馬琪琪

(中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

由于荒溝抽水蓄能電站超深長(zhǎng)斜井地處嚴(yán)寒地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖施工難度極大，經(jīng)研究采用了“反井鉆機(jī)大直徑導(dǎo)孔、2.4m導(dǎo)井一次成型、正井法擴(kuò)挖成井”的超深長(zhǎng)斜井開(kāi)挖施工技術(shù)。通過(guò)井壁底部預(yù)設(shè)行車槽，實(shí)現(xiàn)了斜井?dāng)U挖無(wú)軌運(yùn)輸。同時(shí)研制了可穿行式的防護(hù)臺(tái)車，為井下作業(yè)人員和設(shè)備提供了安全防護(hù)。采用液壓鉆造孔、光面控制爆破、反鏟扒渣等措施，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化施工作業(yè)，保證了施工安全，提高了工作效率。

1 概 述

黑龍江荒溝抽水蓄能電站引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)1號(hào)、2號(hào)兩條斜井，每條引水斜井分成上斜井和下斜井兩段，每段斜井包括上彎段、斜井直段、下彎段，上彎段、下彎段均為空間轉(zhuǎn)彎。1號(hào)、2號(hào)引水上斜井全長(zhǎng)為229.19m，軸線高程由585m降至425m，彎段參數(shù)為θ=50°，R=2500cm，S=2182cm，T=1166cm。

1號(hào)引水下斜井全長(zhǎng)為384.73m，軸線高程由425m降至145.81m，彎段參數(shù)為θ=50°(47.690663°)，R=2500cm，S=2182cm(2081cm)，T=1166cm(1105cm)。2號(hào)引水下斜井全長(zhǎng)為388.55m，軸線高程由425m降至142.92m，彎段參數(shù)為θ=50°(49.690663°)，R=2500cm，S=2182cm(2081cm)，T=1166cm(1105cm)。

2 工藝原理

超深長(zhǎng)斜井開(kāi)挖過(guò)程采用裝配機(jī)械化作業(yè)方案進(jìn)行施工，鉆設(shè)大直徑導(dǎo)井，而后一次擴(kuò)挖成井。

采用專用提升設(shè)備，在保障安全的前提下?tīng)恳咝蕶C(jī)械設(shè)備入井作業(yè)。人工手風(fēng)鉆配合潛孔鉆車鉆孔爆破，提高了單循環(huán)進(jìn)尺及爆破質(zhì)量。工作面挖掘機(jī)進(jìn)行扒渣，大大減少入井作業(yè)人員數(shù)量，規(guī)避了一定安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)扒渣工序時(shí)長(zhǎng)縮短，建井工期縮短。

井內(nèi)使用無(wú)軌運(yùn)輸方式，取消了在斜井內(nèi)鋪裝鋼軌，規(guī)避了人員在斜坡上安裝軌道的安全風(fēng)險(xiǎn)；使防護(hù)臺(tái)車最大程度行駛至臨近工作面的位置，提升了井下作業(yè)面安全保障；根據(jù)具體施工工序，機(jī)械設(shè)備交替入井，編制正規(guī)循環(huán)作業(yè)程序，有條不紊地開(kāi)展各項(xiàng)工作。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)施工方法的調(diào)整來(lái)加快施工進(jìn)度，同時(shí)達(dá)到節(jié)約成本的預(yù)期效果。

3 施工主要特點(diǎn)

a.科學(xué)化裝配斜井用機(jī)械與設(shè)備，研發(fā)了超深長(zhǎng)斜井反井鉆機(jī)直接成型φ2.4m大直徑導(dǎo)井新技術(shù)，再擴(kuò)挖成直徑7.9m斷面。引進(jìn)行業(yè)外專用的鑿井絞車作為提升設(shè)備，該設(shè)備配備了精密的電控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)有多項(xiàng)安全保護(hù)裝置，鉆爆作業(yè)使用手風(fēng)鉆配合液壓潛孔鉆車進(jìn)行，提升了鉆孔效率與質(zhì)量。爆破后工作面使用挖掘機(jī)進(jìn)行扒渣，以實(shí)現(xiàn)作業(yè)機(jī)械化。

b.研制了一種實(shí)用新型專利的無(wú)軌運(yùn)輸車，為井內(nèi)人員及材料提供運(yùn)輸服務(wù)，該設(shè)備在斜井使用過(guò)程中，體現(xiàn)了對(duì)路面適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，由于是雙繩牽引，其安全性也較高。無(wú)軌運(yùn)輸車可以到達(dá)斜井上彎段甚至平洞內(nèi)，極大方便了材料、工器具的裝運(yùn)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，安全保障大幅度提高。

c.研制了一種無(wú)軌可穿行式防護(hù)臺(tái)車并實(shí)地運(yùn)用，能夠最大程度地接近井下工作面，為施工增加了安全保障系數(shù)，并為運(yùn)輸車、挖掘機(jī)、潛孔鉆車在各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)從臺(tái)車下穿行提供了方便，提高勞動(dòng)效率的同時(shí)也能加快施工進(jìn)度。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

超深長(zhǎng)斜井開(kāi)挖施工包括反井鉆機(jī)導(dǎo)孔鉆設(shè)、大直徑導(dǎo)井一次成型施工、上彎段開(kāi)挖施工、提升設(shè)備安裝調(diào)試與驗(yàn)收、直線段及下彎段開(kāi)挖施工等幾個(gè)大的環(huán)節(jié)，施工程序見(jiàn)圖1。

圖1 超深長(zhǎng)斜井開(kāi)挖施工程序

4.2 操作要點(diǎn)

圍繞如何快速在超深長(zhǎng)斜井施工中形成安全快速施工方法，規(guī)避人員作業(yè)較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造便于機(jī)械設(shè)備入井作業(yè)的方法、物料裝卸搬運(yùn)的方法，在施工過(guò)程中從提升運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)，到各環(huán)節(jié)的密切配合方面嚴(yán)格控制，探索出一套用于超深長(zhǎng)斜井開(kāi)挖的安全施工技術(shù)。

4.2.1 科學(xué)嚴(yán)密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1.1 提升系統(tǒng)布置

斜井大直徑導(dǎo)井施工完成后，斜井采用自上而下正井法擴(kuò)挖施工成井。為了滿足斜井?dāng)U挖時(shí)人員、材料、設(shè)備井內(nèi)運(yùn)輸及工作面作業(yè)安全防護(hù)，井口布置運(yùn)輸車提升系統(tǒng)和防護(hù)臺(tái)車提升系統(tǒng)，通過(guò)鑿井絞車、天輪導(dǎo)向進(jìn)行提升。

斜井提升系統(tǒng)包括實(shí)用新型專利無(wú)軌運(yùn)輸車及實(shí)用新型專利可穿行式防護(hù)臺(tái)車，運(yùn)輸車負(fù)責(zé)作業(yè)人員、施工材料、風(fēng)水管路、工器具的運(yùn)輸(人員和材料嚴(yán)禁混運(yùn))，運(yùn)輸車自重為3.5t，設(shè)計(jì)載重2t。防護(hù)臺(tái)車主要用作斜井安全防護(hù)、導(dǎo)井安全防護(hù)和人工停放及工作平臺(tái)，防護(hù)臺(tái)車自重為7t，設(shè)計(jì)載重2t。為保證上平洞與中平洞洞內(nèi)運(yùn)輸空間，斜井鑿井絞車靠平洞左側(cè)布置，使用雙繩提升車輛，一根鋼絲繩負(fù)責(zé)提升另一根做安全繩，當(dāng)提升繩意外斷繩時(shí)，安全繩可以滿足全部提升需求，在出現(xiàn)意外的情況下能夠保證運(yùn)輸車輛的運(yùn)行安全。提升系統(tǒng)布置如圖2。

圖2 提升系統(tǒng)布置

通過(guò)在擴(kuò)挖施工中投入具有專利技術(shù)的斜井運(yùn)輸車輛，使用安全性較高的礦用鑿井絞車，配備專業(yè)的變頻電控系統(tǒng)，為斜井物料運(yùn)輸提供了科學(xué)、可靠的技術(shù)保障。

4.2.1.2 供斜井運(yùn)輸與通行的路面結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

沿斜井井壁底部3.5m范圍內(nèi)開(kāi)挖成平底，對(duì)溝槽底部及兩側(cè)噴混凝土形成行車溝槽，即形成一種供斜井運(yùn)輸與通行的路面結(jié)構(gòu)；噴混凝土溝槽與井壁噴混凝土支護(hù)同時(shí)進(jìn)行。為保證溝槽成型，兩側(cè)使用模板支立，底部膠輪運(yùn)行范圍內(nèi)超挖部分使用噴混凝土料墊平，確保路面平整，提高車輛運(yùn)輸可靠性，并在運(yùn)輸車底盤上安裝導(dǎo)向輪防止跑偏，車輛上下均沿溝槽運(yùn)行，成型溝槽寬度3.5m，行車溝槽施工隨工作面噴混凝土支護(hù)跟進(jìn)。

相比傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸方式，通過(guò)將井內(nèi)運(yùn)輸車輛的行走輪改為專用實(shí)芯膠輪，使得車輛運(yùn)行通過(guò)性、穩(wěn)定性大幅度提升。開(kāi)挖時(shí)即在測(cè)量放樣中增加了車輛在底板上運(yùn)行溝槽的爆破設(shè)計(jì)，一并開(kāi)挖出運(yùn)行溝槽，槽寬3.5m，槽深0.3m，這部分技術(shù)超挖量較小，經(jīng)過(guò)計(jì)算僅為0.2m3，通過(guò)精細(xì)化的爆破設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的質(zhì)量管理控制爆破成型。且行車溝槽成型與噴混凝土支護(hù)同時(shí)施工，噴混凝土支護(hù)時(shí)對(duì)溝槽加以處理，路面平整度即可提高。供斜井運(yùn)輸與通行的路面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3～圖4。

圖3 供斜井運(yùn)輸與通行的路面結(jié)構(gòu)

圖4 供斜井運(yùn)輸與通行的路面結(jié)構(gòu)

4.2.2 科學(xué)的安全保障技術(shù)

斜井運(yùn)輸車輛設(shè)計(jì)采用鑿井絞車進(jìn)行牽引，該絞車設(shè)計(jì)雙滾筒纏繞雙繩，其中一根繩提升運(yùn)輸車，另一根用作保險(xiǎn)繩。當(dāng)提升繩斷繩時(shí)，保險(xiǎn)繩可承擔(dān)全部提升負(fù)荷。鑿井絞車電控系統(tǒng)預(yù)設(shè)有限速控制，不能隨意調(diào)整，速度上限值為0.5m/s；絞車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為常閉式，采用滾筒液壓抱閘制動(dòng)與電機(jī)液壓抱閘制動(dòng)兩種方式，絞車起動(dòng)時(shí)利用液壓系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)松開(kāi)抱閘，絞車停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)抱閘自動(dòng)關(guān)閉，突然斷電時(shí)抱閘隨即自動(dòng)關(guān)閉。使用雙滾筒雙繩提升運(yùn)輸車及防護(hù)臺(tái)車，雙繩的使用能夠起到斷繩保護(hù)的作用。在井口上彎段停車位置安裝限位開(kāi)關(guān)，用作安全防護(hù)。

在井內(nèi)布置一臺(tái)無(wú)軌膠輪運(yùn)輸車運(yùn)送作業(yè)人員和材料、工器具，運(yùn)輸車設(shè)計(jì)采用1臺(tái)提升絞車進(jìn)行牽引，該車在單個(gè)滾筒左右側(cè)纏繞雙繩，絞車運(yùn)行時(shí)雙牽引鋼絲繩同時(shí)受力，目的是增加設(shè)備運(yùn)行安全性，假設(shè)一根繩出現(xiàn)極端情況破壞時(shí)，另一根繩仍可承擔(dān)全部提升負(fù)荷。斜井內(nèi)靠右側(cè)安裝一趟行人爬梯作為備用行人通道。另布置1臺(tái)鑿井絞車牽引挖掘機(jī)和潛孔鉆車入井作業(yè)。同時(shí)在荒溝抽水蓄能電站超深長(zhǎng)斜井也采用了一種可穿行式的防護(hù)臺(tái)車，在井下靠近掌子面處布置一臺(tái)無(wú)軌膠輪防護(hù)臺(tái)車，采用鑿井絞車進(jìn)行牽引，同樣為雙滾筒纏繞雙繩牽引車輛，一根繩牽引，另一根繩作為保險(xiǎn)繩，在導(dǎo)井上口布置封口盤。

運(yùn)輸車為無(wú)軌膠輪型鋼結(jié)構(gòu)車輛，因運(yùn)輸車速度相對(duì)較快且在井內(nèi)運(yùn)行頻繁，為保證車輛運(yùn)行安全，在運(yùn)輸車底盤下部設(shè)置導(dǎo)向輪防止跑偏，運(yùn)輸車頂部設(shè)置轉(zhuǎn)輥，利用防護(hù)臺(tái)車牽引繩輔助導(dǎo)向，從而上下兼顧防止運(yùn)輸車跑偏，車輛上下均沿溝槽運(yùn)行。在運(yùn)輸車輛上加裝減震系統(tǒng)，從而在一定程度上提高了乘坐者舒適性。實(shí)用新型專利無(wú)軌運(yùn)輸車輛見(jiàn)圖5。

圖5 實(shí)用新型專利無(wú)軌運(yùn)輸車輛

4.2.3 開(kāi)挖爆破技術(shù)

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，在常規(guī)斜井開(kāi)挖爆破施工中，采用人工鉆孔爆破以及人工井下扒渣的方式進(jìn)行作業(yè)，投入的井下施工人員較多，存在的安全風(fēng)險(xiǎn)很大，如在井下扒渣作業(yè)時(shí)，施工人員安全意識(shí)差，未正確系好安全帶，最終導(dǎo)致人員從導(dǎo)井墜落，發(fā)生安全事故；另外，采用人工進(jìn)行作業(yè)，循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)工期也有較大的影響。

為減少井下涉險(xiǎn)人員，加快超深斜井開(kāi)挖施工進(jìn)度，在荒溝抽水蓄能電站超深長(zhǎng)斜井開(kāi)挖爆破施工中，采用機(jī)械化配合人工作業(yè)，鉆孔爆破采用潛孔鉆配合人工鉆孔，扒渣作業(yè)采用挖掘機(jī)進(jìn)行井內(nèi)扒渣，主要開(kāi)挖爆破技術(shù)為：擴(kuò)挖采用潛孔鉆車配合手風(fēng)鉆鉆孔，人工裝藥，采取微差起爆網(wǎng)絡(luò)形式，采用2號(hào)巖石乳化炸藥，周邊鉆孔直徑為42mm，人工采用手風(fēng)鉆鉆孔，藥卷直徑32mm，鉆孔深度3.0m，周邊采用光面爆破，隔段裝藥控制藥量；崩落孔鉆孔直徑為90mm，采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，藥卷直徑70mm，鉆孔深度3.5m，循環(huán)進(jìn)尺2.4m。在爆破施工中，嚴(yán)格控制巖石大塊率，加密炮孔，防止渣塊過(guò)大而造成堵井。

使用手風(fēng)鉆配合液壓潛孔鉆車進(jìn)行鉆爆作業(yè)，相比常規(guī)情況下采用人工手風(fēng)鉆鉆爆以及人工扒渣，提升了鉆孔效率與質(zhì)量，減少了安全風(fēng)險(xiǎn)。爆破后工作面使用挖掘機(jī)進(jìn)行扒渣，以實(shí)現(xiàn)作業(yè)機(jī)械化。與人工扒渣效率相比，循環(huán)時(shí)長(zhǎng)大大縮短，減少了扒渣人員的投入，對(duì)成本的控制起到了重要作用。井內(nèi)挖掘機(jī)行走、井內(nèi)挖掘機(jī)扒渣見(jiàn)圖6～圖7。

圖6 井內(nèi)挖掘機(jī)行走

圖7 井內(nèi)挖掘機(jī)扒渣

4.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化的安全保證技術(shù)

以往在斜井施工中，各施工環(huán)節(jié)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過(guò)方案優(yōu)化而采取行之有效的本質(zhì)安全方案和過(guò)程嚴(yán)格的控制，在斜井施工中全面推行“超深長(zhǎng)斜井快速開(kāi)挖施工安全生產(chǎn)施工技術(shù)”，以保證斜井施工過(guò)程中人員、材料設(shè)備運(yùn)輸?shù)谋举|(zhì)安全。該技術(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)輸提升系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化的施工方法和作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)化的安全監(jiān)督管理體系。

在上彎段上部運(yùn)輸車停靠位置設(shè)置人員上下平臺(tái)，便于人員上下運(yùn)輸車、上下車平臺(tái)處安裝安全門，人員通過(guò)時(shí)打開(kāi)，其他時(shí)間均處于關(guān)閉狀態(tài)。運(yùn)送材料時(shí)，運(yùn)輸車可行駛至上彎段上部與平洞交界處，?？繒r(shí)車輛底盤基本與水平線平行，以方便材料裝、卸車。

上彎段施工前，在上井口變坡點(diǎn)沿洞寬布置鋼筋焊制的臨時(shí)防護(hù)欄桿，欄桿下部設(shè)置踢腳板，起到遮擋雜物的作用，使其不會(huì)落到斜井內(nèi)，從而保證彎段作業(yè)人員的安全。提升設(shè)施投入運(yùn)行時(shí)，拆除臨時(shí)鋼筋防護(hù)欄桿，設(shè)置φ48鋼管焊制的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)欄桿。

5 結(jié) 語(yǔ)

在荒溝抽水蓄能電站超深長(zhǎng)斜井開(kāi)挖中，總結(jié)探索出一套更為先進(jìn)的，適用于超深長(zhǎng)斜井的安全、高效開(kāi)挖的施工方法，達(dá)到了作業(yè)機(jī)械化、數(shù)字化、高生產(chǎn)率的預(yù)期使用效果，極大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度減少了涉險(xiǎn)作業(yè)人員安全隱患，可為類似工程長(zhǎng)斜井開(kāi)挖施工提供有力參考及借鑒。