鄧 鵬

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

1 工程概況

陽江抽水蓄能電站高壓隧洞主要由上平洞、上豎井、中平洞、下豎井及下平洞組成，水道承受的凈水頭800 m，動(dòng)水頭1108 m，是目前國(guó)內(nèi)核準(zhǔn)建設(shè)單機(jī)容量最大、靜水頭最高、埋深最大的蓄能電站。豎井如圖1所示。

圖1 豎井示意圖

其中上豎井總長(zhǎng)382 m，下豎井總長(zhǎng)385 m，均為花崗巖，開挖直接8.9 m/8.7 m，襯砌厚度0.6 m/0.5 m，襯砌后直徑7.5 m，采用正井法進(jìn)行施工。豎井開挖支護(hù)的精準(zhǔn)貫通、安全管控及防堵井等問題亟待解決。

2 工程施工存在的難題

2.1 豎井深度大，導(dǎo)井貫通精度要求高

如果按照規(guī)范允許偏差1%進(jìn)行控制，反井鉆機(jī)導(dǎo)孔將偏出設(shè)計(jì)輪廓線，造成大量的超挖超填工程量，施工成本急劇增加，后續(xù)施工困難且安全風(fēng)險(xiǎn)非常高。

2.2 巖石強(qiáng)度高，反井鉆機(jī)受力大

巖性均為花崗巖，實(shí)測(cè)巖石強(qiáng)度平均為114 MPa，加之豎井深度大，反井鉆機(jī)在反拉過程中受力較大，極易造成鉆桿的斷裂或設(shè)備的損壞。

2.3 地質(zhì)條件復(fù)雜，施工困難

豎井發(fā)育有多條斷層，最大斷層帶寬為5 m，且滲水現(xiàn)象較為突出，在施工過程中容易造成卡鉆及導(dǎo)孔偏斜的影響，這給反井鉆機(jī)糾偏操控帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

2.4 作業(yè)空間狹窄，提升系統(tǒng)布置需要進(jìn)一步優(yōu)化

豎井開挖支護(hù)作業(yè)屬于有限作業(yè)空間，施工通道布置、材料運(yùn)輸困難。且豎井為90°彎管，提升系統(tǒng)布置需要兼顧開挖支護(hù)、襯砌、灌漿及抗侵蝕材料涂刷等多道工序，且豎井深度大，如何確保人員、材料運(yùn)輸困難，需要在提升系統(tǒng)通用性、防墜性能、防旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)、可靠性及便于維護(hù)等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化提升。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 超深豎井導(dǎo)孔精準(zhǔn)控制技術(shù)

通過不斷的研究及考察，結(jié)合礦山及石油行業(yè)鉆機(jī)特性，采用定向隨鉆糾偏測(cè)斜技術(shù)施工導(dǎo)井。定向鉆機(jī)參數(shù)見表1。

表1 定向鉆機(jī)參數(shù)

定向隨鉆糾偏測(cè)斜技術(shù)原理包括2個(gè)：1）利用隨鉆測(cè)斜儀的脈沖發(fā)生器將探測(cè)的數(shù)值發(fā)送至地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼。2）距孔底約50 m時(shí)采用RMRS隨鉆測(cè)斜技術(shù)，通過捕捉孔底磁場(chǎng)發(fā)射器位置進(jìn)行精準(zhǔn)導(dǎo)孔。

利用2項(xiàng)技術(shù)綜合集成，確保定向孔的精確貫通，為后續(xù)反井鉆機(jī)反拉創(chuàng)造條件。

3.2 特硬巖體反井法施工關(guān)鍵技術(shù)

定向鉆機(jī)形成Φ219 mm導(dǎo)孔后，按直徑Φ295 mm進(jìn)行擴(kuò)孔。導(dǎo)孔擴(kuò)大采取先慢后快的原則，以確保擴(kuò)孔時(shí)發(fā)生偏斜而出現(xiàn)卡鉆或鉆桿折斷的狀況。

根據(jù)井深、巖石強(qiáng)度及工作面的周邊環(huán)境，可以選擇直徑為1.4 m、2.0 m、2.5 m的反井鉆頭，分別計(jì)算反井鉆機(jī)的受力情況及功效，計(jì)算相應(yīng)的工期、綜合費(fèi)用，最終選擇鉆頭尺寸為1.4 m進(jìn)行反拉。反井鉆機(jī)參數(shù)見表2。

3.3 新型提升系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

新型提升系統(tǒng)由橫向輸送系統(tǒng)、豎直升降系統(tǒng)以及平臺(tái)系統(tǒng)組成，并布置在永久襯砌外側(cè)，不占用襯砌空間也不侵入內(nèi)輪廓，后期可以免于拆除，同時(shí)也可以作為上彎段超挖區(qū)回填作業(yè)平臺(tái)及輔助安裝模板。在提升系統(tǒng)施工前，需要對(duì)上彎段進(jìn)行技術(shù)性超挖，將平洞段掌子面延伸至豎井外側(cè)彎段開挖邊線，為了減少超挖超填工程量，可以在彎段部分設(shè)置降坡，坡度宜為8°～12°。新型提升系統(tǒng)如圖2和圖3所示。

圖2 新型提升系統(tǒng)示意圖

圖3 新型提升系統(tǒng)示意圖

橫向輸送系統(tǒng)主要包括人員通道、材料水平運(yùn)輸通道，采用鋼結(jié)構(gòu)制作，平行布置于上彎段底拱位置。人員通道設(shè)置梯步，材料通道采用小型卷?yè)P(yáng)機(jī)配材料運(yùn)輸車，末端與下桁架平臺(tái)連接并設(shè)置車檔，以防止材料運(yùn)輸車傾覆。

豎直升降系統(tǒng)主要包括載物卷?yè)P(yáng)機(jī)、載人絞車、防墜卷?yè)P(yáng)機(jī)、防墜罐籠、載物吊籠及配套設(shè)施設(shè)備。其中載人絞車與防墜卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)置在上平洞左側(cè)，配套使用。為了避免吊籠在提升過程中鋼絲繩纏繞，采用2根防纏繞鋼絲繩交叉穿束與絞車同時(shí)提升，避免罐籠提升過程中鋼絲繩旋轉(zhuǎn)。防墜卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)置鋼絲繩從罐籠兩側(cè)穿入，底部設(shè)置防墜器，達(dá)到防墜效果[1]。

平臺(tái)系統(tǒng)包括上桁架平臺(tái)和下桁架平臺(tái)，上桁架平臺(tái)和下桁架平臺(tái)分別各自獨(dú)立支撐固定于豎井段上方、彎管段外輪廓線擴(kuò)挖部分的混凝土結(jié)構(gòu)兩側(cè)。2層平臺(tái)相互獨(dú)立設(shè)置，減少了常規(guī)桁架立柱設(shè)置對(duì)提升系統(tǒng)的干擾，同時(shí)2層結(jié)構(gòu)受力互不影響；2層平臺(tái)分別各自獨(dú)立設(shè)置鋼筋混凝土巖壁梁基礎(chǔ)，利用預(yù)埋在混凝土表面的鋼板與鋼桁架橫向H型鋼焊接連接固定，提高了桁架受力穩(wěn)定性、可靠性及維護(hù)簡(jiǎn)易性；針對(duì)上桁架平臺(tái)，為了提高受力條件，在巖壁梁下方設(shè)置扶壁柱鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化巖壁梁承載能力。另外，為了確保豎井通風(fēng)及下桁架平臺(tái)通行功能，平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)置單層鋼板網(wǎng)封閉，并及時(shí)維護(hù)更換。桁架平臺(tái)如圖4所示。

新型提升系統(tǒng)提供了1種用于整個(gè)豎井施工過程中支持的平臺(tái)系統(tǒng)，解決了以往豎井施工過程中提升系統(tǒng)可靠性較差、安全風(fēng)險(xiǎn)高、多次改造及需要拆除等一系列問題，擴(kuò)展了平臺(tái)的綜合功能、提高了提升荷載能力，增強(qiáng)了平臺(tái)系統(tǒng)的通用性、可靠性[2]。

圖4 桁架平臺(tái)

4 主要施工方法

4.1 溜渣通道開挖施工

4.1.1 一次提升設(shè)備

一次提升設(shè)備采用型鋼加工，現(xiàn)場(chǎng)組裝成型，采用高強(qiáng)螺栓連接各節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 一次提升平臺(tái)

4.1.2 溜渣通道開挖施工

以絞車+一次擴(kuò)挖提升設(shè)備作為提升系統(tǒng)，懸掛吊籠作為開挖施工平臺(tái)。采用改制后的手風(fēng)鉆自下而上施工水平輻射孔，一次施工完畢。造孔完成后，自下而上分段裝藥爆破，一次爆破長(zhǎng)度約8 m～10 m，以形成直徑3.0 m的溜渣通道。

4.2 全斷面開挖

采用新型提升系統(tǒng)，豎井?dāng)U挖自上而下，人工扒渣通過溜渣通道至下彎段。豎井周邊孔采用采用光面爆破成型，周邊孔孔深3.0 m，崩落孔孔深3.5 m，單耗藥量控制在0.4 kg/m3～0.5 kg/m3。

5 工程實(shí)效

該工程采用定向隨鉆糾偏測(cè)斜技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)孔施工，日平均進(jìn)尺10.0 m，上豎井貫通偏差0.33 m，下豎井貫通偏差0.27 m，最終導(dǎo)孔貫通精度0.8 ‰，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求導(dǎo)孔精度（1%）標(biāo)準(zhǔn)。采用新型提升系統(tǒng)進(jìn)行1.4 m直徑導(dǎo)井施工，日平均進(jìn)尺11 m，全斷面正向開挖未發(fā)生堵井事件，日平均開挖進(jìn)尺3.0 m。施工過程中安全可控，達(dá)到了預(yù)期效果。

6 結(jié)論

陽江抽水蓄能電站高壓隧洞上豎井總長(zhǎng)為382 m，下豎井總長(zhǎng)為385 m，豎井開挖支護(hù)的精準(zhǔn)貫通、安全管控及防堵井是工程面臨的重大難題，對(duì)項(xiàng)目管理者是1個(gè)重大挑戰(zhàn)，通過調(diào)研類似地下工程項(xiàng)目的施工管理經(jīng)驗(yàn)，參照其他行業(yè)的施工管理手段，融合創(chuàng)新，形成了定向隨鉆糾偏測(cè)斜技術(shù)+新型豎井提升系統(tǒng)，在開挖時(shí)采用微差控制爆破手段，達(dá)到了項(xiàng)目管理目標(biāo)。1）定向隨鉆糾偏測(cè)斜技術(shù)的成功應(yīng)用，提高了豎井貫通精度，為后續(xù)施工創(chuàng)造了良好條件，值得在深豎井中大力推廣。2）新型豎井提升系統(tǒng)的研發(fā)，提供了1個(gè)免于拆除、結(jié)構(gòu)可靠、維護(hù)方便的豎井提升系統(tǒng)，且通用性強(qiáng)，施工簡(jiǎn)便，安全可靠。3）目前超深豎井反井鉆機(jī)擴(kuò)孔直徑主要受機(jī)械設(shè)備性能影響，擴(kuò)孔直徑多集中在1.4 m～2.0 m，無法滿足超深豎井導(dǎo)井施工完成后直接溜渣的要求，如何提升反井鉆機(jī)的性能是后續(xù)研究的方向。