淺談廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站引水隧道豎井開(kāi)挖方法及施工工藝

1、淺談廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站引水隧道豎井開(kāi)挖方法及施工工藝摘要：引水豎井施工是電站工程重要的施工內(nèi)容之一，水豎井施工的有效性和安全性,將直接影響整個(gè)電站工程的質(zhì)量，因此，文章結(jié)合廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站引水隧道豎井開(kāi)挖方法及施工工藝進(jìn)行研究分析。關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；引水隧道豎井；開(kāi)挖；施工工藝工程概況廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站位于廣東省清遠(yuǎn)市的清新縣太平鎮(zhèn)境內(nèi)，地理位置位于處于珠江三角洲西北部，直線距廣州75km。裝機(jī)容量4X320MW。工程擔(dān)負(fù)為承擔(dān)廣東電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及緊急事故備用等任務(wù)。豎井工程位于上庫(kù)進(jìn)出水口下游75m處，包括1#施工支洞和引水隧洞豎井兩部分工程的施工。1#施工支洞位于

2、引水隧洞的上方（它是隧洞豎井開(kāi)挖和支護(hù)材料運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ溃?#施工支洞高程為EL.533.0595.0m，總長(zhǎng)62m。引水隧洞豎井段高程為EL.325533.0m，總長(zhǎng)為208m。1#施工支洞與引水隧洞共長(zhǎng)270m。均為圓形斷面，開(kāi)挖洞徑10.4m。該豎井工程通過(guò)上下彎段連接上平洞和中平洞，是整個(gè)水道系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)也是清遠(yuǎn)抽水蓄能電站中難度最大、風(fēng)險(xiǎn)最高的工程。豎井段以II類(lèi)圍巖為主，1#施工支洞以III類(lèi)圍巖為主。施工方法開(kāi)挖方法簡(jiǎn)述根據(jù)豎井地質(zhì)情況，采取先導(dǎo)井、后擴(kuò)挖的方式，先進(jìn)行導(dǎo)井開(kāi)挖，待導(dǎo)井開(kāi)挖完成后再進(jìn)行擴(kuò)挖施工。導(dǎo)井開(kāi)挖采用反井鉆機(jī)先自上而下鉆一個(gè)229mm導(dǎo)孔，而后

3、在中平洞換裝鉆頭向上反擴(kuò)形成一個(gè)1400mm直徑溜渣導(dǎo)井。擴(kuò)挖采取正向大斷面一次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面。導(dǎo)井開(kāi)挖本工程施工采用的主要鉆孔設(shè)備為芬蘭湯姆洛克生產(chǎn)的反井鉆機(jī),型號(hào)為Rhino400H型，其主要技術(shù)參數(shù)為:導(dǎo)孔直徑229mm、擴(kuò)孔直徑1400mm,最大鉆孔深度400m,工作扭矩75kN,最大扭矩99kN,擴(kuò)孔拉力1920kN,鉆桿直徑203mm,鉆桿有效長(zhǎng)度1220mm,主機(jī)總功率100kW。監(jiān)測(cè)儀器為Fle-ITG型測(cè)斜儀。施工分四個(gè)階段進(jìn)行：準(zhǔn)備階段一導(dǎo)孔鉆進(jìn)階段一擴(kuò)孔階段一收尾階段，具體流程見(jiàn)工藝流程圖：導(dǎo)井開(kāi)挖工藝流程圖準(zhǔn)備階段具備相應(yīng)水電條件后，將反井鉆機(jī)安裝在預(yù)先澆筑好的混凝土基

4、礎(chǔ)上，連接好各部分液壓系統(tǒng)管路和電氣管路，進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試。導(dǎo)孔鉆進(jìn)階段驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，自上而下鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，主軸的扭矩和推進(jìn)缸的軸向進(jìn)給通過(guò)鉆桿傳遞給導(dǎo)孔鉆頭，形成逐漸加深的導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔直徑為290mm，自鉆桿中心壓入的泥漿液，攜帶破碎的巖渣通過(guò)鉆桿與導(dǎo)向孔間的環(huán)形空間從井口排出，導(dǎo)孔和中平洞貫通后，導(dǎo)孔施工完成。導(dǎo)孔鉆進(jìn)示意圖擴(kuò)孔階段在中平洞拆掉導(dǎo)孔鉆頭，連接好擴(kuò)孔鉆頭，開(kāi)始自下而上的擴(kuò)孔工序，擴(kuò)大后的溜渣導(dǎo)井直徑為1400mm，擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)破碎下來(lái)的巖屑靠自重落到中平洞，由ZL50裝載機(jī)運(yùn)出。擴(kuò)孔示意圖收尾階段溜渣導(dǎo)井全部擴(kuò)透后，經(jīng)過(guò)鉆頭吊裝、拆機(jī)/清理工作面、進(jìn)口防護(hù)等工作后結(jié)束施工。正井?dāng)U挖正井

5、擴(kuò)挖采取自上而下一次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面，擴(kuò)挖直徑10.4m圓形斷面。正井?dāng)U挖前必須做好鎖口支護(hù)及鎖口砼施工。待齡期達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)全面進(jìn)行擴(kuò)挖，人工經(jīng)礦用提升系統(tǒng)下至掌子面采取鉆孔爆破方式。每茬炮進(jìn)尺控制在1.5m以?xún)?nèi)，防止爆破方量過(guò)大堵塞溜渣導(dǎo)井，每循環(huán)開(kāi)挖完成后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。正井?dāng)U挖施工工藝流程為：測(cè)量放線一鎖口施工f人工手風(fēng)鉆鉆孔f裝藥爆破f通風(fēng)排煙及安全處理f人工扒渣f錨噴支護(hù)f下一循環(huán)。施工放樣豎井正向全斷面擴(kuò)挖施工時(shí)，為控制豎井軸線，在豎井頂部測(cè)設(shè)四個(gè)控制點(diǎn)（用錨筋錨入基巖形成），將成對(duì)角的兩點(diǎn)均用弦線拉起，兩弦線的交點(diǎn)即為豎井中心點(diǎn)，每次鉆孔施工時(shí)，用弦線掛重錘對(duì)準(zhǔn)該中心點(diǎn)，即可放出掌子

6、面處的豎井中心點(diǎn)。對(duì)該四個(gè)控制點(diǎn)，測(cè)量人員每隔35個(gè)循環(huán)進(jìn)行一次校核，當(dāng)洞挖施工人員發(fā)現(xiàn)有異常時(shí)，可隨時(shí)要求測(cè)量人員檢查復(fù)核。豎井高程控制采用在井壁上設(shè)高程點(diǎn)，用鋼卷尺測(cè)量的方法進(jìn)行高程的傳遞。鉆爆出渣鉆孔爆破引水豎井開(kāi)挖鉆孔爆破遵循“短進(jìn)尺、弱爆破”原則。鉆孔施工采用YT-28手風(fēng)鉆，配一字型合金鉆頭進(jìn)行人工鉆孔作業(yè)，鉆孔采用濕式鑿巖法。爆破炸藥選用選用直徑032mm的乳化炸藥。爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)：主爆孔采用不偶合裝藥，輔助眼及周邊孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，引爆采用非電毫秒雷管引爆。出渣正向擴(kuò)挖出渣采取人工扒渣，通過(guò)導(dǎo)井溜渣至中平洞，用ZLC-50裝載機(jī)，裝渣，201自卸汽車(chē)出渣。中平洞內(nèi)堆渣高度控制

7、在W3m范圍，避免堆渣高度過(guò)高，堵塞導(dǎo)井出渣口，同時(shí)在中平洞下游10m范圍設(shè)置安全警示標(biāo)志，禁止進(jìn)入。通風(fēng)排煙正井?dāng)U挖施工時(shí)，溜渣導(dǎo)井已經(jīng)貫通，具備自然通風(fēng)條件。安全支護(hù)安全處理通風(fēng)排煙后及時(shí)對(duì)巖壁進(jìn)行排險(xiǎn)處理，鑿除巖壁上懸石、浮石并檢查爆破斷面，符合要求后，及時(shí)采取支護(hù)。在整個(gè)施工過(guò)程中，設(shè)專(zhuān)職安全員跟班作業(yè)。支護(hù)施工正井?dāng)U挖完成后及時(shí)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行支護(hù)處理。豎井支護(hù)順序：施工準(zhǔn)備一施工放樣一鉆錨桿孔一清孔一錨桿安裝一噴C20混凝土一下循環(huán)開(kāi)挖及支護(hù)噴混凝土：施工采用濕噴法，人工操作TK961濕噴機(jī)進(jìn)行施工。噴射混凝土集中由布置在高程595.0m平臺(tái)的混凝土拌制機(jī)拌制。錨桿施工：錨桿施工按照

8、設(shè)計(jì)圖紙規(guī)格、布置的鉆孔位置、孔深進(jìn)行施工，材料由鋼筋廠集中加工運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，鉆孔采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔。錨桿注漿采用GS20型注漿設(shè)備，人工輔助施工，注漿施工時(shí)注漿管插至距孔底50mm，隨水泥漿的注入緩慢勻速拔出；注漿漿液配合比按照設(shè)計(jì)圖紙要求拌制。反井鉆機(jī)施工中遇到的問(wèn)題與解決方法的嘗試由于地質(zhì)條件不明因素多，在反井鉆機(jī)擴(kuò)挖至170m處（高程495.0m），發(fā)生了卡鉆事故，鉆機(jī)通過(guò)自身一系列調(diào)整后，鉆桿與鉆頭均無(wú)法提升、下放、轉(zhuǎn)動(dòng)，為處理這一問(wèn)題，工程參建人員進(jìn)行了一系列方法的嘗試，現(xiàn)列舉出來(lái)，供同類(lèi)工程參考：方法：在操作平臺(tái)處通過(guò)鉆機(jī)中心的預(yù)留孔，穿入繩子至中平洞底部，從底部提升炸藥至卡鉆

9、部位，擬通過(guò)炸藥的沖擊力來(lái)松動(dòng)鉆頭周?chē)鷰r石的摩阻力，實(shí)施過(guò)程中因裝藥量估計(jì)不足，未能達(dá)到效果，被炸斷的繩子將鉆桿中心孔洞堵住，無(wú)法進(jìn)行第二次引爆松動(dòng)。方法：通過(guò)鉆桿與導(dǎo)向孔間的環(huán)形空間往鉆頭處添加潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑添加完成后，鉆桿仍無(wú)法提升與轉(zhuǎn)動(dòng)。方法：考慮到不清楚什么原因?qū)е驴ㄣ@，需要探明卡鉆部位的具體情況后，再研究具體的方案才切實(shí)可行，探明裝置采用氫氣球攜帶微型攝像機(jī)與微型手電筒組成簡(jiǎn)易電視攝像裝置通過(guò)已完成的導(dǎo)井上升至卡鉆部位進(jìn)行取證，在氫氣球上升50m后，由于氫氣球表面吸附導(dǎo)井內(nèi)的滲水量過(guò)多使得自重增加，無(wú)法繼續(xù)上升。方法：經(jīng)過(guò)反復(fù)研究后，決定在豎井開(kāi)挖范圍內(nèi)再增加一臺(tái)反井鉆機(jī)另外施工一個(gè)

10、導(dǎo)井（2號(hào)溜渣導(dǎo)井），該導(dǎo)井施工完成后作為檢修通道，人工通過(guò)吊籠進(jìn)入卡鉆位置橫向鉆爆打通至被卡鉆導(dǎo)井進(jìn)行鉆機(jī)解救，經(jīng)過(guò)不懈的努力，被卡鉆機(jī)成功解救，重新開(kāi)鉆，順利完成導(dǎo)井?dāng)U挖施工。鉆機(jī)解救示意圖結(jié)束語(yǔ)該工程施工難度大，通過(guò)施工實(shí)踐證明施工采取反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井的開(kāi)挖方法，確保了工程的施工安全與進(jìn)度，提高了工效，從技術(shù)上是成熟的，值得借鑒和推廣。下面就深豎井反井鉆機(jī)施工的優(yōu)勢(shì)，總結(jié)出幾點(diǎn)，供參考：施工安全和其它反井施工方法相比，反井鉆機(jī)施工時(shí)，工作人員不需要進(jìn)入工作面，進(jìn)行鉆孔、裝藥和臨時(shí)支護(hù)等工作，工作人員都在環(huán)境和安全狀況較好的上部，施工人員不在受落石、淋水和有害氣體的傷害，避免了安全事故的發(fā)生。工作效率高反井鉆機(jī)施工為機(jī)械化連續(xù)作業(yè)，速度快，比其他施工方法提高工效5-10倍。為后期施工創(chuàng)造了良好的條件，其綜合效益顯著。工程質(zhì)量好反井鉆機(jī)采用滾刀機(jī)械破巖，對(duì)圍巖破壞小，井壁光滑，有利于全斷面擴(kuò)挖溜渣、通風(fēng)、排水。反井鉆機(jī)采用液壓傳動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。渣料管理是反井鉆施工中的一項(xiàng)空白，尤其是導(dǎo)孔階段的渣料管理非常關(guān)鍵，建議在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過(guò)程中，在巖渣和泥砂進(jìn)入沉砂池之前把其撈出來(lái)，取樣并計(jì)算其數(shù)量。這樣做的好處是：可以隨時(shí)掌握地下巖石情