竖井扩大开挖施工工法16796.pdf

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1、 竖井扩大开挖施工工法 中国水利水电第一工程局 遇柏成 1前言 在水利水电建设中，随着社会的进步，施工技术的发展，竖井开挖的截面积和竖井深度越来越大。深大竖井的施工如何保证施工安全、施工质量及保证施工进度是施工中的一大难题。小湾水电站地下厂房，设有地下连通上室圆筒阻抗式调压井两座，调压井尺寸（直径高）32.0m 90.0m。1#、2#调压井两井轴线相距 99.5m。中国水利水电第一工程局在小湾电站竖井施工中，工程技术人员科学研究、精心施工，掌握并改进了竖井施工工艺技术，解决深大竖井开挖施工的问题。为我国大直径竖井开挖施工做出了典范，其在施工的安全上、开挖质量上、进度上均得到了保障。2工法的特点

2、 21 开挖采用反井钻机进行导井施工 22 采用六部位分层分区扩挖。23 尾水调压井开挖断面大，又有 F27 断层穿过，施工难度大，施工安全问题突出。24 洞室断面大，开挖需分层分块进行，且一次支护工程量大，要求及时，施工通道的安排和施工组织协调较为困难。3适用范围 大直径、深竖井开挖施工。4工艺原理 4.1 反井钻机导孔施工完成后，立即安装大钻头进行反导井施工，从而可先期进行上部开挖施工。4.2 扩挖爆破必须严格控制爆破参数。4.3 由于扩挖分层分区进行，保证了导井出渣的畅通。4.4 随时进行支护，加强施工安全管理。5施工工艺流程及操作要点 51 施工工艺流程：调压井开挖顺序：连通上室上层开

3、挖调压井球冠开挖连通上室下层开挖井筒反导井开挖导井扩挖井筒扩挖安全支护。5.2 操作要点：5.2.1 调压井开挖 一、导井开挖 连通上室下层开挖结束后，首先用反井钻机在每条尾水调压井中心钻一216mm 导孔，然后采用 LM-200 反井钻机钻取一1.4m 反导井。LM-200 反井钻机导孔、导井开挖如下图所示；LM-200 反井钻机导孔、导井开挖方法示意图 二、调压井扩挖 由于尾调井开挖直径大，开挖溜渣量大，为保证导井溜渣顺畅，对导井进行二次扩挖，扩挖成5.0m，采用人工手风钻由上至下分层开挖，根据开挖揭露的实际地质情况，对岩层破碎带进行随机锚杆和挂网喷砼支护，以保证导井扩挖安全，人员及材料用

4、吊笼运输。井筒每层扩挖分成两半圆、三个台阶共 6 个区依次开挖，开挖顺序见下图，内圈、中圈和外圈呈台阶状扩挖，内圈14.0 m，中圈26.0 m，外圈3438m，由内向外依次超前 1 排炮。采用手风钻造孔由上至下分层开挖，外台阶设计轮廓线实施光面爆破，人工配小型反铲扒渣，分层进尺 2.5m，人员及材料用吊笼运输。遇断层破碎带视情况采取超前固结灌浆和超前锚杆等措施。扩挖分区图扩挖顺序图 井筒向下扩挖 10 米后，在 EL1012.9m 制作安装一个悬臂平台，作为人员、材料进入吊笼的通道。人员和材料上下靠布置在连通上 室廊道的卷扬机通过起吊平台起吊吊笼上下。爆渣下落到尾水隧洞内，然后用 3m3装载

5、机配 20T 自卸车出渣。支护紧跟开挖面，每扩挖一个进尺后即进行支护。5.2.2 爆破设计 导井形成后，即进行井筒扩挖、内圈、中圈及外圈的开挖。具体爆破参数如下：一、井筒爆破参数：见表 5.2.2-1 井筒爆破参数 表 5.2.2-1 部位 孔名 钻孔参数 装药参数 孔径 mm 孔深 cm 孔距 m 炸药单耗 Kg/m3 药径 mm 单孔药量 kg 总 装 药量 kg 井 筒扩挖 崩落孔 50 300 90 063 35 2.3 713.0 周边孔 50 300 60 063 25 0.75 71.25 合计 784.25 二、扩挖爆破参数：见表 5.2.2-2 扩 挖 爆 破 参 数 表5.

6、2.2-2 部位 孔名 钻孔参数 装药参数 孔径 mm 孔深 cm 孔距 m 炸药单耗 Kg/m3 药径 mm 单 孔 药量 kg 总 装 药量 kg 内 圈扩挖 崩落孔 50 300 120-126 0.66 35 2.2 103.4 中 圈扩挖 崩落孔 50 300 119-123 0.67 35 2.2 314.6 井 筒崩落孔 50 300 121-122 0.57 35 2.2 270.6 扩挖 周边孔 50 300 55 0.57 25 0.75 78.0 合计 780.6 5.2.3 井筒扩挖循环 井筒扩挖循环作业时间见表 5.2.3。尾水调压井井筒扩挖循环作业时间表 表 5.2

7、.3 工序 部位 时间单位 测量放线 超前支护 钻孔 装药爆破 通风散烟 安全处理 围岩支护 扒渣 其它 循环时间 扩挖 H 2 0 5 2 0.5 1 4 5 0.5 20 备注 1、排炮循环进尺 2.5m，每层共分 6 个区开挖。2、月进尺估算：根据作业循环时间，并考虑断层处理、支护影响及时间利用系数等，估计月进尺为 50m/月。6、开挖工艺：开挖工艺详见第十三章相关部分。5.3劳动力组织(见表5.3)表 5.3 劳动力组织情况表 序号 单项工程 所需人数 备注 1 管理人员 16 2 开挖工 40 3 司机 14 4 起重工 6 5 电工 4 6 炮工 8 7 测量工 6 8 空压机工

8、6 9 其他工种 12 合计 112 6材料与设备 本工法无需特别说明材料，采用的机具设备见表 6.1 表 6.1 机具设备表 序号 设备名称 规格及型号 生产能力 数量 1 手风钻 YT-28 35m/班 40 2 反井钻机 LM-200 5 m/班 1 3 空压机 英格索兰 25.5 25.5m3/min 1 4 空压机 4L-20/8 20m3/min 3 5 装载机 WA-380/ZL-40 3.0m3/2.0m3 2/1 6 反铲/推土机 CAT320/TY220 1.2m3 2/1 7 装载机 ZC-3 0.5m3 1 8 自卸车/汽车 解放/东风 12t/5t 8/2 9 轴流风

9、机 2 37KW 3 10 变压器 6 11 自制平台 8t 2 12 龙门起重机/卷扬机 40t/10t 2/8 13 水泵 2-4 寸 12 7质量控制 7.1 竖井的开挖施工测量控制，在竖井上井口安设2台激光投点仪，开挖工作面放样根据 2 台仪器投的点位，利用卷尺确定竖井开挖边线，用红色铅油画出设计开挖中心点和开挖边线。7.2 下平开挖施工测量挖制，利用全站仪将洞外给定的测量坐标点，导入到洞中，经反复校核作点，并利用导入作标点进行洞挖放样。7.3 在开挖爆破施工中，精心测量放点，保证断面尺寸。严格按技术要求施工。控制光爆孔位、孔距、孔向、孔深及单孔装药量。7.4 竖井施工必须做好支护。在

10、锚喷支护施工检查过程中，及时纠正施工偏差，控制锚杆孔位、孔向、孔深、注浆饱满度、砂浆及喷砼配合比等。对不符合图纸及规范要求的坚决整改。7.5竖井施工必须按隐蔽工程作好施工记录。8安全措施 81 认真贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针，根据国家规定、条例，结合施工单位的实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员、班组兼职位安全员、工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工地的安全生产。8.2 施工现场按附合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。8.3 严格按照法律、法规控制爆炸物品的运输、储存和使用。8.4

11、 锚喷支护随开挖面及时进行,工作面上施工人员必须佩带安全帽、系好安全带，工作现场要有专人协调统一指挥。8.4 施工现场的临时用电严格按照 施工现场临时用电安全技术规范的有关规定执行。86 电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。87 施工现场的手持照明灯使用 36V 的安全电压。89 建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确 保作业标准化、安全化。9环保措施 91 成立对应施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章。

12、加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火和废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。92 将施工现场和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置，做到标牌清楚，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9 3 对施工中可能影响的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证，同时将相关方案和要求向全体施工人员详细交流。10效益分析 101 将传统一次扩挖施工方法,改为多次扩挖,减少了导井被爆破石渣堵塞现象.102 一次扩挖采用从下而上进行，不需扒碴，极大地降低了竖井开挖时的人工扒碴量，加快了施工进度。103 在竖井扩挖施工中，采

13、用了光面爆破技术和“新奥法”支护，不但保证了施工安全，控制了围岩松弛圈在 50cm 以内，而且有效地控制了超挖量。104 由于采用了新工艺、新技术，施工劳动强度和加快了工程进度并保证了工期和安全。11应用实例 小湾电站站尾水系统工程 111 工程概况 小湾水电站尾水系统调压井采用“三机一井”布置，设地下带连通上室圆筒阻抗式调压井两座，调压井尺寸（直径高）32.0m 90.0m。调压井工程包括 1#、2#调压井、连通上室及通风洞等工程。1#调 压 室 与 机 组 尾 水 检 修 闸 门 室 轴 线 距 离 42.5m（厂 横0+169.500），2#调压室与机组尾水检修闸门室轴线距离 52.5m

14、（厂横0+179.500），两 井 轴 线 相 距 99.5m，连 通 上 室 的 高 程 范 围 是EL1012.91030.173m，将两井相连。调压井穹顶高程为 EL1039.988，井底开挖高程 EL950.000，在 EL1001.01030.173 段井筒开挖直径34.0m，EL986.01001.0 段井筒开挖直径36.0m，EL971.0986.0段井筒开挖直径38.0m。连通上室开挖底板高程 EL1012.900，开挖断面为方圆型，宽高=20 17.273m。通风洞连通机组尾水检修闸门室与尾调连通上室，机组尾水检修闸门室一端底板开挖高程 EL1029.500，连通上室一端开挖

15、底板高程EL1022.500，洞长 50.45m，开挖断面为方圆型，宽高=6.5 6.876m。竖井洞室断面大，开挖需分层分块进行，且一次支护工程量大，要求及时，施工通道的安排和施工组织协调较为困难；工程项目及工程量 尾水系统工程主要工程量表 表 11.1 部 位 工程项目 尾水支洞 检修闸门室 尾水调压井 尾水隧洞 尾水出口 合计 石方洞挖（含井挖）（m3）175079 106500 193251 532730 1017660 喷砼（m3）2677 357 2569 5392 11005 网喷（m3）2422 414 752 4566 7154 预应力锚索（根）126 53 179 锚杆（根

16、）7514 6775 2634 15956 227 43437 固结灌浆（m）200 159 3135 307 3701 混凝土浇筑（m3）79537 43990 50403 104326 73197 351453 112 施工情况 11.2.1 开挖方法 从 6#施工支洞先升坡进入到连通上室上层：上层开挖高程EL1022.500EL1030.173，开挖高度 7.673m，开挖宽 20.0m，按中部（宽 8m）超前 23 排炮，两侧（宽 6m）扩挖跟进的方式开挖。三臂凿岩台车钻孔，非电毫秒雷管微差爆破，周边线实施光面爆破，4.0m3装载机挖装，20t 自卸汽车出渣，0.7m3液压反铲清面。洞

17、渣经6#施工支洞尾闸交通洞运至大沙坝存渣区（有用料）或和尚田弃渣场（无用料）。连通上室开挖一直延伸贯穿尾调井，沿尾调井壁侧用手风钻旋转开挖上升至尾调球冠顶部，小心细致地将球冠盖逐步开挖扩大成型并及时支护，在中部开挖导井贯通下部通道，从上往下分层扩挖及支护完成整个球冠的开挖及支护施工。调压井球冠开挖支护结束后，在穹顶中部安装制作一个吊点平台，作下部施工的起吊支架平台。然后转入连通上室下层开挖。连通上室下层开挖结束后，首先用反井钻机在每条尾水调压井中心钻一216mm 导孔，然后采用 LM-200 反井钻机钻取一1.4m 反导井。LM-200 反井钻机导孔、导井开挖如下图及图 10-29 所示；LM

18、-200 反井钻机导孔、导井开挖方法示意图 由于尾调井开挖直径大，开挖溜渣量大，为保证导井溜渣顺畅，对导井进行二次扩挖，扩挖成5.0m，采用人工手风钻由上至下分层开挖，根据开挖揭露的实际地质情况，对岩层破碎带进行随机锚杆和 挂网喷砼支护，以保证导井扩挖安全，人员及材料用吊笼运输。井筒每层扩挖分成两半圆、三个台阶共 6 个区依次开挖，开挖顺序见下图，内圈、中圈和外圈呈台阶状扩挖，内圈14.0 m，中圈26.0 m，外圈3438m，由内向外依次超前 1 排炮。采用手风钻造孔由上至下分层开挖，外台阶设计轮廓线实施光面爆破，人工配小型反铲扒渣，分层进尺 2.5m，人员及材料用吊笼运输。遇断层破碎带视情

19、况采取超前固结灌浆和超前锚杆等措施。扩挖分区图扩挖顺序图 井筒向下扩挖 10 米后，在 EL1012.9m 制作安装一个悬臂平台，作为人员、材料进入吊笼的通道。人员和材料上下靠布置在连通上室廊道的卷扬机通过起吊平台起吊吊笼上下。爆渣下落到尾水隧洞内，然后用 3m3装载机配 20T 自卸车出渣。支护紧跟开挖面，每扩挖一个进尺后即进行支护。113 工程监测与结果评价 11.3.1 小湾电站调压井直径为 32 米38 米，每层开挖量较大。扩挖分区分段法很好解决了竖井每层开挖量大的问题。但在施工中应注意随时支 护，特别在地质不良地段要采取加强支护方案。11.3.2 竖井扩挖分区分段施工法，可以充分利用工作面，既减少每次爆破石渣量，又可加快施工循环。11.3.3 竖井扩挖采用分区分段施工法后，对保证施工进度，降低工程成本发挥很大作用。在常规扩挖方法施工项目中，时常会出现导井被扩挖石渣堵塞现象，小湾电站调压井采用分区分段扩挖法后，没有出现过导井被堵塞现象。