沈波

摘 要：巴基斯坦NJ水電站項(xiàng)目的豎井深353.20 m，且地質(zhì)條件差，屬于典型的不良地質(zhì)條件下的長(zhǎng)深度豎井施工，施工過(guò)程中，安全和質(zhì)量控制難度大。文章從施工工藝選擇、不良地質(zhì)條件下的施工原則和施工程序等方面，對(duì)NJ水電站項(xiàng)目豎井開挖施工實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了介紹，供類似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：不良地質(zhì) 豎井 開挖 施工工藝

中圖分類號(hào)：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）11（b）-0035-02

1 工程概況

巴基斯坦Neelum-Jhelum水電站（N-J水電站）是一座位于巴控克什米爾地區(qū)尼魯姆河上的長(zhǎng)隧洞引水式水電站，總裝機(jī)容量為969 MW。

項(xiàng)目的調(diào)壓豎井上部與引水調(diào)壓洞相連，下部與引水洞以一條55 m長(zhǎng)的下調(diào)壓平洞相連。豎井設(shè)計(jì)開挖斷面為圓形，開挖直徑10.70 m，上井口高程950.00 m，下井口高程596.80 m，豎井深353.20 m，后期鋼筋混凝土全斷面襯砌。

豎井圍巖絕大部分為砂巖、泥質(zhì)砂巖和頁(yè)巖，內(nèi)含石英石脈，巖層傾向?yàn)镹W320-350°，傾角為NE45-86°；砂巖一般比較堅(jiān)硬和新鮮；小規(guī)模的斷層和層間過(guò)渡的泥化夾層較發(fā)育，且伴有豐富的地下水。圍巖中Ⅱ～Ⅲ類圍巖占45%，Ⅳ～Ⅴ類圍巖占55%，整體穩(wěn)定性較差。

2 施工工藝選擇

豎井開挖一般采用的方式是先開挖導(dǎo)井，后擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面。主要的導(dǎo)井開挖方法有反井鉆機(jī)法、爬罐法、吊罐法和普通法等[1]。

由于該項(xiàng)目的圍巖整體穩(wěn)定性較差，豎井?dāng)嗝孑^大，且豎井深度較大，施工難度大，采用一般施工方式安全隱患較大，經(jīng)綜合考慮該豎井的施工特點(diǎn)及施工要求，決定采用反井鉆機(jī)法施工導(dǎo)井，選用BMC400型反井鉆機(jī)，配380 m鉆桿，先開挖直徑為φ1.65 m的導(dǎo)井，再采用鉆爆法自上而下分層將導(dǎo)井?dāng)U挖至設(shè)計(jì)開挖斷面，最后采用滑膜自下而上澆注豎井混凝土。

3 開挖支護(hù)施工

3.1 不良地質(zhì)條件下的施工原則

（1）導(dǎo)孔施工過(guò)程中，及時(shí)采用固壁措施，避免由于巖體破碎塌孔。若遇到100%沖洗水損失時(shí)，可能遇到較大的裂隙或斷層，及時(shí)采用灌漿處理。

（2）為預(yù)防塌方，按照“短進(jìn)尺、弱爆破和強(qiáng)支護(hù)”的原則施工，嚴(yán)格控制擴(kuò)挖循環(huán)進(jìn)尺尺寸，每循環(huán)擴(kuò)挖后必須跟進(jìn)相應(yīng)的噴錨支護(hù)。

（3）避免爆破出現(xiàn)的大塊石堵塞導(dǎo)井，爆破嚴(yán)格遵循“多打孔、少裝藥和周邊光爆”的原則施工，并根據(jù)爆破效果及時(shí)優(yōu)化和完善爆破參數(shù)，控制爆炸粒徑。

3.2 施工程序

該項(xiàng)目豎井施工分3階段進(jìn)行：首先采用反井鉆機(jī)在豎井中心線上開挖一個(gè)直徑φ1.65 m的導(dǎo)井；再采用鉆爆法自上而下分層將導(dǎo)井?dāng)U挖至10.70 m設(shè)計(jì)開挖斷面；最后采用滑膜自上而下澆注豎井混凝土。詳細(xì)施工程序如下。

豎井開挖施工準(zhǔn)備→反井鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工→反井鉆機(jī)安裝調(diào)試→反井鉆機(jī)施工φ270 mm導(dǎo)孔→反井鉆機(jī)反擴(kuò)φ1.65 m導(dǎo)井→豎井?dāng)U挖→擴(kuò)挖提升設(shè)備安裝→豎井終斷面分層擴(kuò)挖支護(hù)施工→豎井施工結(jié)束。

（1）豎井開挖施工準(zhǔn)備。

豎井開挖前完成調(diào)壓隧洞下段開挖支護(hù)和引水調(diào)壓連接洞的開挖支護(hù)工作；對(duì)上井口附近的調(diào)壓隧洞進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)大并加強(qiáng)支護(hù)，對(duì)下井口附近的引水調(diào)壓連接洞圍巖采取加強(qiáng)支護(hù)；做好調(diào)壓隧洞的排水工作，在距離豎井50 m左右，設(shè)置一個(gè)12 m3的集水井；將風(fēng)、水、電等管線接至豎井上井口附近。

（2）測(cè)量放樣。

采用全站儀由專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量，包括豎井中心線、井底高程、設(shè)計(jì)輪廓線、鉆孔孔位和終斷面測(cè)量等。隨著豎井開挖支護(hù)深度增加，在井壁每隔20 m設(shè)一樁號(hào)標(biāo)志。另通過(guò)在豎井上方安裝激光準(zhǔn)直儀聯(lián)合重錘控制豎井開挖的中心偏差，擴(kuò)挖期間用卷尺測(cè)量和控制開挖輪廓線。

（3）反井鉆機(jī)安裝調(diào)試。

清理豎井上井口的松動(dòng)巖石后，在井口中心澆注一個(gè)長(zhǎng)5.4 m、寬2.5 m、厚0.5 m的B級(jí)混凝土基礎(chǔ)，并預(yù)埋固定基座的螺栓。基礎(chǔ)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，安裝反井鉆機(jī)及其附屬設(shè)施。反井鉆機(jī)的安裝必須確保水平精度，以確保導(dǎo)井精度誤差控制在1%以內(nèi)。

（4）導(dǎo)孔鉆進(jìn)施工。

鉆機(jī)安裝調(diào)試就位后，即開始自上而下鉆進(jìn)φ270 mm的導(dǎo)孔。開孔時(shí)采用“短鉆桿、低軸壓、低鉆速和間斷推進(jìn)”的方式，配合使用扶桿器扶住鉆桿和接入穩(wěn)定器保證導(dǎo)向精度。距第一個(gè)穩(wěn)定器7～8 m時(shí)接入第二個(gè)穩(wěn)定器，隨后每隔15～20 m裝一個(gè)穩(wěn)定器[2]。鉆孔深度達(dá)到50 m時(shí)開始啟用液壓減壓鉆進(jìn)系統(tǒng)，隨鉆孔深度的增加，加大減壓壓力，將施加在鉆頭上的軸壓維持在一個(gè)理想值，保持上述方法鉆進(jìn)，直至貫穿連接洞頂拱。

導(dǎo)孔鉆進(jìn)過(guò)程中配備滿足導(dǎo)井施工精度要求的測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜，按照反井鉆機(jī)使用說(shuō)明中的措施糾偏。

（5）導(dǎo)井施工。

導(dǎo)孔鉆通后，換好φ1.65 m擴(kuò)孔刀頭，將擴(kuò)孔刀頭提至欲擴(kuò)巖面，反復(fù)采用“小軸壓、低轉(zhuǎn)速和間斷推進(jìn)”方式，直至巖面全部刮平，即所有滾刀均接觸巖面后，則按正常拉力擴(kuò)孔。對(duì)導(dǎo)井上口的反井鉆機(jī)基座混凝土，刀具無(wú)法擴(kuò)挖時(shí)，再拆除反井鉆機(jī)后改用爆破法挖除。

反擴(kuò)期間落在連接洞底板上的石渣采用3.0 m3側(cè)卸裝載機(jī)挖裝，15 t自卸汽車運(yùn)輸至洞外渣場(chǎng)堆放。

（6）豎井?dāng)U挖。

導(dǎo)井開挖支護(hù)完成后，將豎井?dāng)U挖支護(hù)至設(shè)計(jì)開挖斷面。擴(kuò)挖以導(dǎo)井為中心，采用鉆爆法自上而下分層實(shí)施：上井口4.5 m深度范圍內(nèi)分3層，每層高度1.5 m；中間段分層，每層高度為2.0 m；距離下井口4～5 m范圍內(nèi)只分1層。擴(kuò)挖1層必須跟進(jìn)支護(hù)1層。

采用YT28型氣腿鉆造爆破孔和錨桿孔，孔徑為φ42 mm。豎井鉆孔爆破遵循“多打孔、少裝藥和周邊光爆”原則，降低大塊巖石的產(chǎn)生和保證井壁成型質(zhì)量。

（7）鎖口及提升系統(tǒng)安裝。

在豎井?dāng)U挖至6～8m深度時(shí)，暫停豎井?dāng)U挖，對(duì)豎井井口澆筑一圈鋼筋混凝土進(jìn)行鎖口，避免井口圍巖因沒(méi)有壓重而產(chǎn)生松動(dòng)和滑落。鎖口混凝土高度為2.4 m，厚度0.45 m，混凝土等級(jí)為C級(jí)。

施工材料和機(jī)具上下豎井的提升系統(tǒng)在反井鉆機(jī)拆除后安裝，擴(kuò)挖期間豎井內(nèi)材料和機(jī)具采用集裝箱運(yùn)輸。在施工鎖口混凝土及等待強(qiáng)度期間，安裝人員提升的有軌電梯和人行爬梯。

（8）出渣。

每循環(huán)爆破后，豎井內(nèi)作業(yè)平臺(tái)上的石渣采用0.5 m3反鏟扒渣，石渣通過(guò)導(dǎo)井落入下部的連接洞內(nèi)。待豎井內(nèi)扒渣工作完成，蓋上導(dǎo)井井蓋，再連接洞內(nèi)出渣，出渣采用3 m3裝載機(jī)挖裝，15T自卸汽車運(yùn)輸至洞外渣場(chǎng)棄料或有用料場(chǎng)存放。

（9）支護(hù)。

清理完開挖面浮石、石渣或堆積物，用高壓風(fēng)水沖洗受噴面后，采用混凝土噴射機(jī)對(duì)豎井開挖面噴一層5～6 cm厚的混凝土作為初始支護(hù)。

豎井?dāng)U挖支護(hù)錨桿全部采用L=5 m的全注漿非脹殼式錨桿，環(huán)向間距為1.2 m，豎向間距為1 m。非脹殼式錨桿施工采用“先注漿后插桿”的施工程序。

在開挖過(guò)程中，如遇到較大的裂隙、斷層和較大滲水時(shí)，及時(shí)采用灌漿處理。

（10）混凝土襯砌。

對(duì)于豎井下部井身（高度80 m左右）的混凝土襯砌，利用下方的連接洞作為施工通道，采用豎井滑膜配高壓砼輸送泵機(jī)澆筑；對(duì)于豎井中上部井身（高度為80 m以上部分）的混凝土襯砌，則利用A8支洞和引水調(diào)壓洞下段作為施工通道，采用豎井滑模配BOX管澆筑。

4 質(zhì)量、安全及環(huán)保措施

4.1 質(zhì)量保證措施

（1）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)修改通知及相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工。

（2）采用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和科學(xué)的測(cè)量控制手段，提高測(cè)量精度，每次爆破后均進(jìn)行開挖掘進(jìn)細(xì)部放樣。

（3）在開挖過(guò)程中，根據(jù)圍巖變化情況及修正爆破參數(shù)，在不良地質(zhì)豎井段，采用小藥量爆破，以確保圍巖的穩(wěn)定。

（4）鉆孔嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)鉆爆圖施工，各鉆手分區(qū)、分部位定人定位鉆孔，每排炮按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查。

（5）施工過(guò)程中及時(shí)測(cè)繪開挖斷面，必要時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)，每循環(huán)進(jìn)行測(cè)量放樣時(shí)，均對(duì)上一循環(huán)開挖斷面進(jìn)行規(guī)格檢查，并將超欠挖情況及時(shí)通知鉆爆人員，以便對(duì)鉆孔角度進(jìn)行調(diào)整，減少超挖，對(duì)欠挖部位及時(shí)進(jìn)行處理，確保洞室的開挖尺寸和規(guī)格滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）支護(hù)作業(yè)嚴(yán)格按照有關(guān)的施工規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行。錨桿的安裝方法，包括鉆孔、錨桿固定和注漿工藝，均須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量人員的檢查。

4.2 安全保證措施

（1）為防止洞室坍塌，開挖不良地質(zhì)段時(shí)，按照“先超前支護(hù)、短進(jìn)尺（L≤2.0 m）開挖、弱爆破和一掘一支護(hù)”的原則施工，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

（2）在不良地質(zhì)豎井段開挖支護(hù)施工過(guò)程中，必須加強(qiáng)井內(nèi)作業(yè)面的燈光照明。

（3）施工期間，對(duì)各部分支護(hù)進(jìn)行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)圍巖或支護(hù)變形異常，及時(shí)通知人員設(shè)備撤離危險(xiǎn)區(qū)并及時(shí)報(bào)告。噴射混凝土層的異常裂縫作為主要安全檢查項(xiàng)目，經(jīng)常進(jìn)行觀察與檢查，并作為施工危險(xiǎn)信號(hào)引起高度警惕。

（4）加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)火工材料管理，嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)范要求從事爆破作業(yè)。

（5）定期檢查和維護(hù)提升機(jī)具和設(shè)備，確保運(yùn)行安全可靠。

4.3 環(huán)保措施

（1）施工期間，保證施工設(shè)備停放整齊有序，施工材料堆放合理，設(shè)備性能安全可靠；固體廢棄物設(shè)置固定堆放點(diǎn)，并安排專人管理；操作人員證件齊全，規(guī)范操作。

（2）施工期間，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)道路勤灑水，防止揚(yáng)塵。

（3）爆破后，確保洞內(nèi)通風(fēng)質(zhì)量，防止各種粉塵、廢氣等污染施工環(huán)境，并采取有效措施減低噪聲、振動(dòng)等污染環(huán)境和促進(jìn)施工人員的身心健康。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)隧洞引水式水電站項(xiàng)目的逐步開發(fā)建設(shè)，豎井的施工也越來(lái)越多，其施工工藝也日益成熟，但不良地質(zhì)情況下的長(zhǎng)深度的豎井施工仍是一個(gè)難點(diǎn)。隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，將現(xiàn)代化科技、高科技含量的施工工藝和施工設(shè)備運(yùn)用到豎井施工中，也是解決不良地質(zhì)條件下長(zhǎng)深度豎井施工的有效方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 余景波.不良地質(zhì)條件下反井鉆機(jī)在豎井開挖中的應(yīng)用[J].河南水利與南北水調(diào)，2015（16）：32-34.

[2] 宋海亮.引水隧洞豎井開挖及支護(hù)施工方案[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2015（12）：165-166.