调压室竖井导井开挖施工技术

发表时间:2016/3/8   来源:《工程建设标准化》2015年10月供稿   作者:余明东
[导读] 中国水利水电第五工程局有限公司 竖井导井开挖施工中,选择合适于本工程的施工方法。

(中国水利水电第五工程局有限公司)

【摘  要】竖井导井开挖施工中,选择合适于本工程的施工方法
【关键词】调压室竖井;导井;开挖

1.工程概况
        金窝水电站调压室位于田湾河左岸山坡比较雄厚的山体内,调压室为埋藏式,调压井竖井底部高程为2258.7m,顶部高程为2339.813m,竖井井深81.113m,上室底部高程为2331.5m。调压室围岩为二叠系上统中厚层状的云母石英岩夹云母石英片岩,岩体中主要存在四组裂隙,调压室置于微风化~新鲜的完整岩体中,围岩以III类为主,其成井条件较好。
        由于受山体地势影响,调压室通风洞出口位置仍未确定,为满足施工需要,只能先从蝶阀室进入,延竖井中心自上而下开挖导井,待调压室通风洞出口位置确定后,从通风洞至调压室上室开挖一条导洞。
2.施工方法的选择
        自下而上进行导井开挖,可采用普通法反井法或爬罐法反井法施工,根据所提供的地质资料,调压室置于微风化~新鲜的完整岩体中,围岩以III类为主,采用以上两种方法进行竖井开挖,从技术上均可行。
   自上而下进行导井开挖,在完成通风洞、上室导井开挖后,采用自上而下钻爆,该方法受地质条件影响较小,在开挖中若遇到裂隙及破碎带只需进行必要的安全支护即可,安全防护操作性强。
2.1 爬罐法施工
        爬罐反井法作为在竖井开挖中较为常见,具有工效高、速度快、劳动强度低的优点,但是设备投资较大,考虑到原投标时竖井井身180m,受高度限制只能采用爬罐法进行反井施工。爬罐法施工,对人工钻孔、装药等作业均在比较安全的工作平台上完成,避免了工作人员上下爬梯子带来的困难。采用爬罐法施工,机械成本过高。从工程进度上,首先采用人工完成5m左右竖井开挖,然后进行导轨、爬罐安装及调试等作业,预计需1个月时间才能投入正常使用,平均一天可完成1.5个循环,每循环进尺1.8m,每月按25个工作日计,每月可完成导井开挖67.5m,从开始施工到导井完成需2个月左右。
2.2普通掘井反井法施工
        普通反井法施工辅助工程量小,与其它作业相互影响小,虽存在工作人员爬梯子上下困难,劳动强度大,材料运输不方便等不利因素,但通过减少作业人员的工作量,增加必要的休息平台,进行高度较低的竖井还是可行的。采用普通反井法自下而上只能进行40m内导井开挖;40m以上受高度限制,施工难度较大,安全隐患突出,不宜采用。对于在40m以内,从工程进度上,在地质条件较好的前提下,平均一天可完成1个循环,每循环进尺1.5m,每月按25个工作日计,每月可完成导井开挖37.5m,预计1个月能完成下部40m导井开挖。
2.3自上而下钻爆法施工
        自上而下钻爆施工法作为一种水电工程中常用的施工方法,其技术、安全防护、组织措施等方面较成熟、经验较丰富。只是随着导井的逐步加深,施工难度相应的增加很多,主要受卷扬机的提升速度、人工出渣以及通风除尘的影响,每一循环所需的时间也相应的加长。0~50m段每次循环时间为15个小时,工程进尺根据实际地质情况控制在1.2m,每天工作有效时间按20小时计,平均每月按25日计,平均每月进尺为40m。当开挖50m以后段每次循环时间为18个小时,循环进尺为1.2m,平均每月进尺为33m。
        通过对以上施工方法的分析比较,结合调压室竖井施工的具体情况,采用普通掘井反井法施工及自上而下钻爆法混合进行施工,利用反井法完成竖井下部35m的导井开挖,在完成上室导洞开挖后,再自上而下完成剩余导井开挖。采用这种方法施工较爬罐法施工工期多一个月时间,但从整个工程进度上分析,采用混合法进行调压室竖井导井施工,其施工进度可满足进度计划要求。
3.普通法掘井反井法及自上而下钻爆法施工方案及措施
        导井布置在调压井中心位置,导井设计开挖尺寸直径为2m,角柱形掏槽、周边采用光面爆破,人工手风钻造孔,对于反井作业,作业面采用φ48钢管及5cm厚木板搭设平台。
3.1 普通法掘井反井法
3.1.1施工临时布置
        导井开挖采用一台20m3/min空压机供风,供水在蝶阀室设置简易水池,并利用高压水泵直接供应;
施工用电利用洞内已架设的电缆,导井内采用防爆电缆接36伏低压灯照明,灯具设于耳洞内,工作面采用2个碘钨灯照明。同时作业人员配制低压矿灯,以保证突然停电,施工作业人员能安全撤离。洞渣采用50装载机装5t自卸车运至洞外两天窝渣场。导井布置形式如图所示。

3.1.2 安全防护
        为便于施工人员上下及作业平台的搭设,沿洞壁两侧均设有钢筋爬梯,作业平台采用φ48钢管及5cm厚木板搭设平台,并利用周围锚筋进行加固,下部设斜撑,同时在工作平台以下1m处设安全网。
        竖井每隔15m设置一个耳洞,沿洞壁交错布置,耳洞尺寸为2×1.2×1.5m(长×宽×高),作为作业人员休息及材料的临时堆放。
        井内作业员佩戴必要的安全防护用品,在吊装工具材料及进行钻孔时,必须将安全带系于上方的锚杆上。
3.1.3 通风、除尘
        为尽快排出导井内的烟尘,在爆破前于离掌子面最近的耳洞口设置一个高压风水混合器,并将出口对准掌子面,放炮后将设在平洞内的高压风水混合器打开,以便进行除尘,同时也可将爆破后的碎块进行清除。
通风采用一台7KW轴流风机进行通风,风机布置在井口处,在爆破及出渣时对其进行回收。
3.1.4导井开挖爆破施工
        钻孔布置27个,钻孔深度1.8m,爆破深度为1.5m,周边采用光面爆破,采用非电毫秒导爆管进行连接(5m或6m脚线)。进行导井开挖爆破施工时,应提前做好爆破试验,确定出爆破参数,并在开挖施工过程中根据具体情况,不断优化爆破参数。导井开挖爆破施工的炮孔布置如图所示:

3.2 自上而下钻爆法
3.2.1施工临时布置
        导井开挖采用二台6m3/min移动空压机供风,供水在通风洞口设简易水池,施工用电利用通风洞内已架设的电缆,导井内采用防爆电缆接36伏低压灯照明,工作面采用2个碘钨灯照明。同时作业人员配制低压矿灯,以保证突然停电,施工作业人员能安全撤离。
        考虑在导井开挖人员上下以及材料运输,采取在调压室竖井导井井台处设置龙门架,配合5t卷扬机来解决人员上下、材料运输和出渣问题。
        当调压室上室导洞开挖完成后,即开始导井井口的开挖、龙门架的制安以及井台的安全防护工作。在此期间,人员上下、材料运输等主要通过临时安装在井壁的临时钢筋爬梯解决。待卷扬机提升系统完善后,机具的运输、出渣主要通过吊笼来解决,下井作业人人员均配备安全带。
        渣笼制作尺寸为0.85×0.85×1m(长×宽×高),设计容量为0.7m3,渣笼制作材料采用∠75×75角钢、5mm厚钢板以及φ16钢筋。人工进行装渣,卷扬机起吊,为防止洞渣坠落,导井口设置井盖(采用12#槽钢和3mm钢板制作成3×3m方形井盖),当出渣笼通过井口时,井盖门及时关闭,然后渣笼直接放置在胶轮手推车上运至通风洞洞外。
3.2.2 安全防护
        因在竖井开挖施工时,必须防止往井下坠物。为此,在井台部位装置安全防护栏,并用3mm钢板、12#槽钢制作可靠的、活动式的井口盖或井盖门,封闭井口和开启时用插销将盖板锁定,避免盖板突然滑动发生事故。在无人员下井工作或出渣时将井口暂时封闭,并应保证严密,防止落渣、漏水。
        井下作业人员所携带的工具材料,采用绳索拴牢固或置于工具袋内,常用工具系安全绳,在任何情况下严禁向井筒内投掷物料。严禁用吊罐同时提升人员、物资或爆炸材料。井内工作人员佩戴必要的安全防护用品。
        当渣笼在提升过程中时与井壁发生碰撞而发生落渣,为保证出渣时井下作业人员的安全,在井壁每隔10m设置一避人洞,以防掉物伤人,避人洞采取交错布置。避人洞尺寸为1×1×1.5m(长×宽×高),可同时容纳2~3名施工人员,并设置爬梯至工作面。
3.2.3 通风、除尘
        对于导井内的尘灰可通过在井口布置一个高压水混合器,并将出口对准掌子面,放炮后将设在平洞内的高压风水混合器闸阀打开进行烟尘消除,使悬浮在半空中的粉尘吸水后降落在井底。
        通风则通过在调压室上室设一台7KW轴流风机接100mm的钢管向调压室竖井内供风,钢管随导井开挖延伸,距离工作面的高度控制在6~12m,钢管用膨胀螺栓固定在井壁上。
3.2.4导井开挖爆破施工
        钻孔布置27个,钻孔深度1.5m,爆破深度为1.2m,周边采用光面爆破,采用非电毫秒导爆管进行连接(5m或6m脚线)。导井开挖爆破施工的炮孔布置与下部导井开挖一致。
3.3导井中心控制
        为保证调压室竖井导井开挖时中心位置不偏移,采取垂吊钢琴线进行控制。由测量将调压室竖井中心引伸至井顶的龙门架上或平段底板插筋上,然后用钢琴线挂重物至工作面确定导井开挖中心线,再用1m长的标杆画圆确定开挖边线。
3.4 导井一期支护
        导井开挖一期支护主要采取边开挖边喷砼支护的形式进行,开挖一段支护一段,在出渣完毕后,迅速喷护封闭开挖岩面,确保施工安全和井壁围岩的稳定。对开挖中存在的破碎带及裂隙可用采用喷C20钢纤维砼(钢纤维掺量为55kg/m3),厚度为10cm。
4.结语
        竖井导井开挖施工方法有多种,应根据本工程自身施工特点,选择合适经济的施工方法至关重要。金窝水电站调压室竖井导井开挖选择采用普通掘井反井法施工及自上而下钻爆法混合进行施工,一方面满足进度要求,另一方面节约了施工成本。

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