不良地质条件下的竖井开挖方案

2010-09-10范林文唐世明陈敬瑞

四川水力发电 2010年4期

范林文，唐世明，陈敬瑞

(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

古城水电站调压井布置在引水隧洞末端，为阻抗式调压井。调压井井底高程为1506m，井筒顶高程为1607m，井筒高95m，开挖直径21m，混凝土衬砌后直径19m。

调压井上部30m为覆盖层，中下部65m岩性为绢云母石英千枚岩，中等坚硬，裂隙发育，层面走向与竖井轴线呈小角度相交。该段发育一条断层 f(N78°W/NE∠18°)，断层顺井身发育长约50m，断层带内物质软化、泥化。受断层影响，该段岩体呈碎裂～散体结构，为V类围岩。

2 调压井开挖方案

先进行超前固结灌浆，然后利用反井钻机进行溜渣井开挖，再进行大井扩挖，大井扩挖前锁口;大井扩挖采用光面爆破，扩挖过程中跟进临时支护并结合永久支护。

2.1 超前固结灌浆

2.1.1 井壁外围超前固结灌浆

为提高调压井施工期的围岩稳定性、保证调压井开挖和混凝土衬砌过程中的施工安全及后期调压井的安全运行，在井壁开挖线外布置了3排超前固结灌浆孔，呈梅花型布置，排距1.5m，孔距1.5m，孔深85m。具体布置形式见图1。

2.1.2 导井中心超前固结灌浆

为保证溜渣井的顺利施工以及大井扩挖过程中溜渣井不垮塌堵塞溜渣井，在溜渣井施工前，先在调压井的中心(R2.5m圆周上)布置了7个深固结灌浆孔，孔深85m，孔与孔之间中心夹角为60°，具体布置形式见图1。

图1 超前固结灌浆孔布置图

2.1.3 施工方法

(1)钻孔。调压井上部(高程1607～1577 m)30m为覆盖层，采用φ110钢管(花管)桩，长度L=30m，调压井中下部(高程1577～1512m)65 m为岩石，采用偏心地质钻机进行跟管钻孔。

(2)预固结灌浆。调压井上部(高程1607～1577m)30m为覆盖层，通过φ110钢管一钻到底再进行灌浆;调压井中下部(高程1577～1512 m)65m为岩石，采用每5m一段自上而下分段灌浆。浆液配比为:

水泥浆水灰比——(水 ∶水泥)=1 ∶(1 ～0.6);

浆液——水泥 ∶水 =1 ∶(0.4 ～0.55);

压力:初始压力 0.4MPa，结束压力 0.8MPa。

(3)预置钢筋。为进一步提高调压井井壁四周围岩的稳定性，保证调压井开挖和混凝土衬砌过程中的施工安全及后期调压井的安全运行，超前固结灌浆最后一段开灌前，在灌浆孔内设置2φ32钢筋，再进行固结灌浆。

2.2 溜渣井施工

调压井中心进行超前固结灌浆后，利用反井钻机进行溜渣井的施工。先利用反井钻机钻φ400的孔，再扩成φ1200的溜渣井。溜渣井贯通后，采用δ=3mm的钢板对覆盖层井身段和不良地质段的溜渣井进行钢板内衬，以防止在大井扩挖过程中溜渣井堵塞。

2.3 大井扩挖与支护

(1)钢筋混凝土锁口。为保证调压井大井开挖过程中的安全，对调压井井口进行了锁口施工，钢筋混凝土锁口范围为高程1607～1603m，结合部分永久混凝土衬砌。

(2)调压井上部覆盖层开挖。锁口施工完成后，开始进行调压井大井扩挖施工。调压井上部(高程1607～1577m)30m覆盖层采用人工开挖，开挖深度为1m，及时采用中空自进式锚杆(φ25，L=3m、5m 交叉布置)+ 挂钢筋网(φ8@20cm×20cm)，喷25cm厚C20混凝土进行封闭，然后采用25A工字钢环向支护，钢支撑节与节之间的焊缝处采用10mm(厚)×200mm(长)×100mm(宽)钢板焊接相连，工字钢间排距为60cm，工字钢之间采用10#槽钢焊接连接，槽钢间距1m，并与锚杆焊接连接。

为保证调压井中下部开挖过程中的安全，调压井上部(高程1607～1577m)30m的开挖半径R=12m，开挖和临时支护2m后立即进行倒挂混凝土施工，倒挂混凝土衬砌之后半径为10.85m，不侵占永久混凝土衬砌结构线，倒挂混凝土为钢筋混凝土。设计倒挂混凝土底部高程为基覆界线以下10m，即高程1567m。

(3)调压井中下部(高程1577～1512m)开挖。调压井中下部(高程1577～1512m)65m为岩石，地处不良洞段，开挖半径R=11.2m，采用光面爆破，开挖1m，及时采用中空自进式锚杆(φ25，L=3m、5m 交叉布置)+局部挂钢筋网(φ8@20cm×20cm)，喷15cm厚C20混凝土进行封闭，然后采用环向25A环向工字钢支撑，排距100cm，钢支撑榀与榀之间采用间距1m的10#槽钢焊连，槽钢间距1m;钢支撑节与节之间焊缝处采用10mm(厚)×200mm(长)×100mm(宽)钢板焊接相连;工字钢采用锁脚锚杆固定。

(4)变形体处理。由于受“5.12”地震影响，调压井下部(高程1512～1536m)段发生严重变形，震后喷射混凝土多处开裂，工字钢变形，局部有渗水。针对上述情况，先将原有喷射混凝土开裂部位进行凿除并对原有变形钢支撑进行加固处理，再采用小导管预固结灌浆，小导管选用φ32钢管(花管)，L=3.5m，环向间距50cm，排距100 cm。固结灌浆浆液为掺入4%水玻璃的水泥浆，浆液配比为:

水泥 ∶水玻璃 =1 ∶0.04;

水泥浆水灰比(水 ∶水泥)=1∶(1～0.6);

水泥 ∶水 ∶小玻璃 =1 ∶(0.4 ～0.55)∶(0.02～0.10);

压力:初始压力为0.5MPa，结束压力为1.2 MPa。

固结灌浆结束后，喷15cm厚C20混凝土进行封闭，然后采用环向25A工字钢支撑，排距100 cm，与原有钢支撑间隔布置。钢支撑节与节之间焊缝处采用10mm(厚)×200mm(长)×100mm(宽)钢板焊接相连;钢支撑榀与榀之间采用间距1m的φ25钢筋纵向焊接相连，工字钢采用锁脚锚杆固定。