摘 要：水電站建設(shè)中，壓力管道是相當(dāng)重要的內(nèi)容，需要做好斜井開(kāi)挖以及測(cè)量控制。在本文就結(jié)合具體工程實(shí)例，對(duì)水電站斜井開(kāi)挖以及測(cè)量控制方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：斜井；測(cè)量控制；水電站

中圖分類號(hào)：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）33-0167-02

1 工程概況

金元水電站位于四川省甘孜藏族自治州的康定縣境內(nèi)、大渡河左岸支流金湯河干流中游，為金湯河干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第二級(jí)水電站，該水電站以發(fā)電為主，為引水式開(kāi)發(fā)，電站裝機(jī)2臺(tái)，總裝機(jī)容量120MW（2×60MW）。該水電站為Ⅲ等中型工程，主要建筑物由首部樞紐、左岸引水隧洞、調(diào)水建筑物、調(diào)壓室、壓力管道、左岸地面廠房等建筑物組成。

該電站的主要建筑物壓力管道為地下埋藏式，設(shè)計(jì)為圓型，開(kāi)挖直徑為4m，主要由上平段、上斜井段、中平段、下斜井段及下平段組成。下斜井段開(kāi)挖完成，上斜井段包括上下兩個(gè)轉(zhuǎn)彎段長(zhǎng)度為207.5m，其中斜線段長(zhǎng)度165.64m，斜井與水平線夾角為60°。壓力管道斜井全長(zhǎng)416.017m，分上、下兩口斜井，其中上斜井長(zhǎng)207.530m，下斜井長(zhǎng)208.487m。

2 開(kāi)挖方案選擇

作為施工企業(yè)，經(jīng)濟(jì)效益是首先考慮的前題。較優(yōu)的施工方案是：輔助工程量小、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工安全、施工速度快。在深斜井的反井施工中有普通法掘進(jìn)反井法、吊罐反井法、爬罐法掘進(jìn)反井法及反井鉆井法。

普通法掘井反井法雖然有輔助工程量小，與其它作業(yè)相互影響小，不需要大型提絞設(shè)備等的優(yōu)點(diǎn)，但是工作人員爬梯子上下困難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、材料運(yùn)輸不方便、坑木消耗量大、通風(fēng)條件差、工作面易聚有害氣體、在地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較差時(shí)影響作業(yè)的安全，尤其在較高斜井施工中更為困難。

吊罐反井法與普通法比較有工效高、速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度較低、施工經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但它事先需要鉆機(jī)打精度較高的繩眼，前期準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)、通風(fēng)條件差、工作面易聚有害氣體，影響作業(yè)和安全，隨著掘井深度的延深，輔助時(shí)間加長(zhǎng)，施工速度明顯減慢。難以保證施工安全及進(jìn)度；爬罐反井法與吊罐反井法比較類似，具有工效高、速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)，但是設(shè)備投資較大，通風(fēng)條件差，工作面易聚有害氣體，影響作業(yè)和安全，隨著掘井深度的延深，輔助時(shí)間較長(zhǎng)，施工速度明顯減慢。

反井鉆井法較普通法和吊罐法的設(shè)備投入大，施工成本相對(duì)較高，但反井鉆井法有工作效率高、施工安全、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工程質(zhì)量好，因此鉆機(jī)的高可靠性和安全性仍能保證在惡劣地質(zhì)條件下以及深孔反井施工的經(jīng)濟(jì)性和高效性。

因此，該工程項(xiàng)目考慮了多方面因素，最終采用了用LM-200型反井鉆井法對(duì)該斜井進(jìn)行施工。

3 反井鉆機(jī)施工技術(shù)要求

高壓引水豎井屬于較深的深井，施工難點(diǎn)主要是導(dǎo)井的施工，經(jīng)過(guò)安全、技術(shù)、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)比較100m以上豎井選型采用LM-200型反井鉆機(jī)。

使用反井鉆施工，先導(dǎo)孔的質(zhì)量是整個(gè)豎井成型的關(guān)鍵，所以反導(dǎo)井施工的關(guān)鍵是如何解決先導(dǎo)孔偏差問(wèn)題，先導(dǎo)孔偏差一般不應(yīng)≥1%。為預(yù)防出現(xiàn)偏差出現(xiàn)，主要采取的措施為：在安裝鉆機(jī)時(shí)，精度控制在0.15%以內(nèi)；先導(dǎo)孔施工時(shí)，井口向下30m，用1～3m/d的鉆進(jìn)速度；鉆桿前30m增加穩(wěn)定鉆桿數(shù)量，前5m各一根，之后3：1到5：1最后到10：1；合理采用鉆壓和轉(zhuǎn)速，并在開(kāi)孔時(shí)采用扶正器等方法。

4 具體施工方法

4.1 先導(dǎo)孔施工

先導(dǎo)孔施工采用LM-200型反井鉆機(jī)自上而下進(jìn)行，鉆頭直徑為216mm，由于金元水電站斜井傾角大、井身長(zhǎng)，兩條斜井均超過(guò)了200m，按照LM-200型反井鉆機(jī)的性能，對(duì)井身長(zhǎng)度超過(guò)150m左右的斜井，先導(dǎo)孔施工可一次性貫通，而對(duì)于井身超過(guò)了150m的上斜井和下斜井，采用人工自下至上擴(kuò)挖人工導(dǎo)洞再尋找反井鉆機(jī)鉆頭，上斜井實(shí)際鉆進(jìn)了160m左右，人工導(dǎo)洞約40m。

4.2 導(dǎo)井施工

直徑為216mm的先導(dǎo)井施工順利完成后，進(jìn)入導(dǎo)井施工階段，采用直徑為1400mm的擴(kuò)孔鉆頭，自下而上反提擴(kuò)挖成直徑為1400mm的導(dǎo)井。

4.3 擴(kuò)挖施工

導(dǎo)井完成后，撤離反井鉆機(jī)，進(jìn)入人工擴(kuò)挖階段，采用光面爆破實(shí)施人工擴(kuò)挖成井。

5 斜井施工測(cè)量控制

5.1 先導(dǎo)孔反井鉆就位施工控制測(cè)量

了解到先導(dǎo)孔施工是影響斜井井挖是否順利的關(guān)鍵作用，有的斜井先導(dǎo)孔施工孔位嚴(yán)重偏離斜井軸線，甚至偏離到開(kāi)挖結(jié)構(gòu)線外，給下一步的導(dǎo)孔擴(kuò)導(dǎo)井施工帶來(lái)非常大的難度，故反導(dǎo)井鉆機(jī)正確就位和安裝至關(guān)重要。

5.1.1 鉆機(jī)就位測(cè)量控制

（1）采用壓力管道施工坐標(biāo)系，以調(diào)中為原點(diǎn)，水流方向?yàn)閄軸；

（2）在距鉆機(jī)5m左右及距中1.0m附近選一固定點(diǎn)A，作為反井鉆機(jī)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，由高一等級(jí)測(cè)量控制點(diǎn)精確測(cè)定，測(cè)角（正、倒鏡各一測(cè)回），測(cè)距（正、倒鏡各二測(cè)回）；

（3）在A點(diǎn)設(shè)站，精確定向完成以后，放出起鉆孔及軌道中心線并抄平；

（4）待鉆機(jī)就位后，測(cè)設(shè)出鉆機(jī)臂架傾角方向，使鉆機(jī)臂架基本到位；

（5）鉆機(jī)基本就位后在左、右臂架的側(cè)面和下面的兩端各標(biāo)定觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行鉆機(jī)姿態(tài)校正；

（6）儀器對(duì)中整平、設(shè)站、定向、檢查確認(rèn)無(wú)誤后分別測(cè)得1、2、3、4點(diǎn)至洞中心線的垂距D1、D2、D3、D4進(jìn)行鉆機(jī)偏角校正，若∣D1-D2∣<1mm、∣D3-D4∣<1mm即臂架左右偏角滿足要求；

（7）校正鉆機(jī)臂架時(shí)分別測(cè)出5、6、7、8點(diǎn)的三維坐標(biāo)，計(jì)算出臂架上斜距S56、S78，投影平距D56=S5-S6，D78=D7-D8，a1=COS-1（D56/S56）、a2=COS-1（D78/S78），若∣a-60°∣<30′′，即鉆機(jī)臂角滿足要求。

5.1.2 鉆孔精度分析預(yù)算

（1）考慮到導(dǎo)井邊線與設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線尚有1.3m的開(kāi)挖厚度，測(cè)量是通過(guò)短邊定長(zhǎng)邊，精度要求相當(dāng)高。故允許導(dǎo)井最終軸線偏差控制在±0.3m范圍內(nèi)較合適。據(jù)此推算出鉆桿傾角允許誤差mΔ1=±5′34\"，取1/2mΔ1作為鉆桿傾角測(cè)量中誤差，即為mβ=±2′47\"，鉆桿左右偏角中誤差也為mΔ2=±2′47\"。

（2）鉆桿的傾角測(cè)定是主要精確測(cè)量出鉆機(jī)臂架（因?yàn)楸奂芘c鉆桿平行）在同一平面上，同一軸線上、下兩端點(diǎn)間的斜距，計(jì)算出投影平距再解算出傾角。根據(jù)臂架長(zhǎng)度取兩端點(diǎn)間斜距為2.2m，量距中誤差為±0.7mm；投影平距1.1m，其中誤差為1.5mm，側(cè)傾角測(cè)量中誤差m′β=±2′21\"，小于2′47\"，滿足要求。

（3）鉆桿左右偏角測(cè)定是精確測(cè)量鉆桿臂架側(cè)面兩端點(diǎn)的距中偏差，取偏差測(cè)量中誤差為1mm，則左右偏角中誤差為1′34\"，考慮測(cè)站定向偏差30\"，也小于2′47\"，滿足精度要求。

5.1.3 貫通誤差

金元水電站斜井？準(zhǔn)216導(dǎo)孔貫通后，其上斜井下部偏離中心線1.5m，偏斜率為0.9%。從貫通結(jié)果分析：①誤差的絕對(duì)值較大，但基本處于斜井開(kāi)挖范圍以內(nèi)，講誤差是可控的，滿足施工要求；②反井鉆機(jī)在施工時(shí)有向下偏離的可能，也跟巖石的軟硬程度有關(guān)，所以鉆孔向下偏離，進(jìn)行角度調(diào)整是很有必要的。

5.2 斜井井挖擴(kuò)挖施工測(cè)量控制

斜井井挖擴(kuò)挖施工測(cè)量工作是保證井挖施工質(zhì)量最基礎(chǔ)、最根本的工作，隨著井身開(kāi)挖的不斷加深，采用常規(guī)的全站儀測(cè)量是根本無(wú)法達(dá)到規(guī)定的精度，主要原因?yàn)椋孩傩本畠A角大、井身長(zhǎng)、儀器架設(shè)操作困難；②冬季斜井內(nèi)水霧彌漫、能見(jiàn)度差（大多僅為5～10m）；③洞內(nèi)溫度低、地下水大、安全風(fēng)險(xiǎn)大。故將斜井?dāng)U挖施工測(cè)量控制方法分為：①fx-5800p計(jì)算器配合全站儀測(cè)量放樣法；②激光定位儀輔助測(cè)量放樣法。

5.2.1 fx-5800p計(jì)算器配合全站儀測(cè)量放樣法

由于斜井上、下彎段及井身局部可用fx-5800p計(jì)算器配合全站儀進(jìn)行任意點(diǎn)測(cè)量放樣，為便于施工放樣特編定計(jì)算器程序如下：

XJKWFY

Lbl0：“1.SXD，2.XWD，3.SWD”：“N=”？N↙

IfN=1：ThenGoto1：Ifend↙

IfN=2：ThenGoto2：Ifend↙

IfN=3：ThenGoto3：Ifend↙

Lbl1：？X：？Y：？Z↙

Pol（X-235.985，Z-2310）：J<0=>J+360→J：120-J→W：Isin（W）→D：Icos（W）→C：“K=”：151.014+（177.188-C）→K

“S=”：SQRT（（Dcos（60）2+（Dsin（60））2+Y2）-2

Goto1↙

Lbl2：？X：？Y：？Z↙

Pol（X-247.532，Z-2330）：J<0=>J+360→J：270-J→W：247.532-20sin（W）→A：2330-20cos（W）→B：“S=”：SQRT（（Z-B）2+（X-A）2+Y2）-2

Goto2↙

Lbl3：？X：？Y：？Z↙

Pol（X-130.07，Z-2453.45）：J<0=>J+360→J：90-J→W：“K=”：130.07+20WЛ÷180→K

130.07+20sin（W）→A：2453.45+20cos（W）→B：“S=”：SQRT（（Z-B）2+（X-A）2+Y2）-2

Goto3↙

以上測(cè)量放樣程序計(jì)算原理是：任意測(cè)量點(diǎn)位置推算、超欠挖計(jì)算和任意測(cè)量點(diǎn)到圓心的三維距離和樁號(hào)計(jì)算。

5.2.2 激光定位儀輔助測(cè)量放樣法

在斜井井挖擴(kuò)挖達(dá)到一定深度后，在井口上方設(shè)置3座固定支架，在支架上固定3臺(tái)激光定位儀（斜井?dāng)U挖至少需要3臺(tái)），分別定向井身的3個(gè)主要位置點(diǎn)，即斜井軸線上和兩側(cè)圓弧切點(diǎn)上（見(jiàn)圖1）。因井挖爆破產(chǎn)生沖擊波和其他因素對(duì)激光定位儀有擾動(dòng)影響，因此定期對(duì)激光定位儀的位置進(jìn)行復(fù)核調(diào)整。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)四川金元水電站斜井井挖施工，筆者認(rèn)為：

（1）通過(guò)施工實(shí)踐證明在長(zhǎng)斜井施工中采用反井鉆機(jī)施工技術(shù)，確保了工程的施工安全，加快了施工進(jìn)度，提高了工效，在金元水電站工程應(yīng)用中取得了良好的效果。

（2）反井鉆機(jī)施工技術(shù)對(duì)精度要求非常高，能否順利完成施工，對(duì)反井鉆機(jī)的校正、鉆孔的測(cè)量誤差分析極為重要。

（3）四川金元水電站斜井傾角大、井身長(zhǎng)、井挖施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)大，最終成功的完成了斜井井挖施工。該斜井井挖施工技術(shù)與測(cè)量控制方法值得在類似工程中借鑒與應(yīng)用。

收稿日期：2018-10-3

作者簡(jiǎn)介：薛 強(qiáng)（1985-），男，甘肅武威人，工程師，主要從事水利水電工程施工與管理工作。