张朝泽，杨 耀

(中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 工程概况

梅州抽水蓄能电站地处广州～汕头粤东部分的中部，位于广东省梅州市五华县南部的龙村镇黄狮村境内，电站上、下水库均位于黄狮村内。上水库进/出水口闸门井(简称“上库闸门井”)井口位于上库进/出水口EL.824.500平台上，上库闸门井竖井控制点坐标M1(X=2 588 941.297，Y=34 429.435)。其底部与上库进出水口引水主洞相连，井深为62.872 m，井口高程为EL.824.500 m，井底高程(至底部引水主洞段顶拱处)EL.761.628 m，上库闸门井开挖断面尺寸13.6 m×7.9 m。井口15 m段围岩质量为Ⅳ类，以下剩余洞段围岩质量均为Ⅲ类。

下水库进/出水口闸门井(简称“下库闸门井”)井口位于下库进/出水口EL.421.000平台(1#公路靠下水库侧)，下库闸门井竖井控制点坐标P(X=2 589 728.794，Y=343 513.748)。其底部与下库进出水口尾水主洞相连，井深为59.404 m，井口高程为EL.421.000 m，井底高程(至底部尾水主洞段顶拱处)为EL.361.596 m，下库闸门井开挖断面为13.6 m×7.9 m。井口15 m段围岩质量为Ⅳ类，以下剩余洞段围岩质量均为Ⅲ类。

2 施工程序概述

上、下库闸门井开挖共分为两个步骤：① 首先使用反井钻机开挖直径为200 mm的先导孔，并向上反拉直径为1.4 m的导井；② 再采用正井法自上而下一次扩挖成型。闸门井Φ1.4 m导井采用LM250型反井钻机施工，扩挖时先扩挖井口20 m段，再安装井口施工平台及提升系统，后续再进行剩余井身扩挖。

3 施工程序调整的目的及原因

梅州抽水蓄能电站上库闸门井开挖深度为62.872 m，下库闸门井开挖深度为59.404 m，开挖尺寸为13.6 m×7.9 m，施工过程中并非采用常规竖井开挖方法[1]：反井钻机导孔、导井施工→反井法一次扩挖形成Φ3.5 m溜渣导井→正井法二次扩挖成型，而是均采用正井法一次扩挖成型的施工方法进行开挖施工。

调整施工程序的原因主要有以下3点：

1) 上、下库闸门井井口段均为Ⅳ类围岩洞段，属于不良地质洞段。采用常规施工程序，反井钻机施工完成Φ1.4 m导井后再人工钻爆自下而上进行一次反扩施工，则施工过程中存在不可控的安全隐患。

2) 在电站系统中相对其它竖井而言，上库闸门井开挖深度为62.872 m，下库闸门井开挖深度为59.404 m，井身较短，施工过程若是能省去自下而上一次扩挖，形成Φ3.5 m溜渣井及一次扩挖，提升系统拆除等施工环节，则能节约施工资源，有利于施工成本控制。

3) 上、下库闸门井工期紧张，其施工进度直接影响梅州抽水蓄能电站上、下库进出水口下闸蓄水工期节点，如果采用正井法全断面一次扩挖成型的施工方法，上、下库闸门井2条竖井将分别节约工期约为23 d(其中一次扩挖提升系统拆除节约工期10 d，一次反扩施工节约工期13 d)，将推进项目按节点目标顺利完工。

4 施工程序调整后遇到的问题及解决措施

梅蓄电站上、下库闸门井开挖施工程序调整后主要存在以下两个方面的问题：

1) 全断面一次扩挖施工时，溜渣井直径仅有1.4 m，将大大提高溜渣井堵塞的风险。

2) 溜渣井直径减小后，扒渣的工作量将大大提高，人工投入及劳动强度增加。

因此，为保证上、下库闸门井开挖施工顺利进行并达到调整施工程序后预期的目标，必须采取相应解决措施，以保证项目的顺利实施。

结合类似竖井开挖施工经验并针对上、下库闸门井井身较短的特点，采用了以下两点措施：

1) 设计合理的爆破参数：炮孔方向应平行于Φ1.4 m溜渣导孔轴线，布孔间距太大会造成爆破后石渣块径较大，容易造成溜渣井堵塞。布孔间距太小会导致打孔时间过长、起爆器材及炸药使用量大，不利于成本控制。每循环爆破后的石渣量与开挖进尺的大小有关，每循环进尺过大，爆破后大量的石渣会瞬间堵塞溜渣井井口，给施工带来较大的安全隐患，因此，必须控制每循环开挖进尺。经生产性试验及现场实际施工总结，适合上、下库闸门井全断面开挖施工的爆破设计参数为：每排炮进尺2.0 m，最大孔距为0.8 m，排距0.7 m，采用毫秒非电起爆网络[2]。上、下库闸门井扩挖钻爆示意见图1，主要爆破设计参数见表1。

图1 上、下库闸门井扩挖钻爆示意(单位：mm)

表1 上、下库闸门井主要爆破设计参数

2) 现场扩挖施工时，为减小每循环扒渣量，将掌子面溜渣导井孔口扩挖成漏斗形。增大溜渣井孔口断面，为防止溜渣井堵塞的同时，在开挖爆破后能够有效汇集开挖石渣并使之沿导井溜至闸门井底部。从而使竖井开挖掌子面留有的石渣量最小，节省扒渣时间，减小人工劳动强度，加快施工进度。

5 施工布置

5.1 提升系统布置

上、下库闸门井开挖提升系统主要功能是满足闸门井材料、扒渣用反铲吊运的需要，该提升系统分2个阶段布置：第1阶段，即闸门井井口20 m段开挖支护阶段，采用16 t汽车吊吊运材料、25 t汽车吊吊运扒渣反铲上下闸门井。第2阶段为闸门井井口20 m以下的井身段开挖支护阶段，其提升系统包括：5 t变频卷扬机1台，2 t牵引用卷扬机1台，1个门形支架、1套反铲运输小车、1个井盖、1组钢丝绳及其转向滑轮系统。图2～3分别为上、下库闸门井井口平台提升系统布置示意。

图2 上库闸门井井口平台提升系统布置示意(单位：mm)

图3 下库闸门井井口平台提升系统布置示意(单位：mm)

5.2 施工人员上下闸门井途径

上、下库闸门井开挖提升系统主要功能是满足闸门井材料、扒渣用反铲吊运的需要，不具备承载施工人员上下闸门井功能。闸门井井口20 m段扩挖时(即第1阶段)人员上下通过井壁挂设的钢管直爬梯，为保证人员安全应在直爬梯上加设防坠器，并做好双保险措施。闸门井扩挖第2阶段时人员上下采用布设于井壁的之字形钢爬梯，钢爬梯底部应与工作面间有约5 m的安全距离，在施工过程中根据飞石对爬梯的破坏程度对安全距离进行适当调整，人员通过直爬梯上下，该处直爬梯与井口20 m段相同，需加设防坠器，并做好双保险措施。钢爬梯结构布置见图4。

6 施工方法

6.1 反击钻机导孔、导井施工

梅蓄电站上、下库闸门井反井施工均采用LM-250型反井钻。反井钻施工分为导孔施工、扩孔施工两个步骤[3]。

上、下库进出水口闸门井导井施工步骤基本一致，具体施工步骤为：作业平台的施工→反井钻机基础及循环水池的施工→安放干净油筒配小潜水泵做主机冷却循环水→安装反井钻机，并进行调试→由上向下钻进Φ200 mm导孔→导孔贯通后，拆掉导孔钻头，接上Φ1.4 m扩孔钻头，由下向上进行扩孔施工→拆除钻机并做好防护。

图4 钢爬梯结构布置侧视示意

1) 先导孔施工

闸门井井口测量定位后，对井口场地进行整平、清理，然后浇筑基础混凝土。基础尺寸为4.5 m×3 m，厚为0.7 m，分一、二期浇筑。待反井钻机基础混凝土达到设计强度的70%后，进行钻机安装调试及试运转。为确保先导孔的钻孔精度，控制先导孔偏斜率，在钻进过程中，及时跟进测斜，当发生钻孔偏斜时则必须及时采取措施纠偏[4]。结合以往反井钻施工斜井经验，拟定施钻参数如表2。

表2 导孔钻进参数选择

2) 扩孔钻进

当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具，直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速(5～9 rpm)旋转，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，钻头停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。开始扩孔时，下边要有人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。在扩孔钻头全部进入钻孔时，为防止钻头剧烈晃动而损坏钻头钻具，应该使用低钻压[5]。此时钻机的提升能力为720 kN，扣除系统的压力损失，提升能力为680 kN。正常钻孔过程中，扩孔施工钻孔速度为0.5～0.7 m/h，钻压为800～1 200 kN，转速为7～8 r/min，回转扭矩50～60 kN·m。在扩孔过程中，当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孔钻进时要及时清理扩孔破碎下来的岩屑，防止下口被堵塞。换钻杆操作时在钻杆未固定的条件下应切记不能反转，否则钻杆易脱落[6]。扩孔过程也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行必要的清理，上油戴好保护帽。

3) 完孔

当钻头钻至距基础2.5 m时，应降低钻压慢速钻进，且需认真观察基础周围是否有异常现象。如果基础四周出现裂缝，则停止钻进、停机，小心将钻头固定，在确保安全时小心拆除钻机，最后用风镐挖掉松动基岩，取出钻头。

4) 拆机

将扩孔钻头卡固在钢轨上，拆掉钻机的前后斜拉杆和各种油管，将主机从钻架上拆掉，将钻架主机车和一些辅助设备拆下。将扩孔钻头吊牢，将轨道拆掉，再将钻头提出孔外。随后将操作车吊上来，再将泵车、油箱冷却器拆下，全部钻孔工作结束。

6.2 竖井石方扩挖

1) 井口段20 m扩挖

上、下闸门井井口20 m段爆破开挖时，飞石较易飞出井口，因此，为有效防止爆破飞石损伤，需先行开挖井口20 m范围后再安装闸门井上部提升系统。该段闸门井开挖时，人员上下通过井壁挂设的钢管直爬梯，为保证人员安全，应在直爬梯上加设防坠器，并做好双保险措施，材料和设备吊运采用16 t随车吊和25 t汽车吊。

2) 井口20 m以下井身扩挖

井口以下20 m开挖完成后，及时进行扩挖井口提升系统安装。该提升系统的主要功能是满足闸门井材料和扒渣用反铲吊运的需要，其构成包括：1个门形支架、1个钢结构平台、1套反铲运输小车、1个井盖，1台提升用5 t变频卷扬机，1台2 t牵引用卷扬机、1组钢丝绳及其转向滑轮系统。

此时人员上下采用布设于井壁的之字形钢爬梯，随着闸门井开挖掌子面逐渐向下延伸，布置于井壁的之字形钢爬梯逐段向下安装。

3) 爆破扩挖

竖井段扩挖采用手风钻造孔，2#岩石乳化炸药爆破开挖，药卷参数为Φ32×350 mm。为保证爆破效果，以先期成形的Φ1.4 m反导井为爆破临空面，因此，炮孔方向应平行于Φ1.4 m溜渣导孔轴线，一次爆破扩挖后达到设计断面尺寸。正式扩挖开始前，应进行爆破试验，验证爆破参数的合理性。

爆破完成后产生的松渣，由反铲配合人工送入溜渣井，为防止导井堵塞，上、下库闸门井下平段集渣场在溜渣结束后，检查无堵塞情况，应尽快用井盖将溜渣井井口封闭，组织3 m3装载机配合20 t自卸车出渣。爆破孔间排距严格按照爆破设计造孔，孔间排距不得大于钻爆设计要求，装药时严格控制装药量、堵塞长度，每次溜渣结束后检查是否有堵塞情况，如有堵塞情况判断堵塞位置后采用小药量进行崩落，利用导爆索引至孔口起爆。

7 结语

梅州抽水蓄能电站上、下库闸门井采用正井法一次扩挖成型的施工方法较常规采用两次扩挖的施工方法共节约工期23 d，按照单个闸门井扩挖日投入25人，每人每天工资按200元计，其节约人工费25×200×23×2=230 000元。直接节约工程施工成本23万元，相关节省施工期间照明用电、机械设备使用费、管理人员工资以及提前完成施工任务产生的相关间接经济效益约15万元，实际产生的经济效益共计38万元。

与常规竖井分两次扩挖相比，梅蓄电站上、下库闸门井，采用反井钻机施工完成Φ1.4 m导井后自上而下全断面扩挖成形的施工程序，减少了自下而上反井法一次扩挖的施工程序，也省去了一次扩挖提升系统拆除的施工环节。降低施工安全风险的同时，加快了施工进度，降低了施工资源投入，提高了施工总体效率，同时也产生了较为可观的经济效益。