电站斜井施工技术

大盈江四级水电站压力管道斜井施工

简述内容：大盈江四级水电站压力管道斜井较长，洞径大，地下水位高，施工难度较大。为了解决此问题，在斜井施工中，采用正导井和反导井人工开挖相结合，导井贯通后自上而下全断面人工扩挖的施工方案；对渗水采用施打排水洞、喷混凝土、将水集中引到一处排出等方法进行处理，同时对施工中出现的技术难点进行稳妥的处理，保证了工程施工正常进行。

1、工程概况

大盈江四级电站属引水式径流电站，电站装机4台175MW，电站压力管道设置调压井后，为地下埋管，管道布置两条，其型式为一管二机，全长1737.988m，断面为圆形，开挖半径3.4m。压力管道主管由上平段～上斜井（倾角为48°）～中平段～下斜井（倾角为48°）～下平段组成。地下水位高、倾角大、洞径大、斜井长是该压力管道的特点。

2、工程地质

压力管道深埋于山体内，围岩以微风化岩为主，为黑云角闪斜长片麻岩，岩质坚硬，岩体质量类别以Ⅲ类为主，Ⅱ类和Ⅵ类次之，Ⅲ类围岩占47%，Ⅱ类围岩占41%，Ⅵ类围岩占12%，地下水埋深浅，地下水位高。

3、开挖方法

斜井较长、洞径大、地下水位高，考虑工程工期、安全及降低工程造价，借鉴其他工程经验，结合自身施工特点，经过多次考察、研究和多方案对比，确定斜井开挖总体方案

为，先降低地下水位，施打3.5×4m总长为1001.2m两条排水洞,再采用人工钻爆法开挖，导井贯通后自上而下全断面扩挖。方案具体施工如下：导井开挖分上导井和下导井开挖，根据已有各段斜井地质资料，考虑上导井施工出渣占用时间长，选择各段以上导井开挖为辅，开挖50m，下导井不用出渣，进度快，选择以下导井开挖为主，开挖120m。上导井采用钻爆法自上面下钻进，下导井采用同样方法自下而上开挖，待导井贯通后人工自上而下全断面一次性完成扩挖。

3.1人工上导井开挖

正井采用钻爆法开挖，施工部位1#上斜井、1#下斜井、2#上斜井、2#下斜井，施工作业面4个，分别由已打通掌子面7#、8#施工支洞进入。正井施工优点是施工安全，进尺稳定，难点人工出石渣工作量大，日上导洞进尺1～1.5m。

施工程序：测量→安装风、水、电管路→钻机掘进→装药→撤风、水、电管路、钻机→爆破→通风→排水→滑车出渣→人工危石排险→锚喷支护→其它→下一工序（测量）循环

施工值得注意几个问题：

①人工危石排险要细、松动石块排险要彻底。

②测量采用徕卡TCR402免棱镜（可见红外光）放样，测角

精度2秒，测距精度2mm+2ppm/km。同时配备卡西欧fx4800p

系列编程计算器，提高放样速度、计算准确度。

③爆破成型要好，按光爆要求去做，多钻孔、少装药，严格控制岩石大块，便于人工出渣。

④卷扬与滑车选择要匹配，固定卷扬的地锚要保证质量、深

度，以免由于不匹配、质量问题造成安全事故。

⑤每隔20m左右施打一个爆破施工设备暂时存放洞。

3.2人工下导井开挖

反井同样用钻爆法施工，施工部位1#上斜井、1#下斜井、2#上斜井、2#下斜井，4个施工作业面，分别由已打通掌子面8#、9#施工支洞进入。反井施工优点是基本不需出渣，爆破后的石渣沿导井溜下，难点是每次循环都需要重新搭设施工平台，向上接爬梯，占用工作量大。反井施工日进尺2.5～4.5m。

导井开挖断面大小是导井施工的重要参数，考虑如果选择断面过大，钻孔工作量增大，是必影响开挖导井速度，加上开挖断面大，不利于围岩稳定，特别是反井为逆向开挖，安全隐患非常大，断面大支护量也随之加大。断面过小，不利于扩挖石渣溜下，达不到我们的目的，再则考虑风水管路、爬梯、搭设施工平台、锚筋施工等必要的空间，导井过大过小经过综合分析，众多不利，最后确定导井开挖直径为2.0m，同时考虑成井受力条件、溜渣顺畅与否，将开挖断面定为圆形断面。

考虑扩挖时，人工扒渣占用工作量大，顺畅、方便、减少二次导井修整工程量，导井位置至关重量，根据钻爆法使用炸药直径，以不破坏底板岩石为目的，最后选定导井底板

以下预留1.2m保护层，实际施工中确实减少二次拉槽量，提高扩挖速度。

由于反井开挖导井，爆破控制难度很大，难点导井成型不容易控制，所以要求测量每循环都要跟踪放样，及时标定洞挖方向，施工中导井成型基本达到使用要求，便于后序出渣顺畅。

施工程序：测量→钻机掘进→装药→撤风、水、电管路、钻机→爆破→通风→安装爬梯→安装风、水、电管路→搭设作业平台→人工排险→锚喷支护→下一工序（测量）循环

3.3人工全断面扩挖

断面型式确定：为了便于钢管安装时轨道铺设，斜井段断面型式调整为马蹄形断面，实际施工中，马蹄形容易施作，提高开挖速度，方便了下道工序轨道的安装。

导井贯通后，进行斜井扩挖工作，扩挖采用常规钻爆法自上而下开挖，人工扒渣导井溜渣的方法，扩挖的关键一方面是要防止导井堵塞，这就要控制爆破岩石块度，控制单循环进尺在2m内，施工中采用光面爆破，加密钻孔，多段起爆的方法控制，减少导井堵塞情况。另一方面施工作业时，安全工作要做好，特别是钻孔作业前，导井口必须铺设足够强度、足够密度施工平台。由于扒渣时导井没有任何平台，施工人员作业非常危险，必须配带合格安全护具，以防坠井，将安全隐患消灭在萌芽之中，保证了斜井开挖工作顺利进行。

井内施工人员上下采用爬梯，爬梯用Φ25钢筋制做，通过锚杆锚固在斜井底板上，随着开挖紧跟掌子面，为防止爆破将爬梯砸坏，距掌子面20范围采用活动爬梯，每次放炮前将梯子柝除，挂在一侧井壁插筋，炮后再将梯子安上。

斜井开挖爆破岩石，通过人工扒渣导井溜渣到弯段，考虑弯段施工设备出渣，所以弯段必须进行扩挖以满足铲车出渣需要，最后各施工支洞将石渣用自卸汽车运至渣场。

4、施工中技术难点的处理

（1）塌方处理

中斜段导井扩挖桩号0+181.5m时，地下水较丰富，渗水量较大，该段围岩为节理密集带，相互切割，形成很多不稳定小三角体，加上地下水在节理面起润滑作用，减小之间摩擦力，降低岩石强度，在洞挖爆破后，围岩初始应力被破坏，应力重新分布时，造成此处塌方。塌方桩号0+171.5～0+181.5m段，塌方空腔最大约15m。本次塌方处理对上斜井开挖进度造成了严重影响，塌方处理2个月。根据塌方情况采取两种处理方案，一是待塌方体稳定后出渣，进行强支护。二是第一种方法不行情况下，采取塌方石渣不出，将石渣坡面封闭，在设计开挖面以外施打超前导管，导管为花管，注浆固结按有关规范做，提高虚渣整体性。待注浆水泥浆强度上来，为了防止全断面开挖时再次塌方，将全断面分成几个部分开挖，先是两侧各1/3处底角部分开挖，采用风镐及人工开挖相配合，开挖后再用工字钢拱架支撑，配合纵向连接筋、加强网片、锁脚锚杆、喷高标号混凝土进行强支护。接着进行正顶拱1/3开挖，由于两侧已支立工字钢拱架，顶拱拱架就位有了支撑点，但要注意开挖正顶拱时，正顶拱处受力大，为防再次塌方，开挖始终要在掌子面中间留有不小于1:0.5三角边坡，以利于渣体稳定。本工程塌方处理，刚开始采用第一方法，但是出完渣，又塌方。于是采用第二种方法，顺利通过此处，并取得成功。第二种方法重点是三个方面：一是超前导管强度、密度、注浆饱满程度要满足施工要求、每循环搭接长度不小于1 m。二是充分利用三角形稳固性，必须保留开挖面中间三角体，开挖揭露面要及时素喷封闭。三是开挖面要及时支护，而且必须是强支护。

（2）堵井处理

1#下斜井扩挖0+20m时，发现导井没有从底贯通的支洞，返上凉气，经确定导井被堵，堵井原因多方面，主要是新换工人，第一次爆破钻孔少，爆后形成石块大，再加上在0+30m处导井有点偏差，出现轻微弯曲是此次堵井的原因。堵井以后，处理上采用常规注水、挖坑埋炸药爆破，试图利用炸药的爆炸力和水的作用疏通导井，但未能见效。根据工程实际情况，采用100B潜孔钻机对其已确定堵井部位0+20m处，导井上半部周边（开挖断面以内）施打间距为2m、孔深为10 m的一排钻孔，通过已初步查明导井被堵部位情况，利用施打在导井上半部钻孔爆破松动作用，将被堵部位周围松动，再用常规方法配合进行处理，经过15天处理，导井被疏通。

（3）支护措施

为了保证开挖及后道工序钢管道安装的安全施工，结合本工程自身特点，针对不同施工部位采取以下方法：导井Ⅱ、Ⅲ类围岩采用随机锚杆、局部钢筋网、全部素喷C20混凝土相结合；Ⅳ类围岩采用钢筋格构架，超前锚杆支护及锁角锚杆、钢筋网、喷混凝土相结合施工。

扩挖时由于洞径大，支护素喷厚度由原导井6cm变为8cm，锚杆长度从2m变成3m，Φ6.5mm钢筋网变为Φ10mm加强网，钢筋格构架调整为型钢拱架，实际运作中，增加支护强度，保证开挖进度、安全。

（4）导井贯通面距离的掌握及爆破通信的保证

针对正井、反井同时施工，施工通信措施保证非常必要，本工程采取每次正井爆破时，

井外人员用对讲机，井内人员用内线电话及时沟通，反井开挖作业人员必须撤离掌子面，以免因爆破振动掉块，造成反井安全事故。当正井和反井开挖相距20～30m时，为了保证反井施工安全、速度，采取正井开挖停，剩下的量由反井开挖完成。

（5）地下渗水处理

由于压力管道位置都位于地下水位以下，再加上施工区处于亚热带多雨地区，地下水丰富，降低地下水位及选择合适施工时期非常必要，考虑工期安排及降低压力管道排水造价，避免雨季地下水给工程施工带来困难，确定先施工3.5×4m，长度为1001.2m两条排水洞，旱季再开挖两条压力主管道。在开挖2#上斜井0+181m弯段时，遇到明显大的地下水，渗源在开挖底板，处理也很简单，采用防雨材料，将水流集中引到一处，再由固定好钢管引至排水管路，最后流到洞外。顶拱开挖只出现些渗水，采取素喷混凝土，多加外加剂，提高早期强度，然后施打排水孔，用管集中引走。总之，通过实际施工，其它地方未见到太大地下渗水，可见施打排水洞对降低地下水水位有着明显作用。