闫平，黄传庚

(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概况

索普拉多拉水电站位于南美洲厄瓜多尔国境内，是保特河流域上的重要梯级，为地下厂房式发电站。水电站由三台混流式发电机组成，发电水头为375.6 m，单机容量162.6 MW，总装机容量487.8 MW。

电站由高压竖井连接引水隧洞上平段与埋深430 m 的地下厂房。竖井设计断面为圆形，开挖典型断面直径为7.3～6.2 m，垂直开挖高度343.76 m。地质资料显示无大断层通过，围岩整体稳定，岩石强度为40～60 MPa，具备较好的成洞条件。

2 开挖支护施工方案

2.1 开挖支护总体方案的确定

高压竖井开挖采用“反井钻机导井法”和“人工溜渣井+自上而下扩挖”的施工方法。首先采用BMC400型反井钻机造φ270导向孔，接着由反井钻机自下而上进行φ1.4 m 导井开挖，然后由人工自上而下对导井进行扩挖形成φ3.4 m 溜渣井，最后由人工自上而下进行φ7.3 m 竖井全断面扩挖及支护施工。

鉴于竖井深度达343.76 m，且因岩层走向和硬度变化、地质缺陷等潜在因素影响，是否能够竖直开挖至底部与引水隧洞下平段准确连接非常重要。为此，竖井开挖前，制定了两套开挖施工方案。方案一:釆取竖井全高一段开挖;方案二:增加水平支洞，分段进行竖井开挖方案。

(1)方案一:竖井全高一段开挖支护。

采用反井钻机全高一段完成竖井导孔钻设和导井扩挖施工。由于反井钻机的偏斜率不超过井深的1%，即导孔钻设完毕，与引水隧洞下平段的中心线水平最大偏差不超过约3.44 m。若控制得当，此偏差会更小。该方案的优点是反井钻机、开挖提升系统及相关辅助设施仅需安置和拆卸一次，既节省了竖井施工的直线工期，且不增加支洞费用。难点主要是反井钻机偏斜率的精度控制要求非常高，要求在1%偏斜率的基础上，再进一步减小偏差。若第一次导孔钻设偏斜率较大而成为废孔，则重新钻设导向孔需增加竖井直线工期;其次是竖井扩挖提升系统的施工安全管理难度较大。

(2)方案二:增加水平支洞，分段进行竖井开挖支护。

增加一条330 m 长的水平支洞(5 m×5 m，城门洞型)至343.76 m 竖井中段，将超深竖井分两段施工，上段竖井深106.33 m，下段竖井深237.43 m。该方案的主要优点是按照BMC400型钻机不超过1%井深的偏斜率，可以控制竖井与引水隧洞下平段准确连接，从而降低了因导孔偏斜过大、重新钻设的工期风险;其次是竖井分段施工后，扩挖提升系统的安全管理难度较小。但由于需增加支洞、增加预算费用且因竖井要分两段施工，反井钻机、开挖提升系统及相关辅助设施的拆卸和安置各增加1次，均需增加竖井的直线工期。

综合考虑以上因素和分析结果，决定采用方案一进行超深高压竖井的施工。

2.2 导向孔和导井施工

采用反井钻机进行导向孔和导井施工。反井钻机就位后从上往下钻设导向孔(φ270)，然后自下而上进行导井(φ1.4 m)扩孔施工。导向孔钻进过程中，定期采用测斜仪测斜，及时掌握导向孔偏斜度，发现异常情况采取加设稳定杆、控制钻进速度、控制钻机水平度等措施进行纠偏。导向孔和导井施工方法见图1。

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图1 导向孔和导井施工方法示意图

图2 溜渣井及全断面扩挖施工示意图

2.3 溜渣井及全断面扩挖施工

溜渣井(φ3.4 m)采用从下往上分段钻爆的方法进行施工，每12 m 为一段，全井分28段进行扩挖。溜渣井扩挖采用小型施工吊篮作为施工平台，吊篮采用10 t 卷扬机牵引，吊点设在竖井正上方，吊篮设两层，每层容一人，采用气腿钻在导井井壁上钻设略下倾的水平孔，水平孔间排距为0.8 m，钻孔深度1.15 m。

竖井全断面(φ7.3 m)扩挖采取“竖直造孔，周边光爆”的方法进行，单循环爆破进尺3 m 左右。光爆参数通过试验确定并随施工过程逐步进行优化。溜渣井扩挖及全断面扩挖施工方法见图2。

2.4 支护施工

为确保支护施工紧跟全断面扩挖施工，需加工一支护施工平台(图2、3)。锚杆采用TY-28手风钻造孔，MZ-1注浆机注浆，人工安装。

喷混凝土料采用溜料管(φ200钢管)溜至支护工作平台上的集料斗，小型湿喷机施喷。

图3 竖井大吊篮施工平台示意图

3 垂直运输方案

3.1 垂直运输方案的确定

竖井垂直运输配备一台10 t 主卷扬机和两台5 t 副卷扬机，溜渣井扩挖的小吊篮采用10 t 主卷扬机牵引。由于竖井深度达343.76 m，故垂直运输的安全至关重要。经研究确定了采用升降吊篮的方案合理可行，安全度较高。

3.2 垂直运输方案

本工程垂直运输采用升降吊篮方案，吊篮采用卷扬机牵引，卷扬机布置在上平段距竖井中心约30 m 处。在井口正上方设置承重横梁，钢丝绳由卷扬机发出经安装在承重横梁上的定滑轮转入井内与吊篮相连。钢丝绳分主绳(φ28)和稳绳(φ21.5)两种，定制卷绳长度为400 m。主绳由中间的10 t 主卷扬机牵引，与吊篮相连;稳绳由两边的5 t 副卷扬机牵引，与吊篮下方的支护施工平台相连。为防止吊篮打转，稳绳须通过从吊篮外侧伸出的滑轮。在竖井井口架设人行栈桥，人行栈桥中间的预留孔供通行。

支护施工平台下方设安全盖，由可自由调节长度的钢索悬挂在支护平台下方，用于堵住溜渣井井口，确保施工安全，安全盖兼作支护施工平台的配重(图4)。

4 施工中的难点、重点及对策

4.1 导孔钻孔精度控制

竖井导井施工成败的关键在于导孔钻孔的精度控制。高压竖井深约371 m，开挖洞径7.3 m，终孔偏差率要保证不大于1%，否则将成为废孔。导孔偏斜度纠偏常采用的有效方法为勤测孔斜、回填高强混凝土(并等强)重新钻进、中部加稳定杆、控制钻速和钻机的水平度等。

4.2 不良地质岩层中的导孔施工

在该工程高压竖井开挖支护过程中，导孔钻设时可能遇到两个地质问题:一是遇溶洞(群)导致孔口不返水，钻机扭矩增大而影响正常钻孔;二是遇中高硬度、具有导向作用的岩层导致多次钻孔偏斜过大，成为废孔。

遇到溶洞(群)后，一般采用孔内回填灌浆的方式进行处理。灌浆以灌砂浆或强度等级较高的一级配混凝土为宜。回填的砂浆和混凝土可掺速凝剂，等强后沿原孔继续钻进。

导孔钻进过程中遇到对钻孔导向与岩层走向夹角较大、具有一定导向作用的硬质陡倾角岩层时，一般采用“钻进→孔斜测量(若偏移超标)→孔底爆破→固结灌浆→再钻进→孔斜测量”的办法，经反复爆破和固结灌浆，最终破坏并穿过该“导向”岩层，顺利终孔。

5 结语

图4 高压竖井垂直运输系统布置图

厄瓜多尔索普拉多拉水电站343.76 m 高压竖井属于国内、外超深竖井之一，全高一段开挖到底，施工难度极大。从开挖支护施工方案和垂直运输方案的确定，到导孔钻孔精度的控制和不良地质条件对导孔钻孔的影响及对策，都经过反复讨论和研究，施工技术趋于成熟，适合实际应用和推广。