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        隧洞進(jìn)口端變截面豎井正井法開挖技術(shù)

        2022-12-20 03:45:26郭廷凱
        小水電 2022年6期
        關(guān)鍵詞:施工

        文 林,郭廷凱

        (中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司,浙江 杭州 310005)

        0 引 言

        當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外隨著水庫(kù)及供水工程建設(shè)的不斷發(fā)展,施工工作周圍環(huán)境多樣復(fù)雜,豎井結(jié)構(gòu)越來越多樣化,豎井的施工方法也隨之變化;選擇合適且高效的豎井開挖施工方案越來越重要,故對(duì)豎井的施工提出了新要求。針對(duì)豎井的截面及開挖深度,采取相應(yīng)的施工方法,許多研究者進(jìn)行了相關(guān)研究。

        曲勝輝[1]等人針對(duì)豎井深為72.5 m的矩形斷面(12.2 m×10.45 m)豎井,提出采用“正井全斷面爆破法”進(jìn)行施工,在施工質(zhì)量上效果顯著。張峰[2]針對(duì)豎井深為283.92 m的圓形斷面(直徑5.5 m)豎井,提出采用“正井爆破法”和“反井鉆導(dǎo)井+人工鉆爆擴(kuò)挖法”相結(jié)合的施工方法,在施工進(jìn)度方法效果顯著。丁國(guó)斌[3]針對(duì)豎井深為292.5 m的圓形斷面(直徑5.8 m)豎井,提出采用“反井鉆導(dǎo)井+人工鉆爆擴(kuò)挖法”進(jìn)行施工,在施工效率和成本上效果顯著。對(duì)于圓形截面的豎井施工,彭愛華等人[4]針對(duì)開挖深度小于100 m的排風(fēng)豎井;李艷[5]針對(duì)開挖深度100~200 m的排風(fēng)豎井;吳登明等人[6_7]針對(duì)開挖深度大于200 m的超深排風(fēng)豎井,均提出了采用“反井鉆導(dǎo)井+人工鉆爆擴(kuò)挖法”進(jìn)行施工,降低出碴強(qiáng)度﹐提升施工效率,施工應(yīng)用效果顯著。孟繼承[8]等人針對(duì)豎井深為188 m的圓形斷面(直徑7.8 m)豎井,提出采用“SBM開挖法”進(jìn)行施工,大大提高了施工效率。Liu[9]針對(duì)超深豎井(800~1 000 m)的圓形斷面(直徑5.8 m)豎井,提出采用豎井掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工,降低施工成本,保護(hù)施工環(huán)境,縮短施工工期。

        1 工程概況

        浙江省溫州市泰順縣某隧洞進(jìn)口端的通風(fēng)豎井位于上游北側(cè)約33 m位置,豎井頂部為EL587 m平臺(tái),豎井段長(zhǎng)度為84.2 m。由于豎井段存在上、下層取水隧洞及豎井段的截面形狀變化,豎井圍巖等級(jí)大多為Ⅲ、Ⅳ級(jí),故將豎井段分為33 m和51.2 m兩段:豎井進(jìn)口至上層取水隧洞(EL587—EL554),上層取水隧洞至下層取水隧洞(EL554—EL502.8)。

        2 施工方案比選

        目前豎井開挖在施工過程中主要有3種施工方式,分別是正井鉆爆法、反井鉆導(dǎo)井+人工鉆爆擴(kuò)挖法和SBM開挖法。正井鉆爆法是在豎井口布置提升吊掛等設(shè)備,采用人工鉆孔光面爆破,自上而下一次性全斷面開挖;反井鉆導(dǎo)井+人工鉆爆擴(kuò)挖法是先采用反井鉆進(jìn)行施工導(dǎo)井,然后正向人工鉆爆進(jìn)行擴(kuò)挖[10_12];SBM開挖法主要采用豎井掘進(jìn)機(jī)自上到下一次性全斷面開挖。

        根據(jù)本工程的施工環(huán)境特點(diǎn)、施工工程量及施工成本等情況進(jìn)行綜合考慮,現(xiàn)針對(duì)3種施工方案進(jìn)行對(duì)比分析,最終選擇適合本工程的施工方案——正井鉆爆法,主要原因如下:

        (1)從施工開挖流程上考慮(見圖1),采用SBM是施工安全、施工效率最高的方法;但若本工程采用SBM施工,會(huì)大大增加施工成本,造成“大材小用”的現(xiàn)象。

        (2)本工程目前上層取水隧洞還沒打通,不適用于“反井鉆導(dǎo)井+人工鉆爆擴(kuò)挖法”施工方案,不滿足反井開挖出碴條件。若采用反井法施工需要先將下層取水隧洞打通,但這樣則無(wú)法滿足施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)及總進(jìn)度工期要求。

        (3)根據(jù)本工程地質(zhì)監(jiān)測(cè),豎井上游隧洞、豎井及漸變段為Ⅲ,Ⅳ類圍巖,豎井開挖主要為6 362.38 m3的石方工程量,相對(duì)工程量較小,工程造價(jià)成本低,正井法相比其他兩種施工方案的整體設(shè)備費(fèi)用較低、綜合經(jīng)濟(jì)效益較高。

        3 正井鉆爆法施工技術(shù)

        為確保豎井口范圍內(nèi)安全施工區(qū)域,開挖支護(hù)前,將周圍邊坡和平臺(tái)外圍結(jié)構(gòu)防護(hù)施工全部完成;同時(shí)將風(fēng)、水、電等布置完成,為正井施工提供安全可靠的施工作業(yè)面。正井鉆爆法即采用人工鉆孔爆破,自上而下全斷面一次施工完成,在豎井上部布置35 t吊機(jī)用于人材的運(yùn)輸及石碴的出碴。

        3.1 井位放樣

        豎井每層開挖前,測(cè)量人員精確放樣出開挖輪廓線及爆孔布置點(diǎn),為開挖提供有利的施工條件。同時(shí),布置2~4臺(tái)激光垂準(zhǔn)儀安裝在豎井的夾角上進(jìn)行成形井位的校核,從而保證豎井開挖斷面滿足設(shè)計(jì)要求。

        3.2 井口開挖鎖護(hù)施工

        豎井全斷面開挖之前,為避免豎井基礎(chǔ)的振動(dòng)破壞,先井口開挖鎖護(hù)進(jìn)行施工。井口開挖時(shí)首先利用YT—28手風(fēng)鉆進(jìn)行人工造孔,采用光面爆破方法開挖,最后反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行出碴,全斷面一次完成鎖口垂直段開挖(EL587~EL586)。鎖口開挖完成后在鎖口開挖輪廓面上先打入錨桿(三級(jí)鋼22、L=4.5 m、間距1 m) ,然后及時(shí)施工鎖口圈混凝土;鎖口圈混凝土采用整體澆筑進(jìn)行鎖口防護(hù)。

        為有效攔截豎井井口周圍水,確保鎖口段施工安全,鎖口頂部凸出50 cm ,即頂部標(biāo)高平臺(tái)為EL587.5,并采用C25混凝土澆筑鎖口。同時(shí),為有效攔截豎井井口周圍石碴,對(duì)豎井10 m范圍內(nèi)地面采用C15混凝土進(jìn)行硬化,厚度為20 cm 。

        3.3 豎井全斷面開挖施工

        完成井口開挖鎖護(hù)施工后,在豎井上部布置35 t吊機(jī)等設(shè)備,完成調(diào)試后,方可對(duì)豎井進(jìn)行全斷面開挖。

        豎井均為異型斷面且分為兩段:豎井進(jìn)口至上層取水隧洞(EL587—EL554)長(zhǎng)33 m,斷面面積為83.4 m2,開挖量為2 735.37 m3;上層取水隧洞至下層取水隧洞(EL554—EL502.8)長(zhǎng)51.2 m,斷面面積為69.2 m2,開挖量為3 543.04 m3。變截面豎井全斷面開挖嚴(yán)格按照正井爆破法施工工藝流程進(jìn)行。

        豎井采用光面爆破開挖,利用YT—28手風(fēng)鉆鉆孔,裝藥、聯(lián)線、起爆均按規(guī)范要求進(jìn)行操作。

        出碴主要是利用平臺(tái)上已經(jīng)安裝調(diào)試好的昂機(jī)吊掛2.0 m3碴斗出碴,人工裝碴,吊機(jī)提升碴斗至井口臨時(shí)堆碴區(qū),再用裝載機(jī)和自卸汽車出碴。

        3.4 豎井支護(hù)施工

        豎井采用“短掘進(jìn)+錨噴”聯(lián)合支護(hù)開挖的循環(huán)方式。在豎井進(jìn)口至上層取水隧洞異型斷面一次掘進(jìn)2.3 m,在上層取水隧洞至下層取水隧洞異型斷面一次掘進(jìn)2.5 m。在完成人工爆破短掘進(jìn)開挖后,及時(shí)采用初噴混凝土來保證圍巖穩(wěn)定,后采用插錨桿、掛鋼筋網(wǎng),噴混凝土聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)。支護(hù)施工參數(shù)主要為:利用YT—28手風(fēng)鉆人工進(jìn)行鉆孔,插入長(zhǎng)為4.5 m的φ28 cm系統(tǒng)錨桿、梅花型布置(@1 500×1 500 mm),錨桿掛鋼筋網(wǎng)(φ8@150 mm×150 mm),噴15 cm厚混凝土,以穩(wěn)定井身圍巖不松散變形,來確保施工安全。

        3.5 施工安全控制措施

        3.5.1 懸掛安全標(biāo)識(shí)、做好防護(hù)措施。

        在豎井口進(jìn)口平臺(tái)四周采用欄桿圍擋,圍擋高度不小于1.2 m,底部50 cm采用全封閉圍檔,在周圍懸掛安全提醒標(biāo)識(shí)。在豎井井口采用1 cm厚鋼板全覆蓋,鋼板下采用16a工字鋼支撐,防止石塊等落入井中對(duì)工作人員及施工設(shè)備造成傷害;豎井中間預(yù)留可開關(guān)挖機(jī)、材料、碴料上下入口,平時(shí)關(guān)閉,上下運(yùn)輸時(shí)打開;兩個(gè)邊角預(yù)留進(jìn)人孔和電纜線、風(fēng)管等進(jìn)品,分開布置,保證施工安全(見圖2)。

        圖1 3種施工方法的施工開挖流程圖

        圖2 防飛石、落石安全措施示意圖

        3.5.2 施工人員保護(hù)

        為確保井內(nèi)作業(yè)人員安全,在豎井口6 m范圍內(nèi)布置帶護(hù)籠的鋼質(zhì)折返梯用于施工人員上下攀爬,并在爬梯旁邊配備2套繩梯,由專業(yè)廠家生產(chǎn)并安裝。

        另外,在靠近爬梯部位,依附爬梯做一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)棚,防護(hù)棚設(shè)計(jì)裝拆方便,隨入井深度進(jìn)行設(shè)置。

        3.5.3 出碴安全保護(hù)

        為保證出碴安全,采取以下措施:

        (1)司機(jī)與裝碴施工人員之間用燈語(yǔ)信號(hào)聯(lián)系,指揮出碴作業(yè)。

        (2)出碴方位靠豎井北側(cè),當(dāng)裝完碴斗后,人員立即向豎井南側(cè)的人員進(jìn)口方位進(jìn)行休息,避免安全事故。

        (3)碴斗在移動(dòng)期間不準(zhǔn)有人走動(dòng),開動(dòng)前施工人員與司機(jī)確定好信號(hào),保證人員安全后方可啟動(dòng)碴斗。

        (4)碴斗采用自制吊桶,裝運(yùn)時(shí)只裝整個(gè)容積的2/3 ,同時(shí)桶口采用安全網(wǎng)密封后,方可吊出。

        3.5.4 通風(fēng)散煙及灑水除塵

        爆破完成后及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)散煙及灑水除塵,等確認(rèn)豎井內(nèi)煙塵完全排凈后方可下井開始施工;如井下環(huán)境發(fā)生變化,立即停止作業(yè),施工人員盡快返回地面,等到環(huán)境有所好轉(zhuǎn)后方可施工。

        3.5.5 爆破后施工安全

        每次爆破完成后,均需專業(yè)安全檢查人員檢查作業(yè)面,并清除豎井四周巖壁上殘留的危石及碎塊,保證人員及設(shè)備的安全;出碴完成后,由專業(yè)人員再次進(jìn)行安全檢查,施工面絕對(duì)安全后繼續(xù)進(jìn)行下一道作業(yè)施工。

        3.5.6 施工照明保護(hù)

        為確保施工期間正常照明,施工人員應(yīng)定時(shí)檢查施工井內(nèi)照明設(shè)備,如有線路老舊或者磨損等問題,及時(shí)進(jìn)行修理。

        3.5.7 井上下應(yīng)急聯(lián)絡(luò)措施

        井下安設(shè)聲光信號(hào)裝置,通過專用信號(hào)電纜與井口信號(hào)房進(jìn)行聯(lián)絡(luò),當(dāng)井下發(fā)生緊急情況,井下指揮員使用固定應(yīng)急電鈴?fù)ㄖ冢陧戔復(fù)瑫r(shí)應(yīng)急燈閃爍。提升機(jī)司機(jī)與井口信號(hào)工和井底信號(hào)工之間配置對(duì)講機(jī),井底信號(hào)工配置口哨。

        3.6 施工質(zhì)量控制措施

        3.6.1 測(cè)量質(zhì)量控制

        (1)由測(cè)量員利用全站儀等儀器進(jìn)行豎井放樣,并采用人工輔助挖掘機(jī)進(jìn)行豎井鎖口開挖施工,達(dá)到指定位置后立即進(jìn)行開挖井壁封閉、鎖口鋼筋綁扎及混凝土澆筑。

        (2)豎井每次循環(huán)開挖均以軸線控制放樣,因此需要在作業(yè)面上標(biāo)定中心位置,以此為參照設(shè)置豎井的輪廓線,進(jìn)行豎井的輪廓開挖。

        3.6.2 爆破開挖質(zhì)量控制

        (1)爆破開挖嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行豎井施工,同時(shí)監(jiān)理做好監(jiān)督管理工作。

        (2)爆破之前做好爆破試驗(yàn),根據(jù)不同圍巖情況對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整,盡最大限度保護(hù)豎井圍巖整體性。

        (3)施工期間密切關(guān)注周圍圍巖的穩(wěn)定情況,并做好其保護(hù)工作,避免對(duì)其破壞,對(duì)施工造成影響。

        4 施工完成情況

        隧洞進(jìn)口端變截面豎井成功運(yùn)用正井爆破開挖施工方法,取得最大月成井30 m,不僅比原計(jì)劃整整提前完成10 d,而且還實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)豎井與取水隧洞同步施工,互不影響;大大減少了人力、物力的投入,降低了施工風(fēng)險(xiǎn),取得了良好的施工效果。

        整個(gè)施工過程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài),未發(fā)生一起質(zhì)量、安全事故,得到參建各方的一致好評(píng)。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        綜上所述,豎井開挖需要根據(jù)具體的施工特點(diǎn)來選擇相適應(yīng)的施工方案,這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)豎井安全高效的開挖。本文依托的變截面豎井采用正井法開挖施工,加快了施工效率,降低了施工成本;同時(shí)采用“短掘進(jìn)+錨噴”聯(lián)合支護(hù)等措施,確保了豎井的施工安全,取得了良好的施工效果。另外,施工人員要嚴(yán)格按照施工技術(shù)及要求,做好施工質(zhì)量控制以及安全控制管理工作,才能有效確保施工效果和施工質(zhì)量。

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