毕晓伟，陈志远

(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

高压电缆竖井由上、下竖井及平洞3部分组成，电缆上竖井与开关站相连，下竖井与主变洞相连。其中高压电缆上竖井井深为238.1 m，上竖井断面为矩形11.15 m×10.8 m(井口段大断面)、9.35 m×9 m(标准断面)。根据前期勘探地质资料，上竖井段岩性为中粗粒黑云母花岗岩，全风化下限高程为683.00 m;强风化下限高程为678.00 m;弱风化下限高程为666.00 m，地下水位高程为698 m，地质条件较差。上竖井最初规划采用反井法施工工艺进行施工，即反井钻机Φ200 mm先导孔施工→反井钻机Φ1.4 m导井反扩施工→自下至上一次扩挖形成Φ3.5 m溜渣导井→自上至下二次扩挖成形。但由于高岭土具有遇水易软化的特点，在施工过程中出现钻杆偏斜率过大、卡钻、掉钻等现象。结合前几次反井钻机施工先导孔失败的案例，经综合分析后，决定不再采用常规竖井开挖工艺，调整为正井法全断面施工方法。下面对该方法进行分析介绍。

2 施工方法

2.1 高岭土段开挖及分层

2.1.1最大分层开挖深度

经查阅相关地质资料，全风化花岗岩物理性质见表1。

表1 高龄土物理力学性质

对于分层垂直开挖，土方在无支护自由状态下可能达到的最大临界深度Hcr可采用下式进行计算：

(1)

ΔH=2q/γ

(2)

式中Hcr为土方在无支护自由状态下可能达到的最大临界深度；q为堆载，此处取10 kN/m2。

计算可得Hcr=87 m，从安全方面考虑，结合现场施工条件，最大分层开挖深度取3.0 m。

2.1.2井口以下3 m范围内开挖

测量人员根据设计图纸所示， 利用全站仪在每层开挖前， 放样出该层开挖轮廓线和孔位布置点， 为后续开挖提供条件[1]。竖井井口3 m覆盖层采用反铲开挖，预留20 cm人工修边。渣料由人工配合0.6 m3反铲出渣，3 t自卸汽车运渣料。开挖完成后立即进行系统支护(型钢拱架、挂网、锚杆、喷混凝土)，3 m覆盖层开挖支护完成后自下而上浇筑衬砌混凝土。

2.1.3剩余土方段开挖

井口3 m以下的V类围岩采用0.6 m3反铲开挖，并由反铲装渣入2.0 m3吊斗内，利用50 t汽车吊提渣。渣料吊至地面上后，吊斗渣料卸至5 t自卸车内，再由自卸汽车运至渣场。施工过程中布置2个吊斗并交替运行，进而缩短循环时间[2]。高岭土松方重量约为1.5 t/m3，吊斗重量为0.58 t，因此，单斗提升重量约为1.5×2+0.58=3.58 t，50 t汽车吊最小起重能力为4.2 t>3.58 t，满足施工要求。由于高压电缆竖井井口段开挖断面较大，为11.15 m×10.8 m，因此出渣量较大，因此在开挖井深大于15 m之后，改用80 t汽车吊加快吊斗提升速度，以满足现场施工进度需要。

根据地质勘探资料，高岭土层较厚，其厚度约为27.5 m，正井法开挖段井深较大，无施工通道。根据规范要求，竖井深度超过15 m时，人员上下采用“之”字形楼梯，并设护栏[3]。楼梯采用钢结构，并参照《15J401》标准图集，结合以往施工经验，自行设计、加工。

2.1.4孤石开挖

竖井土方段内若出现孤石，采用松动爆破进行破碎，造孔及装药参数根据孤石尺寸现场确定。爆破时孤石采用3层炮被覆盖，并采用砂袋压顶，防止飞石飞至井口。

2.2 系统支护

根据设计图纸高压电缆上竖井高龄土段系统支护采用挂钢筋网片+系统水泥砂浆锚杆+喷混凝土的形式进行。但在钻孔施工过程中发现钻机钻进迅速，无反尘，钻进2.5 m后拔钻杆，钻杆退出1 m后就无法再拔出钻杆，钻杆卡在孔内。因此改用Φ25×5，L=4.5 m自进式中空锚杆进行施工，该种锚杆具有连续的国际标准波形螺纹，易于钻进，将锚杆和注浆管的功能合二为一，注浆时它是注浆管，注完浆后无需将它拨出即成为锚杆[4]。相对于传统的锚固工艺，克服了手风钻造孔后引起的诸如塌孔、钻杆无法拔出等问题。自进式中空锚杆其结构见图1所示。

图1 自进式中空锚杆结构示意

2.3 锁口梁衬砌

高压电缆上竖井强风化下限高程678.00 m，为确保施工安全，根据设计要求，开挖完成后及时进行钢筋混凝土锁口圈梁的施工[5]。在锁口梁浇筑过程中项目部采用以下措施提高施工效率：

2.3.1满堂脚手架作业平台重复利用

混凝土浇筑作业，需要搭设满堂脚手架作为施工作业平台，脚手架横距×纵距×步距：1.2 m×1.2 m×1.0 m。由于锁口梁分仓高度较低，因此满堂脚手架只需搭设两层，总高3.2 m即可满足施工需要。且平台承受荷载较低，因此混凝土浇筑期间，基本不会造成脚手架疲劳，进而影响其整体稳定性。且根据力的传递特点，提升期间，杆件的力传递于各扣件上，因此只要扣件承载力设计值大于脚手架本身自重，提升期间就不会发生结构破坏。基于此种考虑，项目部为简化施工流程，加快施工进度，高压电缆竖井脚手架在施工期间采用一次组装，整体提升，多次循使用的方式。即在脚手架使用完毕后，不对其进行拆除，而是采用汽车吊整体提升至井口平台，在下仓混凝土立模完成后，对脚手架进行检修，再采用汽车吊整体吊放至下方至作业面重复利用。以下为脚手架整体提升受力校核：

根据力的传递特点，提升期间，杆件的力传递于各扣件上(4根杆，8个扣件)，已知脚手架结构自重:

G=1.2×(NG1K+NG2K)=1.2×(0.76+0.22)=47.04 kN

(3)

因此单个扣件承担荷载:

(4)

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.1.7所述，直角扣件、旋转扣件的承载力设计值为8 kN，因此提升期间结构不会发生破坏。

2.3.2混凝土入仓

由于高岭土地质段混凝土自上而下分仓浇筑，因此当井深较大时如何将混凝土入仓是混凝土浇筑的难点。对此项目部采用了在模板顶部预留仓口，混凝土仓口每隔1 m布置一个，人工配合天泵将混凝土入仓。

2.3.3混凝土入仓质量控制

由于高压电缆上竖井单仓浇筑高度为3 m，易发生离析。混凝土浇必须严格按分层、均匀、对称的要求进行，随浇筑随振捣。[6]振捣棒插入点即为混凝土入仓口，振捣完成后及时封堵并回填等强混凝土。

3 结语

梅蓄电站高压电缆上竖井高岭土地质段采用正井法施工工艺，避免了反井法施工反井钻先导孔重复施工的风险。并在开挖支护期间，通过以下几种方式，克服了大断面竖井高岭土地质条件下开挖难、支护难、进度慢等问题：

1) 通过汽车吊配合吊斗出渣，方便、快速、机动性好；

2) 人员通过“之”字形钢爬梯上下工作面最大限度的降低了施工人员高强度作业后爬井的风险；

3) 采用自进式中空锚杆进行系统支护解决了高岭土地质条件下普通水泥砂浆锚杆拔杆难、注浆难等问题；

4) 且通过合理的施工组织，保证了开挖、支护、衬砌等工序间的有效衔接。

合理的施工工艺及施工组织是保证施工有序进行、按时完成的重要手段，我项目部通过以上几种措施，成功在计划进度节点前完成高压电缆上竖井高岭土段开挖支护作业。