜交，中線交點(diǎn)樁號為0+064.339，屬于中短斜井(圖1)。

圖1 下庫導(dǎo)流泄放洞斜井段開挖結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)

該斜井長4.25 m的弧形明井段、長度為5 m的城門形段均屬Ⅳ類圍巖，長度為21.14 m的圓形段屬Ⅲ類圍巖，巖體為角閃巖、閃長巖。斜井井口支護(hù)采取一排鎖口錨桿φ28，L=6 m@100 cm；全斷面采取系統(tǒng)錨桿φ22，L=3 m@150 cm×150cm，系統(tǒng)掛網(wǎng)，系統(tǒng)鋼筋拱肋間距為1 m，鋼筋拱肋采用環(huán)向鋼筋3φ25@15 cm，縱向鋼筋φ16@30 cm，系統(tǒng)噴混凝土厚度為10 cm；同時，斜井與平洞交叉的肩部增加鎖口錨桿φ25，L=4.5 m，入巖4.4 m，間距為100 cm×100 cm，梅花型布置。

2 原計(jì)劃開挖方案

泄放洞進(jìn)口斜井段原計(jì)劃采用正井法開挖，手風(fēng)鉆自上而下分層鉆爆，井內(nèi)人工裝2 m3軌道滑車、10 t卷揚(yáng)機(jī)牽引運(yùn)渣，井口采用ZL40裝載機(jī)裝10 t自卸車。根據(jù)實(shí)際情況并經(jīng)參建各方反復(fù)討論后認(rèn)為該方案存在以下問題：

(1)采用正井法全斷面開挖，井內(nèi)出渣采用卷揚(yáng)機(jī)、配套軌道及軌道車其荷載與布置要求高、難度大、安全隱患較大；

(2)采用人工井內(nèi)裝渣工效低，需要大量的施工人員在井內(nèi)作業(yè)，人工裝完渣料后卷揚(yáng)機(jī)在井內(nèi)提升時井下的人員無法躲避，安全隱患較大；

(3)斜井邊坡面積大，匯水區(qū)域大，正井全斷面開挖時，既使在井口設(shè)置擋水坎，也難避免汛期大量的雨水匯入井內(nèi)而造成掌子面被淹。

3 方案調(diào)整

考慮到正井法開挖存在較大的安全隱患且工效低，經(jīng)研究并最終確定采取吊炮法開挖技術(shù)，即先完成井口部分開挖，以減少斜井的開挖深度，先導(dǎo)井開挖、后井身擴(kuò)挖，導(dǎo)井采取深孔分段爆破開挖(吊炮法)方法，即開挖直徑3 m的導(dǎo)井采取自上而下一次完成鉆孔的方式，再自下而上分段爆破，從洞內(nèi)完成出渣；導(dǎo)井貫通后，再自上而下擴(kuò)挖，開挖渣料由導(dǎo)井溜至洞內(nèi)出渣。

4 具體實(shí)施的施工方法

4.1 施工程序

所采用的施工程序見圖2。

圖2 中短斜井吊炮法開挖施工程序圖

4.2 井口段開挖

根據(jù)反鏟作業(yè)范圍，井口段垂直方向的開挖深度為5 m。開挖前，首先完成鎖口錨桿的支護(hù)，之后采用手風(fēng)鉆鉆掏槽及崩落孔，周邊進(jìn)行光面爆破。井口進(jìn)行分層爆破，爆破后其上部2 m范圍采用反鏟開挖裝自卸車運(yùn)輸，下部3 m范圍采用反鏟先倒運(yùn)至井口平臺后再二次裝自卸車出渣。每層開挖深度控制在2 m，每層開挖完成后，及時進(jìn)行系統(tǒng)噴錨支護(hù)。

4.3 導(dǎo)井吊炮法開挖

導(dǎo)井采取深孔分段爆破的開挖方法，即吊炮法。開挖直徑為3 m的導(dǎo)井采取自上而下一次完成鉆孔，自下而上分層爆破，從洞內(nèi)完成出渣。

由于鉆孔深度較深，為提高45°導(dǎo)井鉆孔精度，保證鉆爆質(zhì)量，主要采取了以下措施：

措施一:完成部分井口段開挖，減少斜井未開挖段長度，垂直方向完成5 m開挖，之后將斜井長度減少至23.3 m以降低鉆孔深度造成的精度偏差；

措施二:為保證導(dǎo)井爆破鉆孔精度，采取設(shè)置導(dǎo)向墻的方式。導(dǎo)向墻的施工方法是先確定爆破孔孔位，由測量人員使用全站儀按照爆破設(shè)計(jì)方案精確布孔、針對爆破孔精確預(yù)埋導(dǎo)向管，導(dǎo)向管的埋設(shè)位置由測量人員精確放樣后進(jìn)行固定預(yù)埋。導(dǎo)向管采用φ100鋼管，單根長度為1.5 m，導(dǎo)向管的臨時固定采取預(yù)埋插筋、焊接鋼筋搭接等措施，之后澆筑混凝土固定形成導(dǎo)向墻。導(dǎo)向墻施工完成后，為增加鉆孔的精確度，同時采用鋼管搭設(shè)樣架固定潛孔鉆機(jī)以保證鉆孔位置及孔向精度，鉆孔采取直眼掏槽并設(shè)置空孔以增強(qiáng)掏槽臨空效果，導(dǎo)向墻布置情況見圖3。

圖3 提高斜井導(dǎo)井鉆孔精度的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)

導(dǎo)井開挖直徑為3 m，可有效保證擴(kuò)挖時的溜渣空間，避免堵孔；自下而上分層爆破，可使渣料順利下落至洞內(nèi)。為確保爆破效果，分層垂直高度為1.5 m(斜長2.1 m)。人工裝藥、堵孔均在斜井上部作業(yè)，采取竹片綁定藥卷及堵孔的方式，以保證順利將炸藥送至爆破層段孔內(nèi)，避免反井作業(yè)，從而大大保證了人員安全。每層渣料堆至洞內(nèi)，最后由裝載機(jī)出渣，提高了出渣效率。由于每次爆破孔內(nèi)均需上、下堵孔，為保證堵孔效果，先用φ6.5盤條鋼筋測量爆破孔的實(shí)際孔深后，將海綿固定在竹片上放置到孔底，然后進(jìn)行孔底注漿堵孔，底部堵孔采用封堵長度為50 cm的水泥漿。導(dǎo)井開挖前，首先完成交叉口鎖口錨桿的支護(hù)。導(dǎo)井開挖期間，對導(dǎo)流洞進(jìn)口設(shè)障，杜絕人員與設(shè)備進(jìn)洞。爆破后大部分石渣溜至洞內(nèi)，由洞內(nèi)的裝載機(jī)裝自卸車運(yùn)輸。

斜井導(dǎo)井爆破開挖作業(yè)流程為：測量放樣→鉆孔→分層裝藥連線及爆破→出渣。

(1)測量放樣。

鉆孔施工前，由測量員根據(jù)爆破設(shè)計(jì)布孔圖放出各鉆爆孔位置，搭設(shè)樣架固定潛孔鉆機(jī)，控制好鉆孔孔位及方向，尤其是保證光爆孔的鉆孔質(zhì)量。

(2)鉆 孔。

采用100B潛孔鉆機(jī)鉆孔，孔徑為90 mm，直眼掏槽并設(shè)置方形孔口，增加輔助掏槽孔，每個孔開鉆時鉆工及施工員配置角度尺、線錘隨時觀察，糾偏鉆桿傾斜的角度，一次鉆至與導(dǎo)流洞貫穿，以檢查最終的鉆孔情況，避免出現(xiàn)較大的偏離甚至超設(shè)計(jì)開挖線的情況發(fā)生，鉆孔布置情況見圖4。

圖4 導(dǎo)井開挖炮孔布置圖(單位:cm)

(3)裝藥連線。

自下而上分層爆破，分層垂直高度為1.5 m(斜長2.1 m)。導(dǎo)井爆破采取直眼掏槽、周邊光面爆破，半秒雷管分段起爆，掏槽孔采用φ70乳化炸藥，崩落孔及周邊孔采用φ32乳化炸藥。由于孔深較深，每個孔的雷管采取將導(dǎo)爆管延至孔外的方式，單孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖5。根據(jù)圍巖類別、巖石強(qiáng)度及爆破挾制作用，爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)情況見表1。在施工過程中進(jìn)行了生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，確定了相關(guān)爆破參數(shù)。

圖5 導(dǎo)井每循環(huán)單孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖(單位:cm)

孔類下堵孔深度/m裝藥孔深/m上堵孔深度/m孔徑/mm數(shù)量孔距/cm藥徑/mm單孔藥量/kg累計(jì)藥量/kg起爆段別單耗/kg·m-3掏槽孔10.51.6 9017066HS1空孔90406.27掏槽孔20.51.6 19045770624HS2掏槽孔30.51.6 190432×23.212.8HS3崩落孔0.51.6 1904 32×23.212.8HS4周邊孔0.51.6 190127732×23.238.4HS5

注：1、斷面10 m2，有效進(jìn)尺1.5 m(垂直)或2.1 m(斜長)，炸藥量94 kg；自上而下一次鉆孔，自下而上分段爆破；

2、炸藥采用2#巖石乳化炸藥，爆破參數(shù)在施工過程中根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

(4)爆破與排煙。

導(dǎo)井開挖爆破作業(yè)施工過程中在導(dǎo)流洞進(jìn)口作業(yè)面設(shè)障，禁止人員與設(shè)備進(jìn)出，待導(dǎo)井爆破完成后，由導(dǎo)流洞進(jìn)口進(jìn)行通風(fēng)排煙。

(5)出 渣。

排煙完成后，安全員首先進(jìn)洞在交叉口周邊10 m以外觀察落渣情況，確保爆破落渣完成后，由裝載機(jī)裝渣，自卸車運(yùn)輸。

4.4 斜井全斷面擴(kuò)挖

導(dǎo)井開挖貫通之后進(jìn)行全斷面正井?dāng)U挖，每開挖一循環(huán)及時進(jìn)行周邊圍巖噴錨支護(hù)，尤其對城門洞型Ⅳ類圍巖段，開挖前首先進(jìn)行超前小導(dǎo)管支護(hù)。人員上下采用在其左側(cè)設(shè)置的爬梯踏步并設(shè)置護(hù)欄扶手，踏步高度為25 cm，寬60 cm，護(hù)欄高度為1.2 m。井口布置5 t慢速卷揚(yáng)機(jī)，設(shè)置地滑輪，沿洞中線底板布置型鋼軌道并制作軌道滑車，卷揚(yáng)系統(tǒng)的作用主要是運(yùn)輸支護(hù)材料及小型鉆機(jī)、電焊機(jī)設(shè)備，嚴(yán)禁載人和負(fù)荷較大的設(shè)備。全斷面井身擴(kuò)挖單循環(huán)進(jìn)尺為2 m，周邊光面爆破，爆破開挖嚴(yán)格控制孔徑及裝藥以減小塊石粒徑，進(jìn)一步確保開挖渣料順利由導(dǎo)井溜至洞內(nèi)，洞內(nèi)由裝載機(jī)裝渣運(yùn)出洞外。為確保施工安全，在全斷面開挖過程中采用鋼筋網(wǎng)遮蓋導(dǎo)井井口、周邊與插筋固定的方式。爆破后的人工扒渣排險(xiǎn)均配置安全帶，將安全繩系于井壁錨桿上。

由人工采用YT-28氣腿式手風(fēng)鉆鉆孔。鉆孔孔徑為42 mm，周邊孔、光爆孔孔距不得大于50 cm，鉆孔角度為45°，平行于斜井軸線，鉆孔深度為2.83 m。施工中必須確保鉆孔質(zhì)量，控制炮眼間距，其誤差不大于5 cm。嚴(yán)格控制周邊孔鉆孔位置、鉆孔角度及鉆孔方向，做到位置準(zhǔn)確、角度合適、方向不偏。鉆孔完畢，加強(qiáng)檢查，對不合格的鉆孔堅(jiān)決堵塞重打，杜絕邊、頂部嚴(yán)重超挖。鉆孔布置情況見圖6。

圖6 斜井?dāng)U挖炮孔布置圖(單位:cm)

擴(kuò)挖爆破開挖作業(yè)流程為：測量放樣→鉆孔→裝藥連線→爆破→排煙及安全撬挖→出渣→支護(hù)。

4.5 斜井?dāng)U挖貫通施工

待斜井?dāng)U挖約3 m時暫停開挖，測量人員精確放線，斜井?dāng)U挖貫通施工采用一次爆破完成。鉆孔施工前，測量人員精確測出周邊孔及主爆孔的孔位及孔深，嚴(yán)格按照測量數(shù)據(jù)鉆孔，鉆孔孔底預(yù)留20 cm保護(hù)層以便裝藥并確保開挖輪廓滿足結(jié)構(gòu)要求。若在鉆孔過程中沒有預(yù)留保護(hù)層，裝藥前需采用炮泥制作堵塞藥卷將底部貫通孔堵塞，然后進(jìn)行裝藥工作。

為確保安全，爆破前必須確定斜井與平洞段交叉位置的支護(hù)是否牢固、穩(wěn)定，避免在爆破后產(chǎn)生安全隱患。

5 所采取的安全技術(shù)措施

5.1 井口增設(shè)擋水坎及防護(hù)圍欄

斜井開挖施工期間，為防止施工期外部雨水匯水流入斜井、豎井開挖工作面，同時避免豎井周邊雜物墜落井內(nèi)危及井內(nèi)施工安全，待斜井井口鎖口錨桿完成后，緊貼鎖口錨桿外側(cè)位置布置一圈C20混凝土擋水坎，擋水坎高50 cm，寬30 cm。施工期間，為防止各單位人員、施工人員靠近豎井，以擋水坎為基礎(chǔ)并在井圈混凝土施工時預(yù)埋φ22插筋，L=50 cm，預(yù)埋30 cm，外露20 cm的上部焊接固定于護(hù)欄立柱，護(hù)欄立柱基礎(chǔ)同時由擋水坎包裹以確保其穩(wěn)定，周邊護(hù)欄采用φ48鋼管制作，高1.2 m，水平桿兩道，上下間距50 cm；立柱間距為1.2 m，所有護(hù)欄均采用噴紅白漆、同時懸掛安全警示牌(圖7)。

圖7 井口增設(shè)擋水坎及防護(hù)圍欄布置圖(單位:cm)

5.2 斜井?dāng)U挖采取的防護(hù)措施

(1)設(shè)置施工人員安全通道。

從事斜井開挖施工人員的上下通道設(shè)置專門的爬梯，爬梯布置在左側(cè)，踏步采用∠40 mm，厚3 mm角鋼焊接而成，一道踏步由3道角鋼間隔40 mm布置，踏步設(shè)置高度為25 cm；踏步兩側(cè)板為厚度5 mm，寬16.6 cm的鋼板，與踏步角鋼焊接固定，上部采用φ48，壁厚3.5 mm的鋼管布置1.2 m高的護(hù)欄扶手及立柱；斜爬梯與井壁的固定利用系統(tǒng)錨桿焊接并增設(shè)角鋼支撐，角鋼支撐結(jié)構(gòu)成倒三角形，其側(cè)面與井壁錨桿固定，水平支撐斜爬梯。

(2)設(shè)置卷揚(yáng)運(yùn)輸設(shè)備。

斜井?dāng)U挖施工需運(yùn)輸?shù)奈镔Y主要為支護(hù)材料、支護(hù)設(shè)備，其負(fù)荷較小，最大負(fù)荷按500 kg考慮布置一臺5 t慢速卷揚(yáng)機(jī)，其安全系數(shù)滿足要求。卷揚(yáng)機(jī)利用已布置的系統(tǒng)錨桿焊接固定并設(shè)置配重，確保卷揚(yáng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定。軌道采用型鋼布置并采取鎖腳錨桿焊接固定；應(yīng)確保對鋼絲繩進(jìn)行每次運(yùn)行前檢查，確保其完好無損并設(shè)置托輥支托鋼絲繩，以防止鋼絲繩在牽引過程中與斜井摩擦而破損。

(3)防止人員墜井。

斜井?dāng)U挖人員必須全部佩戴安全帶，將安全繩的一端固定于錨桿上。為確保施工安全，在全斷面開挖過程中采用φ48鋼管搭設(shè)平臺，平臺上覆蓋鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片設(shè)置成橢圓形，與導(dǎo)井水平面搭接20 cm。鋼筋網(wǎng)片主筋采用φ16鋼筋，間距1.5 m×1.5 m布置，網(wǎng)片采用φ6.5鋼筋，間距0.2 m×0.2 m布置，鋼筋網(wǎng)片分三塊鋪設(shè)。

6 結(jié) 語

安徽金寨抽水蓄能電站下庫導(dǎo)流泄放洞斜井段采用吊炮法施工技術(shù)，進(jìn)度快、安全有保證。因該導(dǎo)井鉆孔精度要求較高，尤其是斜井一次鉆孔深度較深，為盡量減少鉆孔深度，應(yīng)盡可能地采用反鏟出渣措施完成部分井挖以減少鉆孔深度；借鑒管棚施工原理設(shè)置導(dǎo)向墻、精確預(yù)埋導(dǎo)向管、澆筑混凝土等固定措施可以保證鉆孔精度。所采取的自下而上、分層爆破、人工裝藥、堵孔均在斜井上部作業(yè)，采用竹片綁定藥卷及堵孔，避免反井作業(yè)，極大程度保證了施工人員的安全；每層渣料堆至洞內(nèi)，最后由裝載機(jī)出渣，提高了施工效率。直徑為3 m的導(dǎo)井開挖完成后再進(jìn)行正井?dāng)U挖，渣料從平洞出渣，安全可靠，開挖速度快，較井內(nèi)卷揚(yáng)正井出渣安全可靠程度高。該斜井采用吊炮法施工技術(shù)，僅用1個月的時間即安全、高效地完成了開挖任務(wù)，所取得的經(jīng)驗(yàn)可為日后類似中短斜井施工提供借鑒。