古顯奎，陳洪波，吳方明

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概況

毛爾蓋水電站調(diào)壓井工程開(kāi)挖直徑26.3 m，井身開(kāi)挖高度171 m，內(nèi)徑22 m，井筒采用鋼筋混凝土襯砌，厚2 m。調(diào)壓井井口以下0～30 m段為強(qiáng)卸荷巖體，巖體松弛，完整性差，呈碎裂結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu)，圍巖極不穩(wěn)定，圍巖類(lèi)別為Ⅴ類(lèi);井口以下30～70 m段為弱風(fēng)化巖體，巖體較破碎，呈鑲嵌-碎裂結(jié)構(gòu)，圍巖不穩(wěn)定，以Ⅳ類(lèi)圍巖為主;井口以及70～171 m段為微新巖體，巖體完整性為中等，呈塊裂-鑲嵌結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性差，以Ⅲ-2類(lèi)圍巖為主。調(diào)壓井以Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖為主，加之圍巖受“5.12”汶川地震及余震影響，地質(zhì)條件惡化，巖面裂隙張開(kāi)且存在擠壓破碎帶和軟弱夾層，其抗剪強(qiáng)度均較低，圍巖穩(wěn)定性較差，從而對(duì)施工和圍巖穩(wěn)定控制方法的要求高。

2 施工中遇到的主要技術(shù)難點(diǎn)

(1)破碎圍巖調(diào)壓井井周預(yù)固結(jié)灌漿及錨筋束加固技術(shù)。

(2)不良地質(zhì)情況下的導(dǎo)井?dāng)U挖技術(shù)。

(3)破碎圍巖深大調(diào)壓井平面多分區(qū)短臺(tái)階擴(kuò)挖施工技術(shù)。

(4)深井安全通道下井技術(shù)。

(5)深井混凝土直溜系統(tǒng)技術(shù)。

(6)破碎圍巖深大調(diào)壓井倒掛混凝土快速施工技術(shù)。

3 采用的主要施工方法與對(duì)策

針對(duì)毛爾蓋水電站調(diào)壓井工程施工質(zhì)量要求高、地質(zhì)條件復(fù)雜、安全問(wèn)題突出、工期緊張等實(shí)際情況，通過(guò)認(rèn)真研究，最終決定采用的具體方法與對(duì)策如下。

3.1 預(yù)加固技術(shù)

(1)后邊坡錨固技術(shù)。

毛爾蓋水電站調(diào)壓井后邊坡高100 m，設(shè)有二級(jí)馬道，采用錨噴支護(hù)+框格梁混凝土+預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和驗(yàn)收，調(diào)壓井工程的整個(gè)后邊坡支護(hù)工程被評(píng)定為優(yōu)良工程。

(2)井口鎖口鋼筋混凝土加固技術(shù)。

為提高井周巖體的自穩(wěn)能力，保證井體開(kāi)挖施工安全，對(duì)井周進(jìn)行了預(yù)固結(jié)灌漿并安設(shè)了錨筋樁。所采取的措施是在井體開(kāi)挖線以外7 m范圍內(nèi)先澆筑3.5 m厚的蓋重混凝土，并使之與鎖口混凝土形成整體(圖1)。

圖1 井臺(tái)加固結(jié)構(gòu)示意圖

(3)井周預(yù)加固技術(shù)。

在井口周圈3.5 m范圍內(nèi)布置了兩排深超前預(yù)固結(jié)灌漿孔，井壁外圍灌漿孔布置情況為:以調(diào)壓豎井中心為圓心，分別以14.5 m、16 m為半徑布置灌漿孔，孔距1.5 m。灌漿完成后在灌漿孔中安裝錨筋束，內(nèi)圈為 2φ32，外圈為 1φ32，L=70～80 m。錨筋束的連接采用套筒連接方式。

3.2 不良地質(zhì)情況下的導(dǎo)井?dāng)U挖技術(shù)

井周條件決定了調(diào)壓井工程只能采取自上而下的溜渣導(dǎo)井法開(kāi)挖。選用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井施工，成井直徑為1.4 m。為進(jìn)一步擴(kuò)大溜渣能力，加快開(kāi)挖進(jìn)度，降低開(kāi)挖成本，需擴(kuò)挖溜渣導(dǎo)井。

(1)導(dǎo)井?dāng)U大前的準(zhǔn)備工作。

先對(duì)導(dǎo)井周?chē)?.5 m直徑 范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿，使φ4 m范圍內(nèi)巖體的強(qiáng)度提高，完整性增強(qiáng)，為導(dǎo)井創(chuàng)造了有利的成井條件。在完成φ1.4 m的導(dǎo)井開(kāi)挖工作后拆除反井鉆機(jī)，安裝一臺(tái)起重力為3 t的卷?yè)P(yáng)機(jī)和一套上下全封閉的施工作業(yè)吊籠，形成人工擴(kuò)大導(dǎo)井的施工條件。圖2為施工吊籠結(jié)構(gòu)圖(注:制作吊籠的鋼筋只能用圓鋼而不能用螺紋鋼筋)。

圖2 施工吊籠結(jié)構(gòu)圖

(2)開(kāi)挖導(dǎo)井實(shí)施的安全措施。

由專(zhuān)人指揮，定時(shí)定點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)檢查。下井人員不能超過(guò)2人，采用雙保險(xiǎn)作業(yè)。下井人員必須配戴安全勞動(dòng)保護(hù)用品，同時(shí)，在井口上系好安全繩，采用程控電話加對(duì)講機(jī)雙系統(tǒng)指揮作業(yè)人員。

(3)導(dǎo)井鉆孔方式。

導(dǎo)井?dāng)U挖由下至上，采用1 m淺孔爆破。鉆孔采用YT28手風(fēng)鉆，鉆孔角度與水平方向成60°夾角。毛爾蓋水電站調(diào)壓井171 m深的導(dǎo)井鉆孔一次性完成，采用“魚(yú)鱗背”形式的鉆孔方式。

(4)導(dǎo)井爆破方法。

爆破方式采用由下至上、分梯段爆破，每20 m作為一爆破梯段，爆破渣料可直接落入大井下部，方便除渣，循環(huán)時(shí)間很短，有利于大井的快速擴(kuò)挖。

3.3 大井開(kāi)挖施工的關(guān)鍵技術(shù)

(1)開(kāi)挖方法及宗旨。

井身擴(kuò)挖及支護(hù)原則:以“認(rèn)識(shí)圍巖、保護(hù)圍巖、支護(hù)圍巖、監(jiān)測(cè)圍巖”為宗旨。圍巖類(lèi)別以地質(zhì)雷達(dá)超聲波預(yù)報(bào)通知單為準(zhǔn)。施工過(guò)程中采用立面分層、平面分區(qū)、現(xiàn)代215－7反鏟下臥扒渣、開(kāi)挖、支護(hù)與圍巖監(jiān)測(cè)及時(shí)跟進(jìn)的綜合施工方法(圖3)。

圖3 調(diào)壓井井身擴(kuò)挖示意圖

圖4 調(diào)壓井分區(qū)及爆破設(shè)計(jì)示意圖

(2)開(kāi)挖分區(qū)及爆破設(shè)計(jì)。

開(kāi)挖順序是保證開(kāi)挖作業(yè)順利進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開(kāi)挖順序系根據(jù)各豎井的具體地質(zhì)情況確定。大井采用立面分層、平面分區(qū)的溜渣法自上而下開(kāi)挖，每層分兩區(qū)四塊，鉆孔與扒渣輪流作業(yè)。周邊采用光面控制爆破技術(shù)，詳見(jiàn)調(diào)壓井分區(qū)及爆破設(shè)計(jì)示意圖(圖4)。

(3)開(kāi)挖與支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。

爆破后先撬除松動(dòng)巖塊，再進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)加倒掛混凝土施工，每向下擴(kuò)挖一層，先跟進(jìn)臨時(shí)支護(hù)，再進(jìn)行倒掛混凝土襯砌支護(hù)，全圓分塊(平面上將井圈分為4倉(cāng)，每周圈作一次錯(cuò)縫施工)，混凝土襯砌滯后開(kāi)挖約0.5～1 m，開(kāi)挖一層，及時(shí)支護(hù)一層，支護(hù)順序?yàn)?→2→3→4(上部70 m井筒進(jìn)行倒掛混凝土襯砌支護(hù))。

(4)導(dǎo)井安全防護(hù)措施。

嚴(yán)禁直接將超徑塊石推入導(dǎo)井。將最大尺寸為導(dǎo)井直徑1/2～2/3的塊石分別下溜，對(duì)于大于2/3導(dǎo)井直徑的則留在臺(tái)階上，待下茬炮破解后下溜;控制溜渣速度;在導(dǎo)井進(jìn)口處設(shè)鋼筋網(wǎng)防護(hù)罩，防止人機(jī)墜入。

(5)快速扒渣技術(shù)。

采用從井口開(kāi)始，直接讓反鏟駛進(jìn)井內(nèi)、設(shè)置防護(hù)罩下臥的方式進(jìn)行快速扒渣，隨大井開(kāi)挖下臥，最后從井底安全出井。

3.4 支護(hù)技術(shù)

(1)Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖支護(hù)。

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖支護(hù):采用設(shè)計(jì)方案中的永久支護(hù)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴C20混凝土厚10 cm+倒掛0.8 m混凝土聯(lián)合支護(hù)，水平固結(jié)灌漿孔采用φ60鋼管預(yù)埋跟進(jìn)的施工方法。

(2)Ⅲ類(lèi)圍巖支護(hù)。

支護(hù)順序?yàn)?設(shè)計(jì)錨桿+噴混凝土厚15 cm+超前小導(dǎo)管+局部3×φ28，L=9 m的錨筋束聯(lián)合永久支護(hù)的方法組織施工，以確保調(diào)壓井開(kāi)挖期間的安全。聯(lián)合支護(hù)順序?yàn)?→2→3→4與開(kāi)挖順序同步組織施工，施工期間作好井壁變形觀測(cè)。

(3)圍巖加固技術(shù)。

巖體陡傾結(jié)構(gòu)發(fā)育，與調(diào)壓井中心線夾角較小。由于層面與裂隙的不利組合，具有易產(chǎn)生“楔”型塊體失穩(wěn)及滑移破壞的特點(diǎn)，開(kāi)挖時(shí)易造成大塌方，加之圍巖受“5.12”汶川地震及余震影響，地質(zhì)條件惡化，巖面裂隙張開(kāi)，整體穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，施工時(shí)利用局部增加的錨筋束孔及超前小導(dǎo)管孔對(duì)開(kāi)挖區(qū)井壁進(jìn)行了預(yù)加固灌漿，灌漿壓力控制在0.5 MPa范圍以內(nèi)。

(4)支護(hù)優(yōu)化。

通過(guò)反復(fù)論證及分析，施工中將調(diào)壓井下部設(shè)計(jì)的L=9 m錨桿φ32@1.5 m×1.5 m 永久錨桿優(yōu)化為間排距3 m×3 m φ32 L=9 m錨桿噴錨支護(hù)，節(jié)省了9 m長(zhǎng) 錨 桿1000根，減 少 造 孔9000 m，毛爾蓋水電站調(diào)壓井月開(kāi)挖強(qiáng)度達(dá)到20 m的創(chuàng)新記錄。

3.5 施工安全通道技術(shù)

運(yùn)用施工現(xiàn)場(chǎng)自制的“旋轉(zhuǎn)樓梯”下井，采用可回收的鋼筋制作旋轉(zhuǎn)樓梯，按俯角40°下臥，利用預(yù)埋鋼筋和錨桿加固焊接完成，跟進(jìn)倒掛混凝土及開(kāi)挖支護(hù)同步作業(yè)完成。樓梯寬度設(shè)為0.8 m，護(hù)欄高1.2 m，護(hù)欄外側(cè)與樓梯底面均采用鋼筋網(wǎng)加安全網(wǎng)封閉。在倒掛混凝土中預(yù)埋φ32鋼筋并外露0.8 m為樓梯架力筋，無(wú)倒掛混凝土部分直接使用系統(tǒng)錨桿為架立筋，旋轉(zhuǎn)樓梯每一周圈設(shè)置一個(gè)休息平臺(tái)，詳見(jiàn)旋轉(zhuǎn)樓梯布置圖(圖5)。

3.6 混凝土快速入倉(cāng)技術(shù)

根據(jù)毛爾蓋水電站調(diào)壓井工程的特點(diǎn)，在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)并取得成功后，采用了從井邊布置一臺(tái)(套)HZS60拌合站、8 m3混凝土罐車(chē)運(yùn)輸車(chē)沿井圈水平運(yùn)輸混凝土至受料斗、經(jīng)過(guò)多個(gè)套接式混凝土溜管緩沖器(直徑為200 mm鋼管)形成直溜系統(tǒng)入倉(cāng)的方式?；炷林绷锵到y(tǒng)由進(jìn)料系統(tǒng)、溜送系統(tǒng)、分料系統(tǒng)組成。為了控制混凝土的溜送速度，確保直溜混凝土速度受控、不離析，施工中經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，研制開(kāi)發(fā)了套接式混凝土溜管緩沖器。

4 結(jié)語(yǔ)

圖5 旋轉(zhuǎn)樓梯布置圖

毛爾蓋水電站調(diào)壓井工程開(kāi)挖空間尺寸巨大，容積為63862.3 m3。根據(jù)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)報(bào)告及四川省科學(xué)技術(shù)信息研究所查新資料表明:毛爾蓋水電站調(diào)壓井是目前施工中容積最大的“亞洲第一井”。依托該工程，開(kāi)展了毛爾蓋水電站深大調(diào)壓井快速開(kāi)挖、支護(hù)施工技術(shù)研討，采用了先進(jìn)的技術(shù)手段和理論分析方法，成功地運(yùn)用了井周預(yù)加固技術(shù)、導(dǎo)井?dāng)U大開(kāi)挖技術(shù)、旋轉(zhuǎn)樓梯下井技術(shù)、平面多分區(qū)短臺(tái)階擴(kuò)挖施工技術(shù)、快速扒渣技術(shù)、圍巖加固技術(shù)、超高落距混凝土直溜系統(tǒng)、套接式混凝土溜管緩沖器技術(shù)，從而保證了施工安全和施工質(zhì)量，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，同時(shí)加快了施工進(jìn)度，井筒開(kāi)挖完成時(shí)間比合同工期提前了263 d，比要求的控制工期提前了139 d，預(yù)計(jì)工程建設(shè)工期為965 d，工期將縮短110 d。該調(diào)壓井的快速施工，為毛爾蓋水電站工程汛前蓄水奠定了基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)將取得4435萬(wàn)元的提前發(fā)電效益，減少施工成本99.5萬(wàn)元。3臺(tái)機(jī)組提前發(fā)電將多產(chǎn)生出清潔電力14784萬(wàn)kW·h，相當(dāng)于減少標(biāo)準(zhǔn)煤用量1.9萬(wàn)t，取得了巨大的環(huán)保效益。因此，開(kāi)展破碎圍巖深大調(diào)壓井快速施工技術(shù)研究是十分必要的，具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。