摘" 要：該文對旋挖鉆機在水利工程豎井施工中的應(yīng)用進行深入研究，詳細探討其施工工藝、優(yōu)勢及效果。通過在貴州省黔西南州納達水庫運用旋挖鉆機進行豎井施工的實踐，對其運用技術(shù)和施工安全措施進行探索和總結(jié)。實踐表明，旋挖鉆機具有較高的施工效率和安全性，能夠顯著提高豎井施工的效率和質(zhì)量。因此，旋挖鉆機在水利工程豎井施工中具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機；水利工程；豎井；應(yīng)用技術(shù)；施工安全

中圖分類號：TU753.3" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0180-04

Abstract： This paper conducts an in-depth study on the application of rotary drilling rigs in shaft construction of water conservancy projects， and discusses its construction technology， advantages and effects in detail. Based on its application practice of using rotary drilling rigs for shaft construction in Nada Reservoir， Qianxinan Prefecture， Guizhou Province， its application technology and construction safety measures are explored and summarized. Practice has shown that rotary drilling rigs have high construction efficiency and safety， and can significantly improve the efficiency and quality of shaft construction. Therefore， rotary drilling rigs have wide application prospects in the construction of water conservancy projects.

Keywords： rotary drilling rig; water conservancy engineering; shaft; application technology; construction safety

豎井被廣泛應(yīng)用于水利水電工程的取水、引水、通排風(fēng)、溜渣和補氣，在引水豎井、閘門井、調(diào)壓井、出線井和通風(fēng)井等建筑物中都有應(yīng)用[1-3]。豎井施工具有深度大，施工空間小，地質(zhì)復(fù)雜，登高及臨邊作業(yè)多，通行不便等特點。豎井施工的難度大，安全風(fēng)險突出。

水利水電工程的豎井由于斷面面積大，開挖深度較深。開挖一般采用貫通導(dǎo)井后自上而下進行擴大開挖的方法。導(dǎo)井的傳統(tǒng)開挖方法有正井法，正、反井相結(jié)合開挖，深孔爆破法，吊罐法，爬罐法。這些開挖方法都需要作業(yè)人員進入導(dǎo)井內(nèi)施工，安全風(fēng)險大，近年來已經(jīng)很少采用。隨著我國工程機械行業(yè)的大力發(fā)展，20世紀90年代初從煤炭行業(yè)引進了反井鉆機開挖導(dǎo)井。它具有速度快、安全性好等優(yōu)點，但反井鉆機也存在市場上可用設(shè)備數(shù)量少，設(shè)備裝拆繁瑣，臨建準備時間長，施工費用較高等缺點。

為了解決這些問題，興義市納達水庫輸水隧洞閘門井施工嘗試采用建筑行業(yè)中常見的旋挖鉆機進行導(dǎo)井開挖，取得了較好的效果。旋挖鉆機是一種自帶動力的自行式大型鉆機，可配備多種鉆頭適用于各種地質(zhì)情況[4]。它采用多層伸縮式鉆桿，不需要泥漿循環(huán)排渣，具有成孔速度快、污染少、機動性強等優(yōu)點[5-6]。本工程采用的為SR360R型旋挖鉆機，設(shè)備參數(shù)見表1。

1" 工程概況及地質(zhì)條件

1.1" 工程概況

興義市納達水庫總庫容1 076.8萬m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為III等。工程由水源工程和供水灌溉工程兩部分組成。水源工程主要建筑物包括瀝青心墻混合土石壩、左岸溢洪道、右岸輸水隧洞等。

輸水隧洞是連接水庫和輸水管道的主要建筑物，進口距離大壩壩坡腳約200 m，軸線平面走向為SE150.40°轉(zhuǎn)SE113.63°，轉(zhuǎn)彎半徑50 m，轉(zhuǎn)彎角度36.78°。隧洞包括進口段、閘門井段、洞身段、出口段，隧洞全長691.75 m。輸水隧洞斷面采用城門洞形，尺寸（寬×高）為2 m×2 m。

閘門井位于靠輸水隧洞進口側(cè)，深度為34.2 m。采用受力條件好的圓形豎井，內(nèi)設(shè)檢修閘門1道，孔口尺寸為2.0 m×2.0 m（寬×高），門槽寬0.75 m，兩側(cè)二期混凝土尺寸為0.5 m×0.5 m。豎井直徑為5.2 m，上部結(jié)構(gòu)平面尺寸7.2 m×7.2 m。檢修閘門后設(shè)置1.05 m×2 m（順?biāo)飨蜷L度×垂直水流向?qū)挾龋┑耐膺M人孔。閘門井底板高程1 004.96 m，寬6.0 m，長6.0 m，厚1.0 m。前后分別以5 m長的漸變段連接隧洞洞身段。典型斷面如圖1所示。

1.2" 地質(zhì)條件

輸水隧洞位于水庫右岸，閘門井位于靠輸水隧洞進口側(cè)。豎井在明挖出來的施工作業(yè)平臺上進行洞挖。豎井圍巖為細砂巖夾泥質(zhì)灰?guī)r或互層，巖層陡傾，以Ⅲ、Ⅳ類圍巖為主。其中強風(fēng)化厚度為15 m，弱風(fēng)化厚度為19.2 m。弱風(fēng)化巖石屬硬巖夾軟巖，完整性較好。豎井全部位于地下水位以上。豎井巖體的主要物理性能指標(biāo)，見表2。

2" 施工工藝

2.1" 施工工藝總體原則

豎井采用“先導(dǎo)井后擴挖”的開挖方法，即先沿豎井設(shè)計開挖軸線掘進一導(dǎo)井，然后再爆擴至設(shè)計輪廓線的施工方法。導(dǎo)井在底部平洞施工后進行，采用旋挖鉆機成孔（1.5 m孔徑）；豎井?dāng)U挖在底部平洞施工完畢后進行，采用手風(fēng)鉆鉆鉆孔，爆破后用人工將爆渣扒入導(dǎo)井，從井底再用機械裝運利用平洞出碴。

豎井?dāng)U挖及下部閘室砼澆筑完成后，在豎井底部搭設(shè)鋼管腳手架作為施工平臺自下而上逐層澆筑豎井砼，每層2 m，共計澆筑15次（每澆筑1倉需3天）。

2.2" 施工工藝流程

施工準備→先導(dǎo)井施工→豎井分層全斷面擴挖及砼噴支護（由上至下進行、每層厚度1～2 m）→輸水隧洞閘室段擴挖、襯砌→搭設(shè)鋼管腳手架→鋼筋制作安裝→豎井混凝土襯砌（由下至上分層進行、每層2 m）。

2.2.1" 施工準備

詳細掌握設(shè)計文件及各項相關(guān)設(shè)計內(nèi)容，熟悉周圍施工環(huán)境。根據(jù)設(shè)計要求，合理布置好施工現(xiàn)場，保證施工現(xiàn)場整潔，各種材料堆放合理，并做到文明施工。

施工準備及施工過程中，應(yīng)熟悉勘測設(shè)計單位所提交的樁號，在施工現(xiàn)場布設(shè)測量控制網(wǎng)，測量放樣確定開挖邊線和豎井中心線。

2.2.2" 先導(dǎo)井施工

經(jīng)過查詢后，興義市無反井鉆機設(shè)備，興義市內(nèi)附近工地有一SANY-SR360R型旋挖機，鉆孔直徑1.5 m，最大鉆孔深度50 m，配備專業(yè)操作人員。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，先導(dǎo)井采用旋挖鉆成孔，目前輸水隧洞已經(jīng)貫通，在先導(dǎo)井施工過程中，輸水隧洞內(nèi)閘門井段封閉交通，除了出渣作業(yè)外，禁止施工人員和車輛通過。

1）測量放線。根據(jù)提供的測量基線和水準點，采用極坐標(biāo)法放出豎井中心線，先導(dǎo)井孔位中心點的放樣誤差控制在20 mm范圍內(nèi)。

2）鋼護筒制作與埋設(shè)。施工鋼護筒采用不小于δ6 mm的鋼板制作；卷制成大于孔徑20 cm的護筒，高2.5 m。為增加其剛度以防止變形，在護筒上下端和中部的外側(cè)各焊一道加勁肋，護筒焊接嚴實。

施工時在豎井中心處開挖出一個比護筒外徑大80 cm的圓坑，坑底整平后，通過定位的控制樁放樣，把鉆孔的中心位置標(biāo)于坑底。再把護筒吊放進坑內(nèi)，找到護筒的中心位置，用十字線定位在護筒底部，然后移動護筒，使護筒中心與鉆孔中心位置重合，同時用水平尺或鉛球檢查，使護筒豎直。此后，即在護筒周圍對稱、均勻地回填最佳含水量的黏土，要分層夯實，達到最佳密實度。夯填時要防止護筒偏斜。護筒埋設(shè)高出地面0.3 m，護筒埋設(shè)應(yīng)準確、穩(wěn)定，護筒中心與孔位中心的偏差不得大于5 cm，護筒的傾斜度不大于1%，入土深度不小于1.5 m。

3）鉆機就位與調(diào)試。履帶式旋挖鉆機自行行走就位。鉆機就位做到場地平整，虛土填實，并在鉆機位置鋪設(shè)鋼板墊底。鉆孔前，鉆具對準孔位中心，機臺平整度和垂直度可通過鉆機自動安平系統(tǒng)調(diào)整。保持鉆機垂直穩(wěn)固、位置準確，防止因鉆桿晃動引起孔徑擴大。另外，在鉆機對中整平后，在樁孔邊設(shè)立尺寸標(biāo)志，以便于每次鉆進后的復(fù)位對中，并安排專人在鉆機前指揮。

4）成孔施工。采用干挖法、旋挖式鉆孔工藝，開始鉆孔時，稍提鉆桿，在護筒內(nèi)慢速旋轉(zhuǎn)，鉆至護筒腳下1.0 m后，按正常速度鉆進。當(dāng)鉆斗被旋轉(zhuǎn)擠滿鉆碴后，停止下壓及回旋，逆時針方向轉(zhuǎn)動動力頭，稍向下送行，關(guān)閉鉆頭回轉(zhuǎn)底蓋。上提鉆斗時緩慢進行，防止提速過快，鉆頭碰撞孔壁，提離孔口后，鉆機自身旋轉(zhuǎn)至孔口卸碴場地，用動力頭頂壓頂桿，將底蓋打開，傾卸鉆碴，然后關(guān)閉底蓋，旋回孔位，對準孔位，慢慢將鉆斗放至孔底，繼續(xù)鉆進。

在鉆進過程中，注意地層變化，對不同的土層，采用不同的鉆頭和不同的鉆進速度。當(dāng)遇到上部土層為全風(fēng)化層，可采用筒式鉆頭鉆進；當(dāng)鉆至強風(fēng)化巖層時，采取筒式鉆頭鉆進；當(dāng)鉆至硬砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖時，若筒式鉆頭難于鉆進，可選用截齒鉆頭將巖石破碎，而后采用筒式鉆頭撈取巖石碎屑，如此交替反復(fù)，直至終孔。

成孔過程中要認真填好鉆孔記錄表，要求將各地層分層情況如實記錄，鉆進中發(fā)生的其他情況也要如實記錄在施工日志上。

3" 施工效果

納達水庫豎井開挖施工過程中先后采用2種施工方法進行開挖施工。一是采用貫通導(dǎo)井后自上而下進行擴大開挖的方法，這種方法需要人進入導(dǎo)井進行施工作業(yè)，安全風(fēng)險較高，施工效率較低。二是采用先導(dǎo)井后擴挖的方法。施工過程中發(fā)現(xiàn)地層松散，反循環(huán)清孔后混凝土灌注嚴重超量，不僅加大了施工成本，而且降低了施工效率。根據(jù)設(shè)計要求，認真研究施工區(qū)域地層特性，對水質(zhì)進行化驗，選定泥漿配方，制定維護措施，施工的先導(dǎo)井沒有進行二次清孔，各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求，提高了施工效率，確保了工程質(zhì)量，節(jié)省了施工成本，得到了甲方及監(jiān)理的一致認可。

4" 問題與探討

豎井強風(fēng)化段擴挖時可采用先導(dǎo)孔擴挖的旋挖鉆機進行，也可采用傳統(tǒng)鉆爆法進行。旋挖鉆施工適度較快，超欠挖控制較好。但由于強風(fēng)化段圍巖較差，為保證安全，進尺1.0 m后就進行井壁支護，強風(fēng)化段長14.0 m，錨桿加上C25砼井壁支護作業(yè)循環(huán)最快為2天，整個強風(fēng)化段，支護施工時間為28天；旋挖完成1.0 m范圍內(nèi)擴挖僅需3 h，等待支護完成后方可進行再次作業(yè)，旋挖鉆機械利用效率不高，輸水隧洞原有專業(yè)隧洞開挖人員及設(shè)備，整體比較后采用鉆爆法施工。

反井鉆機和旋挖鉆機的對比。反井鉆機主要應(yīng)用于地下井筒建設(shè)中，市場上數(shù)量較少，可供選擇的不多。旋挖鉆機市場上數(shù)量較多，可廣泛用于中小型水利工程豎井的導(dǎo)井開挖施工，局限性為高度大，作業(yè)平臺要求高，道路要求高。

5" 結(jié)束語

綜上所述，本文主要闡述了旋挖鉆機在水利工程豎井施工中的應(yīng)用情況，并介紹了其在豎井施工中的施工工藝和施工效果，對其應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進行了分析和探討，更好促進旋挖鉆成孔技術(shù)越來越成熟的發(fā)展，也能夠擴大旋挖鉆機在水利工程豎井施工中的有效利用，保證了豎井的施工質(zhì)量，也提高了豎井的施工效率。

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