“先导井后扩挖”施工工艺的运用技术

“先导井后扩挖”施工工艺的运用技术
蒋礼明,　邹　伟
(中国人民武装警察部队水电第十一支队,四川成都　610036)
摘　要:对于在水工建筑物施工中大断面深竖井的开挖,运用“先导井后扩挖”这一施工工艺,在具备条件的情况下,能够保证在工程安全、质量、工期、成本等方面取得明显的效果。

就地盘子水电站调压井开挖的施工过程进行了总结和阐述。

关键词:大断面深竖井;先导井后扩挖;施工工艺;地盘子水电站
中图分类号:TV5文献标识码:　B文章编号:100122184(2004)增20043203
1　引　言
在水利水电工程引水隧洞的施工过程中,经常会遇到竖井开挖,尤其是大断面深竖井的开挖,而竖井开挖施工中的出渣这一环节,往往是决定掘进速度快慢的关键。

在青海省祁连县地盘子水电站工程的调压井开挖施工过程中,采用“先导井后扩挖”的方法,取得了明显效果。

用导井法开挖大断面深竖井,一般是在底部平洞开挖施工完毕后进行,并且通常是以平洞作为出渣的通道。

导井又分为上导井和下导井两种,上导井采用爆破提渣,下导井采用反井钻机等方式。

从效率上讲,下导井要快一些;从效益上讲,上导井要好一些。

导井法施工由于出渣方式的变化往往可以节约施工成本,加快施工进度,这一点对于大断面深竖井来说,效果尤其明显。

笔者简要介绍了该电站下导井的施工方式。

2　工程概况
地盘子水电站工程位于青海省祁连县境内的黑河流域中上游,装机4×4000k W,为引水式电站,引水流量Q=33m3 s,发电净水头H=59.14m。

主体工程由引水枢纽、输水系统和发电系统三大部分组成。

输水系统为长4.801km的压力隧洞,前接引水枢纽的进水闸,后接发电系统的调压井。

调压井距离出口约18.0m,深度30.0m,开挖后直径为14.0 m,建在距厂房平面垂直50.0m的斜坡上,坡比约为1∶1.25,底部下游侧保护层厚度为24.0m,上部下游侧无保护层,右侧为山体,左侧为冲沟,保护层厚度为5.0m。

调压井井壁围岩为砂质砾岩,泥质胶结,节理、裂隙发育,强度较低。

收稿日期:20042022163　施工工艺
3.1　施工方案的选定
(1)有利条件:“先导井后扩挖”的施工工艺适用于底部有便利的出渣通道和断面大、深度大的竖井开挖。

而在本工程调压井开挖施工前,隧洞已从出口向进口方向开挖了15010m左右,调压井开挖后直径为14.0m,深度为30.0m,完全满足本工艺的适用条件。

(2)不利条件:本工程区处于祁连山构造剥蚀、切割成的中低山区,主要岩性为寒武系的千枚岩夹角闪片岩、硅质板岩,白垩系的石英砂岩、砾岩,第四系的冲积、洪积、冲洪积沙砾卵石层、坡积、崩积碎石和碎块石,历经多次构造运动,岩石破碎、节理裂隙发育,且下游侧和左侧的保护层相对薄弱;场地狭窄,大型施工机械设备无法施展,不具备完全开挖的条件;且与隧洞洞挖交叉作业。

综合以上有利和不利条件,考虑工程质量、进度、成本和安全等因素,与自上而下全断面开挖的施工工艺相比,采用本工艺能够在工程工期、安全、质量和经济方面取得明显效果,故决定采用“先导井后扩挖”这一施工工艺。

3.2　施工工艺
(1)下导井开挖采用无支护上行的掘进方式施工。

在施工组织设计中,导井开挖直径2.0m插桩孔,循环进尺2.0m。

因场地限制,采用手持式风动凿岩机造孔,人工装药,机械(装载机Z L40型装料, 8t自卸车运输)出渣。

每次钻孔时,在已成型的井壁钻出插桩孔,利用该插桩孔作为下一循环使用的作业平台的支撑点。

由于本方法危险系数大,每次爆破循环结束后,首先要检查有无松动的岩石块体,然后对不稳定的岩体采用1.5～210m长的锚杆、树脂
34
第23卷增刊2004年6月四　川　水　力　发　电
Sichuan　W ater　Pow er
V o l.23,Supp lem en t
Jun.,2004
锚固剂锚固的方式进行锚固处理。

导井直径较小,要求岩石破碎度为0.5～0.7m,最大岩石单边长度不得超过0.9m,防止岩石在崩落的过程中堵塞在导洞中。

施工工序为:准备工作→造孔→装药→爆破→通风散烟→出渣→危岩处理(顶部及井壁)→搭设施工平台。

(2)扩挖采用锥形掏眼、光面爆破、下行,两次扩挖的掘进方式施工。

本工程调压井的设计开挖直径为1410m,因场地限制,仍采用手持式风动凿岩机造孔,人工装药,机械(装载机Z L40型装料,8t自卸车运输)出渣。

扩挖采用分段(两次)爆破,首先扩挖起爆内层崩落孔,其直径为810m,然后起爆光面爆破孔扩挖外层,破碎度要求与导井爆破时的要求相同。

首次爆破施工时,为了形成下料漏斗(漏斗斜度要大于爆破后弃渣安息角,本工程要求的漏斗斜度为30°～35°),内层崩落孔采用不同长度的钻孔造孔,循环平均进尺为3.0m,总进尺达到9.0m后再继续外层崩落孔的造孔、装药、起爆;后续爆破施工采用等长度钻杆造孔,循环进尺为3.0m,大部分弃渣自行由导井落入隧洞通道,通风散烟后利用装载机出渣。

施工工序为:准备工作→造孔→装药→爆破→通风散烟→危岩处理(井壁)→人工清底→出渣。

4　爆破参数的选择
在爆破开挖的施工过程中,爆破参数选择的合理与否,直接关系到爆破效果、开挖成本以及安全生产能否达到设计要求。

在开挖施工前应先编制好爆破施工组织设计,随着实际施工的进行和爆破次数的增加,再根据现场地质条件对爆破参数作相应的调整,以取得更为理想的爆破效果。

为保证施工进度,每循环进尺设计为3.0m。

遇到断层、夹层、破碎带等不良地质段,适当减少单循环进尺。

4.1　参数的计算
在本工程中,导井断面采用圆形,直径为2.0 m。

由于导井的开挖断面较小,一般不宜采用倾斜眼掏槽,宜采用垂直眼掏槽。

为解决岩石的夹制作用,可采用空孔垂直眼掏槽或者采用二阶或多阶垂直眼掏槽。

采用二阶或多阶垂直眼掏槽时要注意:后一阶的孔深应依次比前一阶的要深,各圈孔间距也要小些(一般为0.2～0.25m),分次顺序起爆。

但是,后爆孔的装药顶端不宜高出先爆眼底位置孔内未装药部分,且应用炮泥堵塞密实,方能够取得较好的爆破效果。

爆破参数的具体计算如下:
(1)炮孔直径d。

d的大小直接影响钻孔速度、炮孔数量、单位炸药消耗量、爆落岩石的块度和轮廓线的平整度。

手持式风动凿岩机造孔一般可选d= 38～42mm。

在本工程中,取d=42mm。

(2)炮孔深度L。

L的大小直接影响爆破效果和掘进速度,在竖井导井中,一般选用L=1.2～1.6m 较为合理。

在本工程中,因岩石风化程度较高、地形不规则,开始形成井圈时,取L=1.5～2.0m,形成工作面后,取L=3.0～3.5m,中间的崩落孔深度还可适当加深。

(3)单位炸药消耗量q。

q的选择要考虑岩石的性质、开挖断面、炮孔直径和炮孔深度等因素。

在本工程中,根据实际情况和经验数据,崩落孔(导爆管连接、连续装药)取q=0.5～0.6kg m3,光爆孔(导爆管连接、不耦合装药)取q=0.25～0.4kg m3。

(4)孔距a和排距b。

爆破作用指数(n)的大小取决于炮孔直径、单位炸药消耗量及掘进断面。

布置炮孔时,崩落孔的最小抵抗线必须指向导井中心方向,既有利于提高破碎度和弃渣的处理,又有利于保护井壁岩体不受到扰动。

根据本工程实际破碎度的要求,内圈崩落孔取孔距a=120c m和排距b=75 c m,梅花形布置4排;外圈崩落孔取孔距a=120c m 和排距b=75c m;光爆孔取孔距a=70c m和排距b =100c m。

(5)单孔装药量Q(Q=qab L)。

根据本工程实际,内外圈崩落孔(导爆管连接、连续装药)在开始形成井圈时取Q=0.675～1.08kg m3,在形成工作面后取Q=1.35～1.89kg m3;光爆孔(导爆管连接、不耦合装药)在开始形成井圈时取Q=0.2625～0.35kg m3,在形成工作面后取Q=0.525～0.612 5kg m3。

4.2　起爆方法
根据国家《安全爆破安全规程》规定,在竖井开挖掘进深度超过3.0m时,严禁采用导火索起爆法。

因此,在本工程中采用15段非电毫秒雷管进行孔外延时的微差爆破法,装药剩余炮孔部分用沙、粘土填实。

如在爆破后出现大块孤石,应及时对其进行爆破处理,以免堵塞导井。

由于处理为高危险作业,应高度警惕,处理时应从导井上方钻孔和爆破。

5　质量标准
在施工过程中,严格按照《水工建筑物地下开挖
44
工程施工技术规范》等规程规范中的要求进行施工和质量控制及质量评定;同时,注意了以下质量管理要求:(1)加强测量控制,确保测量放线误差不大于10mm;(2)由于本工程的井壁高度为3010m,很不利于井壁的处理。

因此,本着“宁超勿欠”的原则,将周边孔布置在设计轮廓线上,炮孔倾角为87.5°,钻孔误差控制在±1°范围内;(3)钻孔装药联线严格按照设计方案进行。

6　安全施工
在本工程施工中,除严格遵守《爆破安全规程》外,因本工程紧靠高边坡,地质条件复杂、岩石稳定性较差以及其它非爆破偶然因素,极易引起意外事故。

故根据本工程的具体特点,采取了以下必要措施:①边坡防护。

对调压井上游侧的边坡进行清理及弱风化岩层锚固和喷混凝土的安全处理,锚杆规格按照Υ25@1.5m×1.5m,L=3.0m,树脂锚固剂锚固,喷混凝土厚5～7c m,局部强风化、不稳定岩体挂网锚喷;②坡脚防护。

设钢筋、木板排架防护落石;③飞石防护。

由于工作面在山坡中间且地势较高,在洞顶全断面的封闭防护网,至少达到减小一定的飞石速度;④交叉施工防护。

在调压井井壁爆破或隧洞洞挖爆破任一进行时,则停止另一项;另外,在导井的底部设立活动、可方便拆卸的防护排架;⑤爆破警戒。

在调压井井壁开挖爆破或隧洞洞挖爆破任一项工作进行1h前发出警戒讯号,通知隧洞洞挖或井壁开挖的施工人员或机械撤离,爆破前0.5h 由专职安全员和施工技术人员对警戒状况进行检查,确认安全后发出爆破指令。

爆破完毕和通风散烟后,经过专职安全员和施工技术人员检查确认无哑炮、爆堆稳定后,发出警戒解除讯号,并及时安排出渣等下一工序工作。

7　效果评价
“先导井后扩挖”的施工工艺与自上而下的全断面开挖大断面深竖井的工艺相比,在本工程中具有以下四个显著效果。

(1)便于施工机械操作,有利于出渣效率的提高,缩短循环时间,使工程工期缩短了约15d左右。

(2)可以探明地质情况,为后续扩挖确定爆破参数提供了可靠的依据,确保了扩挖爆破的效果,超挖基本上控制在允许的10c m范围内。

(3)显著提高炮孔利用率,加快了施工进度,降低了施工成本,使火工炸药少用了2627kg。

(4)由于安全防护措施采用得当,未发生任何安全事故。

8　结　语
“先导井后扩挖”的施工工艺很适用断面大,深度大,底部有便利的出渣通道的竖井开挖,在开挖安全、质量、工期和成本等方面有着较明显的效果。

但是,应特别要注意安全防护工作。

参考文献:
[1]　全国水利水电施工技术信息网组1水利水电工程施工手册
[M]1北京:中国电力出版社,20021
作者简介:
蒋礼明(19722),男,四川资中人,中国人民武装警察部队水电第十一支队工程师,水利部注册造价师,学士,从事水利工程项目施
工技术管理和造价管理工作;
邹　伟(19772),男,江西万安人,中国人民武装警察部队水电第十一支队助理工程师,学士,从事水电、铁路等土建工程的施工技
术与管理工作1
东方电机三项技术成果通过专家鉴定
2004年2月25日,东方电机股份有限公司申报的“三峡定子线棒防晕结构设计和工艺优化”、“超大型三峡水轮机主轴工艺技术研究和制造”和“大型水轮机导叶铸造工艺优化”三项技术成果在德阳东方宾馆通过了德阳市科技局组织的专家鉴定。

鉴定会上,鉴定委员会的委员们认真听取了课题组所做的技术报告、经济效益报告和用户运行报告,审查了查新报告,课题主研人员就专家的提问进行了答疑。

经鉴定委员会专家们认真讨论后,认为东方电机股份有限公司所提供的鉴定资料完整齐全,满足鉴定要求。

“三峡定子线棒防晕结构设计和工艺优化”项目结合企业的实际,优化了S IE M EN S(西门子)公司三峡线棒的防晕结构;研制了新型防晕结构、新型防晕保护结构、防晕保护材料和防晕处理工艺,在对大型高压电机定子线棒的防晕处理上有所创新。

并使得东电制造的三峡定子线棒的防电晕性能达到了国际著名公司——西门子公司的技术要求,其起晕电压值达到国际先进水平,提高了国内大电机制造的防晕技术水平,满足了三峡合同对定子线棒防电晕性能的需要。

“超大型三峡水轮机主轴工艺技术研究和制造”项目首次在特大型水轮机设备中采用钢板成型、焊接的毛坯轴结构。

在主轴焊接工艺中采用独特的接头设计和程序控制的窄间隙焊接,提高了焊接效率,降低了制造成本,保证了焊接质量。

新的加工工艺的采用,使得采用钢板成型、焊接的大型毛坯轴的设计和制造得以实现,给特大型水电设备主轴的设计制造提供了一套成熟的技术,为我国后续大量特大型水电设备的制造提供了坚实的技术保障。

“大型水轮机导叶铸造工艺优化”项目对传统工艺进行了大胆改进和优化,显著提高了大型水轮机导叶轴颈质量,解决了水电工程设备制造中的瓶颈问题。

四川大学、西南交大、西安交大、四川电力试验研究院、东方公司、东方绝缘材料股份公司、东方汽轮机厂和二重集团公司等单位的21名专家参加了对三项成果的鉴定。

(东方电机股份有限公司研究中心　余小波)
54。