直接采用1.4m小导井施工技术的大直径深竖井施工

2018-01-04

四川水利 2017年6期

(中国水利水电第六工程局有限公司乌东德施工局，沈阳，110013)

周铁军

(中国水利水电第六工程局有限公司乌东德施工局，沈阳，110013)

竖井施工在地下电站施工中应用日趋频繁，常见竖井包括出线竖井、引水竖井、通风竖井等，竖井大小和施工型式多种多样，尤其在大直径、深竖井施工中，井下施工的安全防护、人员井内的施工通道、材料设备等的井内运输及开挖循环进尺及支护跟进情况等环节，均存在较大安全风险。为确保施工安全、加快施工进度、降低成本，以金沙江乌东德水电站右岸出线竖井及右岸引水竖井为例展开研究，通过改变传统方式，直接采用反井钻机钻设1.4m小导井作为溜渣井，无人工扩挖溜渣井的施工技术，结合精细化的爆破控制、安全标准化的施工管理加快施工进度，降低施工风险，节约施工成本。

大直径深竖井 1.4m小导井施工技术快速施工乌东德水电站

1 工程概况

金沙江乌东德水电站坝址右岸隶属云南省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省会东县。电站左右岸共有12台机组，总装机容量10200MW，是世界级巨型水电站。乌东德水电站右岸地下电站大断面竖井施工主要包括右岸出线竖井和右岸引水竖井，右岸出线竖井由上、下两部分组成，中部988m高程由出线平洞及桥机室连通，其中出线竖井上段高程自1179.7m至987m，总高度为192.7m。下段高程自987m至818.15m，总高度为168.85m，出线竖井上、下段开挖直径均为14.20m，净断面直径13.00m。

右岸地下电站引水系统共布置6条引水隧洞，采用“单机单洞”向机组供水的方式，引水隧洞上下平段高差116.25m，采用竖井连接，上下平段、上下弯段及竖井段均为圆形断面开挖，最大开挖断面为15.7m。单条引水竖井开挖总高度为104.5m。

2 施工工艺流程

2.1 φ1.4m导井钻设

竖井导井施工包括：施工准备、反井钻机就位、φ216mm导孔钻进、φ1.4m导井钻进等几个步骤，导井施工程序见图1。

图1 导井施工程序

2.1.1 钻机基础施工

以出线竖井中心为中心，开挖长3m、宽3m、深度0.5m深的基坑，清理干净基岩面后浇筑混凝土，混凝土标号C20，浇筑深度以实际开挖深度为准，钻机混凝土基础高出地面50cm，以利于施工排水。混凝土上平面要平，凸凹变化不能超过1.5cm。施工顺序为：施工放线(确定开挖范围)→开挖到基岩→清理基岩面→浇筑基础混凝土→安装钻机。反井钻机最大件重约10t，安装时采用16t汽车吊配合安装。钻机基础结构及形式见图2。

图2 出线竖井二段反井钻机基础结构

2.1.2 循环水池施工

反井钻机作业时，导孔钻进需水5m3/h～10m3/h，用于循环排渣，冷却反井钻机液压系统；扩孔钻进需水15m3/h，用于冷却液压系统和扩孔钻头。在反井钻机基础附近砌筑长约3m，宽2m，深1.0m的沉淀池和清水池各1个，用于反井钻机导孔钻进排渣及循环供水。

2.1.3 φ216mm导孔及φ1.4m导井施工

反井钻机基础、循环水池等施工以及反井钻机的安装、调试完成后，进行φ216mm导孔钻设，导孔完成后将反井钻机钻头替换为直径1.4m的反扩钻头，从下至上将导孔扩大为1.4m的导井。

2.2 竖井安全生产技术保障

2.2.1 标准化的本质安全设计方案

竖井标准化的本质安全设计方案主要包括井口平台的混凝土硬化、标准的防护栏杆设置、井口提升系统的布置及安全警示标志等。

(1)竖井上井口平台采用C20混凝土进行场平硬化。平台临边及竖井井口等部位全部采用标准化栏杆进行防护。护栏留有进人门以方便人员、材料设备进入，在防护栏杆上挂放安全警示牌。

(2)竖井提升系统主要包括中控室、井口封闭系统、载物提升系统、防坠式载人提升系统、井内吊盘系统等。

图3 竖井提升系统

①中控室：共布置6台卷扬机，其中3台JM10型卷扬机中2台用于悬吊井内工作吊盘，1台用于井内吊运反铲；2台JM5型卷扬机中1台用于载人吊笼提升，1台用于载人吊笼稳绳张紧；1台JM1型卷扬机用于反铲下放孔盖板的开闭；配置1套中控操作台集中控制井口提升系统，保证升降动作的安全可靠。

②井口封闭系统：井口采用型钢焊制井口盘将竖井井口全封闭，井口盘中央预留反铲吊物孔及载人吊笼预留孔，预留孔周边布置防护栏杆及踢脚板，预留孔以外的井口盘满铺3mm厚钢板，保证井口杂物无法掉入竖井内。井口盘上部布置有主副提升井架及工作吊盘吊点定滑轮，井口盘共布置两道双I50b工字钢主受力梁，满足反铲行走、工作吊盘悬吊的荷载要求，保证竖井内施工人员的安全。

③载物提升系统：由中控室内布置的1台10t卷扬机通过井口8m高的提升井架及井口盘的预留孔进行反铲、材料等的井内运输，井架下方的钢丝绳上布置有限位装置，防止卷扬机过卷。

④载人提升系统：由中控室内布置的1台5t卷扬机通过吊笼提升井架悬吊防坠式载人吊笼，载人吊笼在突然断绳时可通过防坠器将吊笼停靠在稳绳上，保证承载人员的生命安全。

⑤井内工作吊盘系统：由中控室内的2台10t卷扬机通过井口盘上的2个提升定滑轮提升井内的工作吊盘，吊盘中央预留5m×5m的反铲下放孔，吊盘自重约10t，主要作用为堆放材料设备、风水电管线的检修续接及保证吊盘下方施工人员的安全。吊盘通过卷扬机可在井内上下移动，爆破时将吊盘提升至距工作面30m的位置进行爆破安全避让。

2.2.2 标准化的施工程序

竖井导井施工→竖井全断面开挖支护完成30m→提升系统制作与安装→提升系统验收→投入竖井开挖支护使用→竖井后续全断面扩挖施工。

为防止爆破飞石破坏井口提升系统，待竖井全断面开挖支护完成30m后，再进行提升系统安装，安装后组织相关参建单位验收，同时进行吊笼防坠器模拟试验及载人吊笼荷载试验，验收合格后投入使用。

2.2.3 标准化的安全生产管理体系

(1)下发竖井安全生产相关制度

施工局下发《竖井升降系统作业安全管理要求》、《下井须知》、《下井操作规程》、《卷扬机操作规程》等制度，并将制度主要内容在现场采用标识牌的形式进行展示，做到安全制度人人心中有数。

(2)井口设置专职信号指挥人员

在井口白、夜班各配置1名专职信号指挥人员，负责竖井操作室及井内人员的信号沟通传递工作。同时配置1～2名专职文明施工人员，主要负责井口周围石渣、杂物等清理工作，并对爆破后进行洒水降尘，防止井口杂物意外落入竖井内伤人。

(3)下井、上井人员实行签到制度并召开班前会

施叔青的小说中，这样有能力自立却选择依附于男性的角色有很多，在不同文化之间摇摆不定的女性角色也有很多，这些合一的体现在了李愫的身上，施叔青对于这类女性总有着同情也包含批判，这种困境不仅仅出现在这样一群特殊群体的女性中，更存在于当下社会，而只有群找到自己的文化落脚点，拥有女性的主体意识，才不会在生活中迷失。

所有下井、上井人员在下、上井前进行签到，明确下、上井时间及人员数量。

(4)信号指挥采取双保险

所有上、下井的人员及设备在上、下井时，首先由上下井口信号工发出电铃及灯光信号，标准的电铃信号为“一声停，二声上，三声下”。同时采取对讲机二次确定的双保险措施，铃声响完后，由井口的专职信号传递人员通过对讲机的形式进行二次确认后再进行提升作业。

(5)建立日常检查制度

每班作业人员下井前，由专职安全员对整个提升系统进行检查，检查项目包括：卷扬机、防坠器、钢丝绳、载人吊笼、大盘等。施工局安全部对提升系统实行每周大检查制度，发现隐患，立即整改。

(6)对导井进行封闭

导井除在溜渣时敞开外，其余时间均采用盖板进行封闭，防止井内作业人员发生坠落。

(7)一炮一支护制度

竖井施工实行一炮一支护制度，爆破后及时联系设计地质人员进行地质编录，并组织参建各方进行验收，验收后及时进行支护施工，喷混凝土完毕6h～8h即可进行下一循环的开挖施工。

2.3 竖井全断面开挖控制

2.3.1 开挖方法

φ1.4m导井扩挖完成后，自上而下进行竖井全断面扩挖，采用YT-28手风钻钻孔，钻孔深度2.3m，预计循环开挖高度2m，开挖一层支护一层，竖井井口段扩挖完成约3m后，沿井壁先施工锁口锚杆及锁口混凝土，以稳固表层松散围岩，喷混凝土后待强6h～8h进行下一循环的爆破施工，采取“短进尺、勤支护”的施工工艺，每循环进尺2m～2.5m，每月开挖进尺控制在25m～30m。

2.3.2 爆破设计

出线竖井二段全断面扩挖采用手风钻钻垂直孔装药爆破，钻孔孔径为φ42mm，中间钻设崩落孔，周边钻设光爆孔，崩落孔等间距布置，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.2之间，光爆孔的孔距以(10～15)d控制(d为孔径)，拟采用50cm左右，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.3之间。崩落孔采用φ32mm药卷，装药系数取0.5～0.8；为保证光爆效果，周边孔采用φ25mm细药卷，装药量不大于200g/m。炮孔堵塞长度一般在0.7～1.0抵抗线之间，且不小于50cm，堵塞材料选用黄泥和砂子的均匀混合料。爆破采用非电毫秒塑料导爆管串、并联形成爆破网络实现微差爆破，磁电雷管起爆。

施工过程中周边光面爆破孔，采用红外激光定位技术精确放样，准确标出周边光爆孔的孔位及方向。所有的周边孔均在设计轮廓线上开孔，钻孔略向外倾斜2°～3°，各钻孔之间保持平行，孔底落在同一高程上。在施工中不断优化爆破设计，提高爆破效率。出线竖井二段全断面扩挖钻孔布置及网络连接图4、爆破设计参数见表1、表2。

图4 全断面扩挖钻孔布置及网络连接

表1 出线竖井第二段各段位爆破参数

表2 出线竖井第二段爆破设计主要技术参数

2.3.3 导井防护

竖井全断面扩挖时设置安全井盖封闭φ1.4m导井井口，安全井盖采用12#槽钢焊制成“米”字型骨架，采用φ16mm@10cm钢筋网焊接于槽钢上形成，井盖通过井内的工作吊盘悬吊于井内，钻孔施工时吊盘下落，使安全井盖下落至φ1.4m导井井口，将井口封闭。在爆破时采用井口提升装置将工作吊盘及安全井盖提升至距开挖面30m距离，竖井下部出渣及工作面钻孔时下落至工作面将导井井口封闭。

3 施工操作要点

围绕如何规避大直径、深竖井施工中，井下施工的安全防护、人员井内的施工通道、材料设备等的井内运输及开挖循环进尺及支护跟进等环节存在的较大安全风险；采取1.4m小导井作为溜渣井，如何严格控制岩块粒径等问题。在施工过程中采取了精细化爆破设计、严格的质量控制措施、标准化的安全生产技术。

3.1 精细化的爆破设计

在进行竖井开挖前，采取精细化爆破措施，制定详细的爆破设计，并在施工过程中不断总结优化爆破参数。竖井开挖面采用垂直爆破，所有炮孔均采用手风钻造孔，小孔径、小药量、毫秒微差，环向分段爆破，由内及外，从小圈到大圈分段爆破，严格控制岩石粒径。

3.2 严格的质量管理

开挖中采取逐孔测量放样、逐孔检测孔向、孔深，采用定人、定机、定责的质量管理办法，做到对造孔、装药、爆破等每道工序严格监控，同时，采取“一炮一总结、一炮一考核”的质量控制方法，对钻爆工艺流程进行规范化控制，确保爆破质量达到要求，同时保障竖井安全稳定。

3.3 标准化的安全生产技术

大断面、深竖井施工中井内的材料设备运输、人员施工通道、开挖循环进尺及支护跟进等环节均存在较大的安全风险。竖井施工过程中采取行之有效的本质安全方案和过程严格的控制，以降低竖井施工安全风险。在竖井施工中全面推行“竖井安全生产标准化施工技术”，保证竖井施工过程中人员、材料设备运输、开挖支护等各环节的本质安全。包括：标准化的井口提升系统、标准化的施工方法和作业流程、标准化的安全监督管理体系。