張 林， 唐 進 東， 任 明 海

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

佳蒂格德(Jatigede)水電站位于印度尼西亞西爪哇省吉瑪努克Cimanuk河中下游，距西爪哇省會城市萬隆市(Bandung)約125 km，距西爪哇省東部港口城市井里汶(Cirebon)約75 km。電站的主要建筑物包括首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、半埋式地下廠房、尾水隧洞和下游調(diào)節(jié)壩等。

該項目為半埋式主廠房，91 m高程以上采用明挖，91 m高程以下設置了兩個對稱布置的機組安裝豎井。廠房豎井的開挖由三大部分組成，自上而下分別為：上部高度為6.15 m、φ26.9 m的鎖口部分、中部高度為20.35 m、φ25 m的井筒部分、下部至53.1 m高程的尾水管基坑和集水井部分。

在廠房豎井下游側(cè)布置了1座尾水調(diào)壓井，該尾水調(diào)壓井豎井開挖由兩部分組成，自上而下分別為上部高度6.15 m、φ21.1 m的鎖口部分、下部至65.56 m高程為φ19.2 m的尾水調(diào)壓井豎井部分；廠房豎井和尾水調(diào)壓井豎井之間采用尾水擴散段及連接管連接。

廠房基坑表部為河流階地沖積卵礫石層，下伏基巖為上第三系中新統(tǒng)黏土巖；巖體中層面發(fā)育，單層厚度一般為5～10 cm。黏土巖風化特征不明顯，一般在卵礫石層之下即為微～新黏土巖，其滲透性微弱，鉆孔壓水試驗呂榮值多小于1 Lu，基巖頂板高程為93～94 m，試驗成果中黏土巖的無側(cè)限單軸抗壓強度<5 MPa，屬極軟巖，具有高膨脹性、失水易崩解等特點。

綜上所述，軟巖段豎井選擇合理的開挖和支護施工方案對施工進度和安全至關重要。

2 豎井開挖與支護方案的研究與應用

2.1 開挖出渣方案比選

方案1：沿豎井井壁預留施工道路[1]。

由于該項目豎井開挖直徑小、開挖深度過深(已達37.9 m)且地下水位很高，黏土巖的綜合性圍巖條件極差，故該方案根本無法保障工程的穩(wěn)定和施工安全。

方案2：1號施工支洞——壓力管道下平段——壓力管道岔支管——廠房豎井——尾水調(diào)壓井。

該廠房部分為半埋藏式地下結(jié)構(gòu)，從1號施工支洞進入壓力管道、再進入廠房豎井的距離為400 m(估算工期8個月)，且壓力管道支管部分的開挖尺寸較小，無法滿足常規(guī)運渣設備的通行，需擴大開挖斷面，然后采用反井法施工工藝，而且擴挖支護施工也需采用垂直吊運設備輔助，故其投資及成本將顯著增加。加之豎井開挖支護的開始時間受1號施工支洞——壓力管道下平段——壓力管道岔支管開挖支護工作等前序工作的影響非常大，導致廠房部位的工期延誤時間過長；又因壓力管道支管的出口位置距離豎井最底部的高差約為14 m，導致下部渣料仍然無法垂直運輸。

方案3：1號施工支洞——新增旁洞——廠房豎井——尾水調(diào)壓井。

在1號施工支洞上開設旁洞，進入廠房區(qū)域后分別開挖至3處豎井的支洞按照平均坡度10%計算所需支洞長度為250 m，然后采用反井法施工工藝。為確保廠房區(qū)域地基的穩(wěn)定，新增旁洞還需進行襯砌處理；擴挖支護施工亦需采用垂直吊運設備輔助，其投資及成本將顯著增加，豎井開挖的開始時間也將遭遇較大的延期。

方案4：鎖口部分直接開挖裝車——剩余渣料采用門機垂直運輸。

對于豎井鎖口部分，盡量采用長臂液壓挖掘機開挖裝渣，剩余的渣料采用門機垂直運輸裝車。雖然門機一次性購置費用較高，但其可多次周轉(zhuǎn)使用；91 m高程以上的明挖完成后即可立即進行豎井開挖，后期豎井的開挖受門機起重量和速度的限制,開挖速度可能較以上方案偏慢。

結(jié)論：

項目部總體評估了上述四種方案。鑒于方案4(門機方案)進度快、造價低，且廠房部分的施工處于關鍵線路，最終決定采用門機進行豎井開挖渣料和支護材料調(diào)運的垂直運輸。

2.2 門機的選擇及布置

(1)門機型號的選擇。門機跨度的選擇主要考慮豎井直徑和現(xiàn)場場地，額定載重量的選擇主要考慮在豎井有限的空間條件下能正常工作的主要施工設備機械(鉆機、挖機等)自重等因素。

根據(jù)施工進度規(guī)劃及現(xiàn)場實際情況，門機的選擇為：廠房1號和2號豎井共用一臺門機，門機型號為MG15t-30 m，額定載重量為15 t，跨度30 m；尾水調(diào)壓井的門機型號為MG15t-23 m，額定載重量為15 t，跨度為23 m。

(2)確定配套裝渣設備。由于裝渣設備的選擇直接影響門機吊運開挖渣料的效率，設備配置過大將導致成本加大，設備配置過小則導致門機效率降低，無法滿足進度要求。

該工程所配置的起吊料斗斗容為3 m3，井下開挖和裝渣設備為130型液壓挖掘機，斗容0.5 m3；運輸車輛為豪沃，額定載重量為25 t。

(3)開挖的分層分塊對門機效率的影響。門機渣料運輸?shù)睦硐霠顟B(tài)為連續(xù)不停機運行。但因受開挖支護等特殊工序施工的影響而無法保證連續(xù)運行；開挖分層分塊過大，鉆爆和噴錨支護時間過長，施工安全的隱患將增大，從而造成門機長時間停機等待；開挖分層分塊過小，施工工序之間的相互干擾大，功效低，成本將加大。

(4)門機總布置。該工程最終采用3井2機布置[2]，廠房豎井布置情況見圖1。

圖1 廠房豎井門機總布置圖

2.3 施工規(guī)劃

廠房及尾水調(diào)壓井豎井的開挖及支護施工主要分為鎖口部分及鎖口以下兩大部分，主要采取自上而下分層、分區(qū)開挖，初期鋼筋混凝土和錨桿及灌漿支護緊隨開挖及時跟進[3]。

(1)豎井鎖口段部分。鎖口段的結(jié)構(gòu)施工在上層開挖支護完成后才能進行下一層的施工，上下層的分區(qū)相互錯開；開挖分層高度為1.5 m，每層分3塊實施，施工順序為A—B—C，鎖口段開挖分層分區(qū)示意圖見圖2。

鎖口混凝土澆筑每層分成2塊，鎖口段混凝土澆筑分層分區(qū)示意圖見圖3。

(2)鎖口段以下部分。分層高度為1.5～2 m，分成4塊。鎖口段以下部分開挖分層分區(qū)示意圖見圖4。

上層開挖分區(qū)示意圖 下層開挖分區(qū)示意圖圖2 鎖口段開挖分層分區(qū)示意圖

上層混凝土分區(qū)示意圖 下層混凝土分區(qū)示意圖圖3 鎖口段混凝土澆筑分層分區(qū)示意圖

圖4 鎖口段以下部分開挖分層分區(qū)示意圖

鎖口部分以下盡量采用液壓挖掘機和液壓破碎錘等設備直接開挖，形成開挖、掛鋼筋網(wǎng)噴護和錨桿三種工序間的循環(huán)流水作業(yè)。

(3)施工工藝流程：第N層分塊開挖——第N層分塊初噴混凝土——第N層分塊鋼筋網(wǎng)片——第N層分塊噴混凝土——第N層分塊鎖口及環(huán)梁鋼筋混凝土澆筑——第N層分塊錨桿及灌漿施工完成——轉(zhuǎn)入第N+1層的分塊開挖及支護。

2.4 施工方案

2.4.1 開挖施工[4]

豎井開挖分成上下兩部分，各部分再采取分層分塊施工，各層范圍內(nèi)按先中間、后保護層開挖的順序及時跟進支護以確保施工安全。

為避免圍巖表面長時間暴露風化需預留保護層，在初噴混凝土支護前再用人工開挖并修整。

(1)鎖口段的開挖。鎖口部分的開挖采用ZX350H反鏟挖掘機在豎井內(nèi)開挖，門機吊運裝25 t自卸汽車運至渣場堆棄；鎖口結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)采用液壓反鏟分層分塊直接挖除。

(2)鎖口段以下的開挖。鎖口段以下采用反鏟挖掘機或液壓錘配合開挖，門機吊裝至25 t自卸汽車運至渣場堆棄。

(3)門機出渣。門機的運行順序為：料斗提升——小車橫向運行——大車縱向運行——卸料——大車返回運行——小車返回運行——料斗下降至裝渣地點。

2.4.2 支護施工[5]

支護順序：初噴——第一層鋼筋網(wǎng)片——第二次噴混凝土——第二層鋼筋網(wǎng)片——終噴——環(huán)梁鋼筋混凝土澆筑——錨桿鉆孔、安裝及灌漿。

豎井噴混凝土支護的鋼筋網(wǎng)為雙層鋼筋網(wǎng)片。

豎井噴混凝土采用干噴工藝施工。

錨桿施工工藝流程：孔位布置——鉆機就位——調(diào)整鉆桿角度——鉆孔——清孔——安插錨桿——壓力灌漿——鋼墊板和螺帽等安裝。

2.4.3 結(jié)構(gòu)混凝土施工

鎖口混凝土采用分層分區(qū)澆筑，層高1.5 m，每層分2區(qū)；環(huán)梁混凝土分區(qū)澆筑，每層分3區(qū)；鎖口混凝土鋼筋在現(xiàn)場安裝，環(huán)梁鋼筋按照分區(qū)長度先制作成型后再分區(qū)整體安裝；混凝土模板以木模為主，采用外撐內(nèi)拉的方式加固；混凝土由吊罐入倉，人工平倉振搗。

2.5 實施效果

為保證安全，在實際施工過程中采取了分塊開挖和澆筑的方式，以避免整個上層混凝土全部倒掛懸空施工。在實際實施過程中，較長時間的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示鎖口混凝土未發(fā)生傾斜和下沉。

目前該工程廠房區(qū)域的豎井開挖支護施工已全部完成，渣料全部采用門機吊運。該工程于2016年10月23日開工，2017年7月15日完工，歷時8個多月(其中雨季約半年)，完成約4萬m3的開挖，月平均開挖強度為5 000 m3，最大月強度為8 000 m3。

整個施工期無質(zhì)量安全事故發(fā)生，施工安全，質(zhì)量優(yōu)良，滿足總工期要求，所用門機業(yè)已轉(zhuǎn)到后續(xù)同類項目繼續(xù)正常使用，效果較為明顯。

3 結(jié) 語

隨著豎井開挖施工技術的不斷發(fā)展，如何正確選擇豎井開挖渣料的運輸方案至關重要，該工程選擇的施工方案具有的主要優(yōu)勢是不需要設置下基坑的道路或底部運渣交通洞等。

該項施工技術的實施取得了較好的效果，其在水利工程建設領域具有推廣意義，在城市地下交通領域也具有良好的推廣應用前景。