水電站豎井群開挖施工方法綜述

一、工程概況（一）概述xx水電站位于xx省xx林區(qū)大九湖鄉(xiāng)xx村處，是沿渡河流域五級(jí)開發(fā)的第一級(jí)，壩址以上控制集雨面積84.7km2，多年平均流量2.86m3/s，年徑流量0.902億m3，總庫(kù)容3390萬(wàn)m3。xx水電站正常蓄水位1530m，壩型為砼面板堆石壩，壩高64.3m，壩頂全長(zhǎng)147m；右岸無(wú)壓泄洪洞長(zhǎng)190m，引水隧洞軸線全長(zhǎng)9835m，由進(jìn)水口、壓力隧洞、豎井、調(diào)壓井和高壓鋼管組成。其中調(diào)壓井、1#豎井、2#豎井、3#豎井組成本工程的豎井群。調(diào)壓井一側(cè)布置通風(fēng)斜井。電站機(jī)組引用流量7.98m3/s，設(shè)計(jì)水頭487.40m，裝機(jī)兩臺(tái)，單機(jī)1.5萬(wàn)KW，多年平均發(fā)電量9480萬(wàn)KW·h，水庫(kù)調(diào)節(jié)性能為完全年調(diào)節(jié)是開發(fā)的中型電站工程。引水系統(tǒng)豎井群參數(shù)名稱中心線頂高程底高程總高開挖洞徑備注開挖量調(diào)壓井6+7681555.71477.278.55.9通風(fēng)斜井長(zhǎng)度8m、20001#豎井6+7971473.4941273.49420032#豎井7+0631123.6621123.6633#豎井8+9531018.793706（二）工程地質(zhì)1、調(diào)壓井地質(zhì)條件，位于板橋河與冷水河所夾持的脊?fàn)钌襟w中，地面高程1568m，地形坡角40°~50°,坡面基巖裸露，巖性為寒武系下統(tǒng)石龍洞組灰?guī)r，巖層傾角71°,弱風(fēng)化帶下限埋深37.8m，巖體完整，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，調(diào)壓井工程地質(zhì)良好，上部為天河板組泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r，下部為石龍洞組灰?guī)r。2、1#豎井、2#豎井地質(zhì)條件，地層為寒武系下統(tǒng)石龍洞組，巖性組成為灰色中，厚層狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，巖層走向與洞軸線夾8°~33°,巖體新鮮完整，圍巖基本穩(wěn)定。3、3#豎井地質(zhì)條件，地層為寒武系下統(tǒng)石牌組，巖性組成為泥質(zhì)粉砂巖及砂巖，巖層走向與洞軸線夾角41°,巖體新鮮，較完整。二、開挖施工方案xx水電站豎井和調(diào)壓井都是暗藏式的，所以在選擇施工方法時(shí)，要考慮圍巖的類別、交通條件、斷面尺寸、豎井高度和工期等因素。原則是有條件的盡可能采用地質(zhì)鉆機(jī)先鉆鋼絲繩孔再用吊籃法從下向上全斷面開挖的施工方法，不具備條件的采用先挖導(dǎo)井再擴(kuò)挖的施工方法。1、1#豎井、2#豎井開挖施工方法采用吊罐法開挖，先開挖上下通道，然后用鉆機(jī)鉆設(shè)鋼絲繩孔（孔徑110mm上部安裝起吊設(shè)備，下部開挖避炮洞，利用吊罐作為操作平臺(tái)鉆孔。因1#、2#豎井為小斷面豎井，所以開挖時(shí)一次性由下而上全斷面開挖，不再另進(jìn)行導(dǎo)井開挖。豎井石碴掉至下部通道后，在防護(hù)棚的防護(hù)下人工出碴。機(jī)具就位豎井吊罐開挖施工工藝流程框圖機(jī)具就位施工準(zhǔn)備↓鉆炮眼↓裝藥↓吊罐至避炮洞↓爆破↓↓否↓否監(jiān)控量測(cè)、安全檢查臨時(shí)支護(hù)進(jìn)入下一循環(huán)豎井下口主要用電設(shè)備為11KW通風(fēng)機(jī)及1T卷?yè)P(yáng)機(jī)，動(dòng)力線路采用三相四線制70mm2鋁芯線；豎井上口主要用電設(shè)備為8T慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)，動(dòng)力線路采用三相四線制50mm2鋁芯線。豎井上下口照明采用16mm2鋁芯線，豎井掌子面照明及信號(hào)用電采用36V安全電壓，線路采用4mm2橡膠電纜。洞內(nèi)輸電干線或動(dòng)力照明線路安裝在風(fēng)水管路的另一側(cè)，分層架設(shè)，其原則是：高壓在上，低壓在下；干線在上，支線在下；動(dòng)力線在上，照明線在下。電線架設(shè)符合有關(guān)安全規(guī)程，并接好地線，施工用電線路在經(jīng)驗(yàn)收合格后供電。在下平洞支洞口配備一臺(tái)10m3空壓機(jī)，平洞段供風(fēng)采用3寸高壓風(fēng)管，豎井掌子面供風(fēng)采用2寸高壓軟膠管。豎井開挖爆破后，在豎井上口利用鋼絲繩孔灑水將炮煙帶至豎井下口，再用11KW軸流通風(fēng)機(jī)將炮煙吸出至下平洞支洞口，通風(fēng)管直徑為500mm。豎井開挖風(fēng)鉆施工用水在下平洞支洞口工作面附近的山坡上建一容量為5m3的高位水池，水池高程超過(guò)豎井上口高程30m以上。從附近溪流中抽水至高位水池，再用1寸水管引入豎井掌子面上。豎井掌子面與豎井上口卷?yè)P(yáng)機(jī)利用電鈴相互聯(lián)絡(luò)，豎井掌子面與豎井下口指揮人員采用電話聯(lián)絡(luò)。吊罐提升采用8T慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼絲繩直徑為21.5mm。在爆破時(shí)，利用已開挖好的下平洞作為避炮室，將吊罐拖至避炮室內(nèi)以免被落碴砸壞。豎井開挖用風(fēng)、水、電管（線）路隨吊罐上下。在豎井下口平洞內(nèi)挖設(shè)一個(gè)集水坑，再經(jīng)泵抽至洞口外排出。因鉆爆開挖前，直徑為110mm的鋼絲繩孔已經(jīng)鉆設(shè)完成，所以豎井開挖采用大直徑空孔掏槽較為合理。2 1 4掏槽眼布置主要參數(shù)表掏槽形式掏槽孔間距（mm）裝藥系數(shù)起爆順序abcd大直徑空孔掏槽2003004000.8L1為1#非電秒延差雷管2為2#非電秒延差雷管3為3#非電秒延差雷管4為4#非電秒延差雷管（1）掏槽及輔助眼，采用線狀連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，孔口用炮泥堵塞。（2）周邊眼采用ф32mm藥卷間隔裝藥。（1）掏槽炮眼：孔深2.0m，每孔裝7節(jié)標(biāo)準(zhǔn)藥卷，每孔裝藥量1.4kg；（2）輔助炮眼：孔深2.2m，每孔裝6節(jié)標(biāo)準(zhǔn)藥卷，每孔裝藥量1.2kg；（3）周邊眼：孔深2.2m，每孔裝3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)藥卷，每孔裝藥量0.6kg；輔助眼間距60~80cm，周邊眼間距40~60cm。具體炮眼布置見圖，爆破參數(shù)見表。1#、2#豎井炮孔布置示意圖1#、2#豎井開挖爆破參數(shù)表炮眼雷管段號(hào)名稱數(shù)量垂直夾角類型每孔裝藥每孔裝藥量（kg)總裝藥量掏槽眼420乳化炸藥75.6輔助眼2.204~7#乳化炸藥6周邊眼2.20乳化炸藥30.6合計(jì)3734.4說(shuō)明：(1)預(yù)計(jì)每循環(huán)進(jìn)尺1.8m，循環(huán)方量12.6m3(2)炸藥單耗2.7kg/m3；(3)炮眼全部采用ф32×200乳化藥卷用塑料導(dǎo)爆管配合非電秒差延期雷管進(jìn)行起爆，起爆順序?yàn)橄忍筒劭?，再輔助孔，再周邊眼。即中間第4個(gè)掏槽眼用1—4段非電秒差延期雷管起爆，輔助眼4—7段非電秒差延期雷管起爆，周邊眼用8段非電秒差延期雷管起爆。導(dǎo)爆管自炮眼中引出后，采用“一把抓”的方法將導(dǎo)爆末端聚攏后，在末端綁一枚非電雷管，再用導(dǎo)爆管引至豎井下口平巷中，用火雷管引爆。鉆孔的測(cè)量和開孔質(zhì)量應(yīng)符合下列要求：（1）鉆孔爆破中，鉆孔孔位應(yīng)依據(jù)測(cè)量定出的中線、腰線及開挖輪廓線確定；（2）周邊孔應(yīng)在斷面輪廓線上開孔，沿輪廓線的調(diào)整范圍和掏槽孔的孔位偏差不應(yīng)大于5cm，其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm；（3）炮孔孔底應(yīng)座落在爆破圖規(guī)定的平面上；（4）炮孔經(jīng)檢查合格后，方可裝藥爆破。炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯(lián)結(jié)，由考核合格的炮工負(fù)責(zé)，并嚴(yán)格按照爆破圖的規(guī)定進(jìn)行。光面爆破效果應(yīng)達(dá)到以下要求：（1）殘留炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻布置；（2）炮孔痕跡保存率：完整巖面在80%以上，較完整和完整性差的巖石不少于50%，較破碎和破碎巖石不少于20%；（3）相鄰兩孔間的巖面平整，孔壁不應(yīng)有明顯的外震裂隙；（4）相鄰兩薦炮之間的臺(tái)階，不應(yīng)大于15cm。出碴采用人工直接裝渣至1M3農(nóng)用車上，再運(yùn)至棄渣場(chǎng)。1#、2#豎井開挖作業(yè)循環(huán)表序號(hào)作業(yè)時(shí)間（h）1準(zhǔn)備工作2說(shuō)明：每循環(huán)作業(yè)時(shí)間16小時(shí)，每天作業(yè)1個(gè)循環(huán)，月進(jìn)尺3.0m，每月保證進(jìn)尺80米，順利時(shí)月進(jìn)尺達(dá)到90米2鉆孔53裝藥、爆破14灑水、通風(fēng)和散煙3552、3#豎井開挖施工方法3#豎井開挖施工時(shí)，上平洞已開挖完成，下平洞還沒有開挖到3#豎井的底部，若待下平洞開挖結(jié)束后再開挖豎井工期不允許，故只能采用先自上而下開挖導(dǎo)井，待下平洞貫通后再自上而下擴(kuò)挖的方法。上平洞在開挖至豎井頂部位置時(shí)，繼續(xù)向下游延伸開挖5米平臺(tái)用作卷?yè)P(yáng)機(jī)室，設(shè)置5T卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩ф16。在豎井對(duì)應(yīng)的上平洞的頂部向上擴(kuò)挖2米，用作安裝定滑輪（8T）。豎井頂部向兩側(cè)擴(kuò)挖1米作為到卷?yè)P(yáng)機(jī)室的通道，并在豎井頂部四周設(shè)置護(hù)欄高1.5米。在豎井頂部設(shè)置一滑動(dòng)鋼板井蓋厚5mm。豎井頂部2米按3米直徑開挖，并在該段井壁用砼襯砌好，確保井口穩(wěn)定。當(dāng)施工人員進(jìn)入豎井內(nèi)施工時(shí)，利用滑動(dòng)鋼板井蓋鎖好井口，防止落物墜入，施工人員利用升降平臺(tái)進(jìn)入豎井工作面。導(dǎo)井出渣由人工裝碴到自制的吊罐內(nèi)（約0.1m3洞碴裝滿后，出碴人員立即進(jìn)入避人洞，再由卷?yè)P(yáng)機(jī)將吊罐提升井口，出碴小車就位后將吊罐內(nèi)石碴倒入出碴小車，運(yùn)至棄碴場(chǎng)。200//50500井口襯砌 避人洞(高2.0米， 3#豎井導(dǎo)井開挖布置圖豎井開挖采用用27型手風(fēng)鉆，1.5米鉆桿造孔，導(dǎo)洞斷面為2.0米直徑，每隔5米向一側(cè)拓寬高×寬為2.0×1.5m，作內(nèi)洞內(nèi)出碴避人洞，日循環(huán)進(jìn)尺1.0米?？?；主爆孔孔深100cm，裝藥0.5kg/孔；周邊擴(kuò)挖孔采用光面爆破，孔深200cm，裝藥0.96kg/孔。每循環(huán)進(jìn)尺100cm左右。采用電雷管起爆，導(dǎo)井起爆時(shí)按掏槽孔，主爆孔的順序進(jìn)行。裝炮前工作面應(yīng)切除一切電源，照明至少距離工作面30米以外，確認(rèn)炮區(qū)無(wú)漏電、感應(yīng)電后才可裝炮。施工中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，不斷優(yōu)化起爆參數(shù)，達(dá)到最佳爆破效果。炮孔布置詳見3#豎井炮孔布置圖。333 33333333222332o2233o223323332222333222 32·2通風(fēng)、消煙、除塵井內(nèi)通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)方式，井內(nèi)采用ф800帆布風(fēng)袋，掛在井內(nèi)一側(cè)。井內(nèi)造孔一律采用濕式鑿巖，并在爆破后采用噴水霧降塵措施，即在距掌子面采用壓力風(fēng)水噴霧降塵。裝碴前的碴堆灑水潤(rùn)濕。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)作業(yè)區(qū)的所有人員立即撤出作業(yè)區(qū)，確保人員安全。（1）井內(nèi)照明線路因定在井壁一側(cè)位置，采用安全電壓照明。（2）380V動(dòng)力輸電線路依靠井壁一側(cè)，使用絕緣導(dǎo)線，防水防潮。（3）井內(nèi)所有地下電器設(shè)備用扁鐵接地，且與洞外的接地相連。洞內(nèi)均采用符合DL/T5099—99標(biāo)準(zhǔn)的電器設(shè)備，所有的電器設(shè)備的部件都做到防水、防火花、密封。（1）井內(nèi)排水利用水泵抽排，水泵采用一臺(tái)JJM—W3穩(wěn)車，兩條左右捻19×6—ф18—1670鋼絲強(qiáng)懸吊。（2）在豎井周邊澆筑一有砼截水擋墻，防止平洞內(nèi)的積水流入豎井。并在上平洞設(shè)一集水坑，豎井內(nèi)積水真接排入該集水坑，再利用水泵從該集水坑排至洞外。井口開挖好后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鎖口處理。開挖過(guò)程中若遇涌水、淋水地段，應(yīng)有防水、排水措施。對(duì)危巖地段，應(yīng)及時(shí)支護(hù)，開挖一段襯砌一段或采用預(yù)灌漿方法加固巖體。井壁有不利的節(jié)理裂隙組合時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行錨固。斷層、破碎帶、水平裂隙等地質(zhì)條件差的地段，應(yīng)及時(shí)采取噴錨支護(hù)、掛網(wǎng)等措施。豎井導(dǎo)井石碴采用人工爬碴裝吊罐，利用井頂5T卷?yè)P(yáng)機(jī)提升至井口，再裝入出碴小車，運(yùn)至上平洞洞外棄碴場(chǎng)棄碴。當(dāng)出碴吊罐開始提升時(shí)，井內(nèi)出碴人員立即進(jìn)入井內(nèi)避人洞里，防止石碴掉落傷人。擴(kuò)挖石碴用農(nóng)用機(jī)動(dòng)車經(jīng)下平洞運(yùn)至棄碴場(chǎng)。豎井導(dǎo)洞開挖循環(huán)圖工序作業(yè)時(shí)間（分鐘）246202224準(zhǔn)備工作20鉆孔460裝藥60爆破通風(fēng)清理撬挖40650支護(hù)60其它30每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺1.0m，循環(huán)作業(yè)時(shí)間24h；日循環(huán)數(shù)1循環(huán)/天，日進(jìn)尺1m，月進(jìn)尺平均25米，最高月進(jìn)尺30米3、調(diào)壓井開挖施工方法調(diào)壓井所處位置較為險(xiǎn)峻，離井口最近的施工便道位于下平洞支洞口，從下平洞支洞口至井口只有一條可供工人上、下的簡(jiǎn)易小道，如采用與1#、2#豎井相同的吊罐法施工，無(wú)法解決地質(zhì)鉆機(jī)的運(yùn)輸問(wèn)題。因此調(diào)壓井開挖采用了先導(dǎo)井開挖，后自上而下擴(kuò)挖的開挖方法。導(dǎo)井開挖以反向?qū)Ь_挖為主，正向?qū)Ь_挖為輔。正向?qū)Ь_挖方法在3#豎井開挖時(shí)已作過(guò)介紹。這里不作介紹，調(diào)壓井開挖施工方案主要介紹反向?qū)Ь_挖的施工方法。導(dǎo)井尺寸定為2×2m，以調(diào)壓井中心點(diǎn)為中心進(jìn)行開挖。先在調(diào)壓井底部平洞內(nèi)搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，在開挖4m高采用腳手架鋼管綁井字架上升，同時(shí)井字架一側(cè)用架鋼管綁爬梯作為人員上下通道。采用扁鐵制做一長(zhǎng)×寬約150×50cm簡(jiǎn)易操作平臺(tái)，并在平臺(tái)兩端各焊接兩根約25cm長(zhǎng)鋼管（與井架鋼管等徑通過(guò)平臺(tái)兩端鋼管利用扣件將平臺(tái)與井架固定，作為活動(dòng)的鉆孔平臺(tái)。風(fēng)鉆等機(jī)具可人工提升。爆破時(shí)，活動(dòng)平臺(tái)可拆除，防止洞碴下落時(shí)被砸壞。在開挖到30米高時(shí)遇一破碎帶，為安全起見，提前采用正井導(dǎo)井開挖，進(jìn)度有所降低。反導(dǎo)井開挖每1個(gè)循環(huán)需12小時(shí)，每循環(huán)進(jìn)尺1.8m，每天只作1個(gè)循環(huán)，夜間不施工。爆破后洞碴采用人工裝農(nóng)用車運(yùn)至棄碴場(chǎng)。4、結(jié)束語(yǔ)（1）豎井的開挖施工要根據(jù)各自圍巖的類別、交通條件、斷面尺寸、豎井高度和工期等因素選擇不同的合理、有效的施工方法。本工程中豎井群根據(jù)各自的特點(diǎn)采用了不同的開挖方法施工，取得了良好的效果，特別是1#豎井高度200米在國(guó)內(nèi)是較高的，在整個(gè)豎井群開挖施工中進(jìn)度較快，光爆質(zhì)量較好，沒有出安全事故。（2）反井施工搭設(shè)井字架作為作業(yè)人員的上下通道和鉆設(shè)平臺(tái)，簡(jiǎn)單易于操作并安全。由于爆破后石渣下落時(shí)易砸壞卡扣，最好采用焊接的方法牢固安全。（3）用地質(zhì)鉆機(jī)鉆導(dǎo)孔特別是高豎井容易跑偏，因此