王有慶

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

1 水利水電工程斜井施工技術(shù)概述

1.1 斜井施工技術(shù)現(xiàn)狀

斜井的作用非常多，包括飲水，作為出線井以及施工支洞等作用，一般情況下斜井的傾斜角度需要控制在45～60°，有一些通風(fēng)斜井的傾斜角度在61～75°。從目前斜井施工技術(shù)的發(fā)展情況來看，很多的水利水電工程大多是一些惠民工程，具有供水、供電、蓄能的作用，受到引水斜井長、水頭比較高等方面的影響，斜井施工技術(shù)在水利水電工程施工過程中的應(yīng)用并不容易把控。因此，對斜井施工技術(shù)的研究還需要不斷地優(yōu)化，以更好地促進(jìn)斜井施工技術(shù)的發(fā)展。

1.2 斜井的類型

斜井類型的劃分原則主要是根據(jù)水利水電不同的施工要求來劃分，斜井一般分四種類型：（1）施工斜井。該類斜井主要應(yīng)用于施工過程中的臨時(shí)通道中，是為了滿足現(xiàn)場施工要求布置的斜井，例如交通洞等。該類型斜井的主要特點(diǎn)是在對施工斜井進(jìn)行挖掘的過程中，其斜度最大不能超過25°，同時(shí)需對斷面直徑進(jìn)行控制，斷面不應(yīng)過大，且按照自上而下的施工順序施工。（2）高壓管道斜井。該類斜井主要應(yīng)用于壩后引水發(fā)電廠、引水隧洞靠近發(fā)電廠房側(cè)。高壓管道斜井施工工藝中，斜井施工的傾斜角度通常設(shè)定在40～60°，有時(shí)也會根據(jù)施工項(xiàng)目的現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，施工的斜度小于40°，另外在斷面直徑方面一般要求小于7.5m，有時(shí)也會出現(xiàn)7.5～9m的情況。在施工的過程中斜井的周圍需要設(shè)置通道，這樣可以便于施工過程中的運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳌＃?）泄洪洞斜井。該類斜井主要應(yīng)用于大型水庫或者水電站，主要用于水庫泄洪。該類斜井一般傾斜的角度在30°以下，斷面的尺寸和其他類型的斜井相比是最大的，并且泄洪洞斜井也需要配備相應(yīng)的通道。（4）通風(fēng)斜井和電纜斜井。這種類型的斜井?dāng)嗝姹容^小，但是施工難度較大。

2 水利水電工程斜井主要施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 斜井的開挖

（1）斜井開挖前應(yīng)對施工環(huán)境及地質(zhì)情況進(jìn)行勘察與分析。針對不同類型、不同斷面、不同地質(zhì)條件的斜井采取的開挖方式也不一樣。在斜井開挖前，應(yīng)該對斜井布置的位置進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，全面準(zhǔn)確地掌握斜井開挖位置的情況。在斜井開挖施工過程中出現(xiàn)最多的問題是由于地質(zhì)原因不明造成的斜井坍塌，只有在全面準(zhǔn)確地掌握了斜井的地質(zhì)情況后，才能采取更加科學(xué)有效的施工方法，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。在施工過程中，水文地質(zhì)包括地溫情況、易熔巖區(qū)情況、地質(zhì)構(gòu)造情況、水文地質(zhì)條件情況、地層巖性情況、巖體應(yīng)力情況、有害氣體或放射性元素的性質(zhì)變化情況、含量分布范圍情況以及井口周圍的穩(wěn)定性情況等。這些都是斜井開挖施工需要考慮的問題。另外，在確定斜井開挖的方案后，應(yīng)該針對方案中的地質(zhì)條件情況和實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行綜合對比分析，以實(shí)際地質(zhì)條件為主，進(jìn)行方案的調(diào)整，確定最為科學(xué)合理的施工方案。如果實(shí)際的地質(zhì)情況和目前掌握的地質(zhì)情況出入比較大時(shí)，應(yīng)立即召開相應(yīng)的專題會，必要時(shí)要對斜井進(jìn)行進(jìn)一步的地質(zhì)勘探。在施工的過程中如果遇到巖爆、涌水、大面積的坍塌和大圍巖層變形等問題，需要進(jìn)行記錄并把這些資料信息及時(shí)地反映給參建管理方，找原因、定方案，及時(shí)地進(jìn)行處理。

（2）斜井的開挖施工。針對不同類型、不同斷面以及具有一定斜度的斜井，開挖方式及采用的開挖設(shè)備均有不同。①開挖準(zhǔn)備階段。目前的斜井開挖分為從上往下開挖、從下往上開挖以及導(dǎo)洞擴(kuò)張開挖法等幾種開挖方式。當(dāng)斜井傾斜度小于30°時(shí)，可采用從下往上的方式開挖；當(dāng)斜井斜度在30～45°時(shí)，可采用從上往下全斷面開挖的方式開挖。采用從上往下全斷面開挖時(shí)，應(yīng)先對斜井的進(jìn)口進(jìn)行支護(hù)，確保斜井井口的穩(wěn)定；當(dāng)斜井傾斜度大于45°時(shí)，則可以采用導(dǎo)洞擴(kuò)張法開挖，先根據(jù)斜井?dāng)嗝娲_定導(dǎo)洞的斷面直徑從上往下開挖導(dǎo)洞，然后從上往下擴(kuò)挖。②設(shè)備選擇?，F(xiàn)階段，在斜井導(dǎo)井施工的過程中，采用爬罐和反井鉆機(jī)的時(shí)候比較多。這兩種設(shè)備都有各自施工的條件，爬罐通常情況下不能超過400m，反井鉆機(jī)不能大于300m。因此，如果遇到斜井的長度比較長，超過400m時(shí)就需要采取支洞的方式。在施工的過程中對同一個(gè)斜井進(jìn)行上下兩段同時(shí)施工時(shí)，需要保留上段和下段之間的巖塞，并且?guī)r塞的長度要大于2倍的斜井直徑，一般大于10m，其最大的作用是保障斜井上段和下段的安全隔離。施工支洞和斜井相交的位置要保障大于25m長的平段，同時(shí)平段和斜井需要保持在一個(gè)鉛錘面上，不能出現(xiàn)空間錯(cuò)位，其最大的作用是方便斜井工作人員的行動(dòng)和材料的運(yùn)輸。此外，斜井和平洞連接的位置還需要進(jìn)行支護(hù)加固，之后再進(jìn)行斜井后段的施工，保障圍巖的穩(wěn)固性。

（3）開挖爆破技術(shù)分析。通常情況下在進(jìn)行斜井開挖時(shí)使用的都是防水性的炸藥，如乳化炸藥，這種炸藥爆破后產(chǎn)生的有害性氣體比較少，比較適合斜井開挖施工。起爆雷管一般都是使用的非電雷管，不會受到散電流的影響，因此在地下使用的安全性比較高。導(dǎo)洞的擴(kuò)挖采用爆破施工，爆破一般采用光面爆破。爆破之前還應(yīng)該對施工現(xiàn)場的地質(zhì)進(jìn)行勘測，如對爆破過程中的震動(dòng)情況，以及地質(zhì)巖土中的含水量情況、節(jié)理裂縫發(fā)育情況等進(jìn)行勘測；還要對光面爆破以及緩坡位置的爆破參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)需要爆破現(xiàn)場的實(shí)際情況來設(shè)計(jì)，這樣才可以保障爆破工作的質(zhì)量和安全，同時(shí)也可以節(jié)約爆破的藥量，減少爆破過程中不正常的問題出現(xiàn)。一般情況下爆破藥量的計(jì)算公式如下：

式中：Q為每排炮進(jìn)尺總裝藥量，kg；q為單位內(nèi)所消耗的藥量，kg/m3；V為每進(jìn)尺爆破下巖石的體積，m3；L為實(shí)際鉆孔的深度，m；S為開挖斷面的面積，m2；μ為炮孔利用率，μ=l’÷L，l’為爆破后的實(shí)際深度，m。

斜井中的渣土需要使用卷揚(yáng)機(jī)來運(yùn)輸，此時(shí)需要在斜坡上鋪設(shè)軌道并保障軌道和巖石保持緊密的貼合，防止出現(xiàn)軌道下滑的情況。軌道的斜坡段和平段進(jìn)行連接時(shí)需以曲線的方式連接，再選擇合適的位置進(jìn)行擋車控制裝置的設(shè)置。此外，斜坡段的軌道中心和牽引線還需要保持一致，并以地滑輪為承托。限制車輛運(yùn)行的速度，使車速不超過1m/s。斜坡段上還應(yīng)該安裝人行道和安全扶手，人行道邊緣地方和車輛外邊的距離不能小于3m，而井內(nèi)每100m就需要設(shè)置一個(gè)避車洞。

（4）開挖方法。在斜井開挖的過程中需要先開挖斷面面積比較大的斜井中的導(dǎo)井，之后再進(jìn)行下一步的挖掘工作。導(dǎo)井的位置需要根據(jù)導(dǎo)井的施工方法、鉆井精度情況和斷面面積來選擇。采用人工挖掘或爬罐法挖掘?qū)Ь畷r(shí)，導(dǎo)井的位置需設(shè)在斷面的下部，和斜井的底邊線距離應(yīng)該保持在70～100cm，這樣方便爆破后渣土的運(yùn)輸。此外，導(dǎo)井的底部還應(yīng)該設(shè)置保護(hù)層。在使用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井挖掘時(shí)，反井鉆機(jī)的精度有限，導(dǎo)井在斜井端面中心之外，會讓導(dǎo)井的導(dǎo)孔位置不在端面之內(nèi)。長斜井的導(dǎo)井挖掘一般采取反井鉆機(jī)法或爬罐法，需要根據(jù)兩種方法的性能來選擇。如果導(dǎo)井的長度在250m以下，傾斜角大于45°，選擇反井鉆機(jī)比較合適，此時(shí)也可以使用爬罐法；但是如果長度大于250m，選擇爬罐法更為合適；而如果導(dǎo)井長度大于300m時(shí)，就需要采用爬罐法和人工自上往下挖掘法相結(jié)合的方式，一般來說，正導(dǎo)井的長度最好不要大于150m。導(dǎo)井直徑在1.4m左右時(shí)可以采取反井鉆機(jī)方式，并且還可以進(jìn)行全斷面的挖掘。導(dǎo)井的直徑比較小，渣土比較容易堵塞井口，而自下往上先開挖3m導(dǎo)井直徑，再進(jìn)行自上往下的開挖，就不會出現(xiàn)堵塞井口的問題。在自下往上擴(kuò)挖時(shí)可以選擇吊籠法來挖掘，施工人員在吊籠內(nèi)進(jìn)行自下往上的挖掘，讓井口形成輻射形的炮孔，之后從下往上地進(jìn)行爆破工作，這種施工方式不僅速度快，而且還可以保障安全。采用反井鉆機(jī)開挖的施工流程如下：施工準(zhǔn)備—設(shè)備調(diào)試—定向鉆進(jìn)—定向鉆反拉—反井鉆機(jī)擴(kuò)挖鉆桿就位—反井鉆機(jī)擴(kuò)挖（形成導(dǎo)洞）—人工手風(fēng)鉆鉆爆擴(kuò)挖—支護(hù)。具體如圖1所示。爬罐法采取ALIMAK爬罐，有電動(dòng)和內(nèi)燃區(qū)分。一般爬罐法的施工流程如下：安裝爬罐—安裝爬罐軌道—安裝爬罐—爬罐就位—放樣測量—鉆孔—裝藥—爬罐到檢修臺處—爆破—排煙—爬罐上行—安全處理工作—接連爬罐軌道—爬罐上行就位—放樣測量。

（5）斜井?dāng)U挖。在導(dǎo)井施工完成之后，開始進(jìn)行從上到下的井口擴(kuò)挖工作，之后進(jìn)行材料的上下運(yùn)輸，一般采用卷揚(yáng)機(jī)牽引軌道車，因?yàn)槠洳鹦栋惭b不便，所以要一次性擴(kuò)挖到變線位置。針對短斜井的運(yùn)輸可以使用爬梯。大斷面的斜井可以分上下兩部分進(jìn)行，減少施工復(fù)雜性。

2.2 斜井的支護(hù)

圖1 導(dǎo)洞擴(kuò)挖示意圖

一般情況下在斜井開始挖掘之前，要對斜井井壁周圍的環(huán)境進(jìn)行檢測，檢查是否存在一些危險(xiǎn)性的因素，如井壁上的裂痕等，而針對井壁上的裂痕需要采取提高斜井支護(hù)強(qiáng)度的措施來保障支護(hù)的穩(wěn)定性。在斜井施工的過程中，支護(hù)施工還需要根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況和分布情況進(jìn)行。如果斜井的直徑比較小，就需要通過運(yùn)輸臺車來實(shí)現(xiàn)支護(hù)工作。而對于斜井內(nèi)部的工作，也要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來進(jìn)行。在進(jìn)行混凝土施工的過程中，需要通過施工機(jī)械設(shè)備來輔助施工。同時(shí)還需要對施工的材料等進(jìn)行重組準(zhǔn)備工作，連接輸料管和斜井下端的作業(yè)面，這樣可以為斜井施工提供所需要的施工物資。在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，也要根據(jù)施工現(xiàn)場的情況來規(guī)劃施工方案。一般情況下在設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，可以采取懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)以及拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)等。而具體的支護(hù)施工工藝流程可以參考以下流程：清理基層—砼初噴—搭設(shè)腳手架—鉆孔—錨桿安裝—鋼筋網(wǎng)安裝—噴砼。

2.3 斜井的襯砌

斜井的襯砌一般分兩種類型，第一種類型是混凝土襯砌，第二種類型是鋼管襯砌。

（1）混凝土襯砌。斜井混凝土襯砌一般包括承重排架組合模板施工工藝、滑模施工作業(yè)等方式。而在混凝土襯砌時(shí)主要采用滑模施工作業(yè)法?；Ｊ┕ぷ鳂I(yè)法通常會應(yīng)用在斜井傾斜角度比較大的（大于45°）施工中，在陡斜傾角的情況下滑模施工作業(yè)法的施工效果比較好?；５臉?gòu)成包括操作平臺、抹面平臺、模板、提升裝置、框架結(jié)構(gòu)和行走裝置等。滑模作為斜井的施工方法，其模體為框架結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，可保證模體安全滑升，同時(shí)模體結(jié)構(gòu)簡單輕便、滑升速度較快。在滑模模體運(yùn)行之前，需要把模板混凝土澆筑到模板2/3的位置，并在模板的上沿預(yù)留30～50cm的澆筑層。在混凝土達(dá)到脫模的強(qiáng)度之后，進(jìn)行6cm左右的滑升，在完全脫模后進(jìn)行正?；?，而此時(shí)滑升的高度需控制在30cm以下，隔1.5h再繼續(xù)滑升，滑模施工應(yīng)盡量保持連續(xù)施工。為保證混凝土施工整體外觀質(zhì)量，在滑模施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況與滑升質(zhì)量及時(shí)采取糾偏措施來糾偏。在檢查結(jié)果達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)之后才可以繼續(xù)施工。

（2）鋼管襯砌。如果斜井是由鋼管襯砌起來的，也就是把鋼管當(dāng)做混凝土進(jìn)行模板襯砌，這時(shí)鋼管混凝土模板襯砌需要從上往下進(jìn)行施工，并且其中的鋼管混凝土在澆筑時(shí)需要交替施工，以確保鋼管的穩(wěn)定性。另外，在水利水電工程施工過程中，周圍環(huán)境比較復(fù)雜，周圍的環(huán)境變化也會對現(xiàn)場的布置等產(chǎn)生影響。一般情況下，為了保障施工質(zhì)量，需要對鋼管的長度進(jìn)行選擇，鋼管的長度在20～30m最為合適。鋼管安裝完成后，應(yīng)立即進(jìn)行混凝土回填澆筑。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)就可以對相連接的鋼管進(jìn)行施工。如果混凝土的強(qiáng)度高于5MPa時(shí)，即可繼續(xù)安裝下一節(jié)鋼管。具體施工如圖2所示。

3 斜井施工工作中應(yīng)注意的安全問題

3.1 鉆爆前進(jìn)行加固處理

在進(jìn)行斜井開挖鉆爆前，應(yīng)對斜井周邊的環(huán)境做詳細(xì)的了解。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地層巖性和圍巖情況進(jìn)行仔細(xì)研究分析（必要時(shí)可進(jìn)行進(jìn)一步的勘察），確定各項(xiàng)爆破參數(shù)及施工工藝。在保證安全的同時(shí)，還需要確保施工質(zhì)量及施工進(jìn)度。另外，還需要對斜井進(jìn)口進(jìn)行加固和防護(hù)處理，常采用對井口周邊的圍巖進(jìn)行支護(hù)加固或者混凝土加固的措施。

圖2 鋼管襯砌及混凝土回填施工示意圖

3.2 注意操作安全問題

在實(shí)際的操作過程中，斜井作業(yè)人員要嚴(yán)格按照相關(guān)的施工流程和標(biāo)準(zhǔn)來施工，并佩戴好安全繩和安全帽，以保護(hù)保護(hù)自身的生命安全。在出渣或混凝土澆筑過程中，卷揚(yáng)機(jī)操作不當(dāng)也會影響施工質(zhì)量安全。因此，卷揚(yáng)機(jī)施工人員需要提高自身的專業(yè)操作技術(shù)水平，并在操作之前進(jìn)行好崗前的培訓(xùn)工作，保障卷揚(yáng)機(jī)使用的安全性。

3.3 對境內(nèi)殘?jiān)M(jìn)行安全處理

在施工過程中，注意各種運(yùn)輸車的運(yùn)輸安全問題，固定運(yùn)輸材料，并且不能在施工現(xiàn)場堆放各種材料和雜物。參與爆破工作的各種材料向井下運(yùn)輸時(shí)，不能同時(shí)運(yùn)送雷管和炸藥，同時(shí)還需要注意監(jiān)控運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行情況。另外，在斜井爆破之后，還需及時(shí)清除爆破的石渣垃圾，以免造成井口堵塞，使氧氣無法進(jìn)入井下，從而威脅施工人員的安全。

4 結(jié)束語

通過文章的分析和討論可以發(fā)現(xiàn)，在水利水電工程的施工過程中，應(yīng)用斜井施工技術(shù)是非常重要的，且斜井施工技術(shù)的每個(gè)環(huán)節(jié)和流程都需要引起足夠的重視。因此，在施工時(shí)要充分掌握斜井施工技術(shù)及工藝要點(diǎn)，同時(shí)還要注意施工過程中的注意事項(xiàng)，從而保障斜井施工技術(shù)的施工質(zhì)量，以及水利水電工程的質(zhì)量。