本站原创关键词：滩坑水电站火山集块岩斜井开挖技术优缺点
Abstract: This paper introduces the construction technology of shaft excation of beach pit hydropower station, summarizes the issues to which should be paied attention in volcanic rock, and makes an analysis and comparison of the advantages and disadvantages of this excation technology, providing reference for the shaft excation with similar geological conditions and design paramenters.
Key words: beach pit hydropower station; volcanic rock; shaft; excation technology; advantages and disadvantages
2095-2104（2012）
1工程概述
浙江滩坑水电站引水建筑物布置在大坝右岸，设计三条引水隧洞穿过右岸山体，与下游坝脚地面厂房相接，采用单洞单机平行布置，每条引水隧洞由引水上平洞、引水斜井、引水下平洞组成，斜井为圆形洞，直径为9.2m，坡度为55°，其中1#斜井斜长为76.0m，2#斜井斜长为77.0m，3#斜井斜长为78.0m。
引水隧洞斜井段穿越一雄厚山体，地表坡度45~65o，沿线多为弱风化基岩裸露，基岩岩性为火山集块岩，隧洞埋深一般70～160m，隧洞上游水平段外侧弱～微风化基岩，水平宽度约120m。三条引水隧洞身围岩微风化～新鲜，地质构造简单，断层、破碎带较不发育，围岩力学强度较高。但是，由于火山集块岩中胶结物较软弱，局部存在岩脉、破碎带（如：1#洞P46、N、βu2等，2#洞P23、P36、P37、N等，3#洞近出口段P39、βu2等），除岩脉βu2宽度1.4～10m外，一般宽度0.3～0.80m，其中P36、P37、P39与洞线交角较小，为Ⅲ～Ⅳ类围岩，稳定性较差，易产生崩塌、掉块等。
2开挖方法及工艺流程
2.1施工通道
施工通道有三条：一是沿4#施工支洞进入1#～3#下平洞，在进入1#～3#斜井施工；二是通过厂房后基坑到达下平洞直接进入斜井段；三是从上平洞进入斜井段。由于引水洞施工工期滞后，斜井开挖交通通道主要选择从4#施工支洞和上平洞进入施工。
2.2 开挖方法
根据斜井设计参数、现有施工条件和设备装备水平，结合工期要求，提出了自上而下开挖、自下而上开挖和上下同时开挖三大方案，经分析比较，确定如下开挖方案：先一次性全断面开挖支护斜井弯段，再进行直斜段开挖；在直斜段靠下部进行自下而上导井开挖，再分二次自上而下进行扩挖。开挖顺序见图1。导井开挖自下而上进行，产生的石碴自溜至井底的下平洞，导井贯通后扩挖的石碴也由导井溜碴至引水洞下平段，石碴在井底采用装载机集中运出。
图1 斜井开挖顺序示意图
2.3导井开挖、支护
在斜井断面的下部自下而上进行导井开挖，开挖断面尺寸为φ2.0m。每循环进尺1.5m～2.0m，每进尺1.5m，布设一圈插径，作为下一循环作业临时平台支撑加固点。导井开挖支护平台见图2。每一循环作业前，人工将开挖掌子面松动岩块摘自：硕士论文答辩www.808so.com
清撬完，仔细查看地质情况，对不良地质部位作随机锚杆和喷护，随机锚杆参数为φ22，L=3.0m，喷护为5cm厚的素喷。
图2导井开挖支护临时平台示意图
2.4斜井扩挖、支护
2.4.1斜井扩挖
导井贯通后，随即进行斜井扩挖，斜井扩挖自上而下进行。在斜井上出口搭建卷扬机吊环，并在相应位置安装一台5t卷扬机和有轨小车，由此形成一条沿斜井方向的施工竖向通道，施工人员及设备材料通过有轨小车运至掌子面，爆破后掌子面石渣由人工从导井翻至下平洞运出（详见图3）。扩挖施工共分二次，第一次扩挖厚度为3.0m，即扩挖成φ5.0m的圆井；第二次扩挖最大厚度为4.2m，即开挖至设计边线，周边采用光面爆破。在实际施工时，经生产性试验验证，将
一、二次扩挖结合起来错面钻孔，同时爆破开挖，大大加快了施工进度。
图3斜井扩挖运输示意图2.4.2斜井支护
将二次扩挖面松动危石处理完成后，仔细观察岩面地质情况，对岩石破碎、软弱胶结物等不良地质段紧随进行5cm厚的素混凝土喷护和随机锚杆施工。系统锚杆施工紧随扩挖进行，即在施工爆破炮孔的同时将周围井壁的系统锚杆（φ22，L=4.5m）也一并施工完成，再进行二次喷护（10cm厚）。
2.5斜井开挖工艺流程
2.5.1开挖工艺流程
测量放线→布孔→钻孔→装药→爆破→通风排烟→掌子面危石清理→出渣→安全处理→进入下一循环。
2.5.2测量放线
测量人员根据控制点和施工图控制坐标，定期进行导线校准，开挖每循环进行一次测量放线，特别在二次扩挖时，每一循环都应标出圆心和周边有代表性的控制点及相应的方向点，以保证开挖施工的准确性。画出断面设计线，并提交成果，每5m测一断面图，导线控制测量及循环施工测量均采用高精度的全站仪。
2.5.3布孔
根据测量单位的放线，进行现场布孔，用红丹漆标出主要钻孔的孔位，以便钻孔施工。
2.5.4钻孔
钻孔作业人员根据掌子面已布置好的孔位进行钻孔，采用手风钻钻孔，孔径为φ42mm，钻孔严格按钻孔要求控制好孔向、孔深等参数，钻孔完成后按“平、直、齐”的要求进行爆破装药前的钻孔检查，检查无误记录后进行爆破作业。钻孔方向和角度要力求准确，以严格控制超欠挖。
2.5.5爆破作业
爆破选用2#岩石硝铵（为防止孔内有水，准备占总量40%的乳化），爆破网络采用非电毫秒微差延时网络，火花起爆方式。周边光面爆破。采取有效的措施，控制爆破的单响药量，并在爆后对爆破效果及时进行描述，如地质情况有变，应及时调整爆破参数。
2.5.6通风排烟
爆破后启动高压轴流通风机向洞内压风，开挖面爆破碴堆进行人工洒水除尘；出碴期间也启动洞内抽排的轴流风机排烟，以保证洞内空气质量。下平段采用4#施工支洞洞口74KW的通风机进行强制通风排烟，上平段采用洞口安装的55KW的通风机进行强制通风排烟。
2.5.7掌子面处理出碴
掌子面危石清理完毕，无安全隐患后，用侧翻装载机配15T自卸汽车装运石碴至弃碴场。
3施工中应注意的几点
3.1 施工中应勤对围岩和支护的动态观察、量测，做到“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。
3.2 由于钻爆、岩面地质编录、喷锚支护几道工序交叉作业，涉及各工种作业人员，因而需要严密的施工组织管理，合理安排各施工工序。若各工序衔接不紧凑，就会拖延循环作业时间，不但影响施工进度，还有造成塌方的可能。
3.3 遇到岩石掉块、塌方等情况时，不要掉以轻心、强行掘进。应先对不良地质处进行全面观察，深入研究，分析掉块、塌方的深层原因，从而采取合理、安全的处理措施并尽快进行表面处理，使其保持相对稳定，以免由掉块或小塌方发展至大塌方的局面，造成增加工程投资、延长工期。
3.4测量放样是个难点，导井开挖过程中，要特别注意控制点的防护。
4结束语
滩坑水电站三条引水斜井在开挖过程中，未发生一次质量和安全事故，工期目标比原计划提前一个月实现。分析总结上述施工方法，与采用先进设备（爬罐和反井钻）施工相比较，主要优点有①施工设备简单，减少了施工辅助工程量，降低了开挖成本；②工序简单，缩短了作业循环时间，加快了开挖速度，缩短了施工工期；③工作面无积水，无需排水设施设备；④爆破后的靠自重滑落至下平洞，出碴简便，省去了繁重的装碴工作；⑤在条件允许的情况下，导井施工井筒上、下可以同时平行作业，作业方式灵活机动；⑥安全作业条件得到大大提高。该方案的主要缺点是①导井开挖时，测量工作比较困难；②随着导井开挖的增加，材料提升、人员上下比较困难；③导井上升至30m后，炮烟排除时间较长。总之，滩坑水电站引水斜井开挖技术对今后类似地质条件、设计参数的斜井开挖具有一定的借鉴、推广作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。