溪洛渡水电站高线混凝土生产系统骨料竖井施工

郭照辉

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 工程概况

溪洛渡水电站高线混凝土生产系统布置在右岸坝肩下游705m高程平台、610m高程平台和595m高程平台上，系统布置有两座4×4.5m3混凝土拌和楼、1座制冷楼、1座一次风冷车间、2座一次风冷料仓、2座二次筛分楼及骨料储运系统、8个水泥罐、12个粉煤灰罐及胶凝材料储运设施、废水处理设施、电气工程设施及供风、给排水设施和其它附属设施等。常态混凝土生产能力600m3/h，预冷混凝土生产能力500m3/h。系统骨料竖井井口布置在705m高程平台上，系统粗骨料竖井4个，直径Φ12m，深（70～76）m；细骨料竖井2个，直径Φ10m，深55m。每个竖井井口有10m高的锁口段，井身段有50cm厚的混凝土衬砌，井底为胶带机廊道。

2 竖井开挖

2.1 竖井开挖方案

竖井开挖方法一般采用“正井法”和“反井法”或“正反混合法”。高线混凝土系统竖井部位的岩石为Ⅲ2类（弱风化上段），浅表裂隙发育，层间错动带发育，岩石完整性差，爆破后呈散粒状。反向掘进存在很多安全不利因素，不宜采取“反井法或爬罐法”；正井开挖支护跟进，相对安全，但工期难以满足要求，效率也低，且通风条件不良；根据本工程竖井及底部廊道系统布置条件，采取了正向掘进、向下溜渣、底部廊道出渣的开挖方式。利用先行开挖竖井底部的水平廊道作为空间，采用反井钻机自上而下一次形成Φ1.4m直径的先导井，再进行扩挖形成Φ4.2m直径的溜渣井，然后正向开挖，向下溜渣，平洞出渣。由此可见，先导井即作为竖井开挖的自由面又起溜渣作用还兼顾通风排烟功能。其中利用反井钻机一次性形成先导井是关键所在。

2.2 反井钻机施工

2.2.1 施工准备

本工程采用了ZFY1.4/300型（LM-300型）反井钻机 。在ZFY1.4/300型反井钻机安装就位前，在每个竖井中心部位浇筑一个钻机安装平台，平台为混凝土结构，尺寸为 2.5m×2.50m×0.5m，在 2#～3#竖井间布置一个6m×6m×1.5m的水池，以满足钻机用水需要。

2.2.2 施工程序

施工钻机基础—→进行钻机安装—→调平找正—→浇注地脚螺栓—→钻机运转—→整机系统试运转—→导孔钻进—→拆导孔钻头—→接扩孔钻头—→扩孔钻进—→拆（移）钻机。

在拆导孔钻头前，竖井底部廊道开挖已经完成。

2.2.3 施工方法

ZFY1.4/300型反井钻机工作原理为：双液压马达驱动动力水龙头，后者将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转；正向钻导孔采用Φ200mm牙轮钻形成Φ216mm的导孔；反向扩孔破岩采用镶齿盘形滚刀，滚刀在钻杆的作用下沿井底滚动，对岩石产生冲击、挤压和剪切作用，使其破碎，形成Φ1400mm的导井。正向钻导孔时岩屑由洗井液沿钻杆与孔壁间的环行空间提升到上水平，配合人工清理至堆渣平台；扩孔时岩屑靠自重落到下水平。钻凿Φ1.4m钻孔时只需先钻Φ216mm的导孔，直至导孔钻透下水平巷道，将导孔钻头在此卸下，接上Φ1.4m的扩孔钻头，再由下向上扩孔。该工程于5月15号开始架钻钻孔，至7月19日完成了6个竖井的导井钻孔工作，因外界影响停工需要，综合效率平均每天（24h）钻孔6.8m，实际钻孔速度0.576m/h，钻孔效率平均每天（24h）钻孔 13.8m。

2.2.4 反井钻机施工控制

（1）有效控偏。钻进过程中，反井中心线和钻机主轴中心线应重合，由于安装及施工中的某些原因，有可能造成这两条线产生偏斜。反井钻机在正常情况下和偏斜情况下的工作状态是不相同的。正常钻进时推拉力和扭矩比较平稳，变化不会太大，也不会产生剧烈变化；而偏斜后，要达到正常钻进速度，所需的推拉力及扭矩都大大增加，震动加剧，往往造成钻机机件损坏。由于导向孔发生偏斜，透孔偏离了设计位置，扩孔钻头的换接无法进行，被迫在导向孔透孔地点放炮处理。本工程导孔偏差控制在0.4m范围内，满足1/150H偏差要求，钻机控偏应采取以下措施：

●做好稳钻工作可有效控偏，采用刚性大的稳装构件，杜绝因变形引起的偏移，钻进中经常检查，及时紧固松动的稳装构件。

● 用短钻杆（1m）、低轴压（轴力 110kg/cm2）、慢钻速开孔，直至第一根稳定钻杆全部进入导孔后，可酌情加大轴压并提高钻速，在钻进深度超过后，再按正常参数钻进。

●导向孔开孔使用导向器，开钻前短钻杆必须与钻头连接丝扣拧紧，开钻前短钻杆处可安一根稳定器，以后在各处安一根稳定器；在钻进过程中密切注意岩层的变化，在不均质岩层中钻进应作低轴压钻进，钻进速度要缓慢均匀。

（2）防止堵钻。为防止堵钻，要做好以下几方面的准备工作：

●供水管路的选择，尽量选用无缝钢管，如使用软管，应选用钢丝编织的高压胶管，接头选用高压快速接头。开钻前，仔细检查供水管路，按照要求接好管路。钻进期间，要配备人员管理供水管路，按操作规程接通和关闭水源，防止管路爆裂，避免供水泄漏。

●严禁无计划停水，保证供水系统的正常工作，需要停水时，要提前通知钻机工作人员，做好停钻准备。当发生水管爆裂或泄漏时，要及时处理，尽量缩短停水时间，同时将钻杆提起。

●随着钻进深度的增加，排渣逐渐困难，此时应适当增加冲洗排渣的时间，钻机不停机，但不钻进，视水量情况增加冲洗排渣的时间，此时钻机仍回转，以加强搅动而利于排渣。通常随钻孔深度的增加排渣就显得困难，每钻完一根钻杆，应先连续冲排几分钟后再钻进。钻机换接钻杆时一定要先冲洗，后停钻，再停水，最后卸扣，接入钻杆后，先打开水阀再旋进。

●发生堵钻事故后，应根据不同情况，采取相应措施进行处理，如果堵钻较轻微，可以加大冲水量进行冲洗井底，或在钻机的水头上再接入一路压风，采取边冲洗边用压风吹动，将进入牙轮喷嘴、钻杆输水孔中的岩渣顺导向孔与井壁环形空间吹出，使孔道疏通不再堵钻。当堵钻比较严重时，风水搅动已不足以排除事故，必须松开钻杆，将一根长风管顺钻杆输水孔插至堵塞处的上部，先注水后送风，反复交替，使岩渣逐步排出。

（3）防止塌孔。预防塌孔当反井导孔穿入地质缺陷岩泥层时或钻入溶洞,容易发生塌孔事故，此时泥浆将钻杆周围的环行空间充满，又漏水，水及岩渣返不上来，钻进速度明显降低。为避免塌孔，首先要

清楚地质构造情况，当钻进不良地质岩层时，放慢钻进速度，将排渣水量适量降低。

2.3 扩挖施工

1#～6#骨料竖井第一次扩挖为了与竖井第二次扩挖施工循环相结合，采用跳井法进行竖井扩挖，即骨料竖井施工第一循环安排6#骨料竖井、4#骨料竖井、2#骨料竖井3个竖井的扩挖；第二循环安排5#骨料竖井、3#骨料竖井、1#骨料竖井3个竖井的扩挖。

竖井开挖先进行井口10m高锁口段开挖，考虑到井底廊道的容渣量和导井溜渣量，锁口段分三次扩挖，尽量利用挖机将爆渣从井口挖走。为确保井下施工安全，在锁口段衬砌混凝土施工完成后，再进行井身段的扩挖施工。竖井井身段分两次扩挖至设计断面。骨料竖井锁口段以下20m区段第一次扩挖采用手风钻自上而下进行钻孔施工，每个梯段3m，将竖井导井由Φ1.4m扩挖至Φ4.2m。剩余的48m左右井身段的第一次扩挖采用潜孔钻自上而下一次完成钻孔，1#骨料竖井、2#骨料竖井及6#骨料竖井第一次扩挖断面由Φ1.4m扩挖至Φ3.0m，3#骨料竖井、4#骨料竖井及5#骨料竖井第一次扩挖断面由Φ1.4m扩挖至Φ4.2m，分梯段自下而上装药爆破，每个梯段6m。该方法可以避免堵塞导井及减少人工扒渣循环次数。第二次扩挖自上而下进行由Φ4.2m或Φ3.0m洞径开挖至设计断面。

在705m平台安装了1台10t龙门吊作为施工设备、材料进出竖井的垂直运输手段，同时也解决竖井第一次扩挖，施工人员的上下交通问题。竖井第二次扩挖（由Φ4.2m至设计断面）前，在每个竖井井口安装一台 ZLP630型自升吊篮，专用于解决施工人员的上下交通问题。

3 竖井衬砌

3.1 衬砌方案

该工程的粗骨料竖井深（70～76）m，衬砌直径12.0m，细骨料竖井深54m，衬砌直径10.0m，竖井衬砌采用液压滑模施工，混凝土垂直运输采用My-BOX管，衬砌钢筋连接采用搭接方式，在705m平台安装2台10t龙门吊作为井内施工设备和材料进出的垂直运输设备。

3.2 滑模组成及原理

该液压滑模由模板系统、操作平台系统和液压提升系统三部分组成。模板系统包括模板、围楞和提升架等，它的作用主要是使混凝土成型。操作平台系统包括钢桁架、上操作平台、抹面吊架平台,是施工人员操作和临时堆放材料、工具等的场所。液压提升系统包括千斤顶（QYD-60型液压千斤顶在粗骨料竖井滑模上布置24个，细骨料竖井滑模上布置20个）、液压操作箱、油管和支承爬杆等,是液压提升的动力。这三部分通过提升架连成整体,构成整套液压滑升模板装置。

竖井滑模施工是靠液压千斤顶在爬杆的单向爬升来实现位移的，工作时爬杆固定，而千斤顶的动作分为两部份：活塞与上卡体为第一组，缸体、端盖、下卡体为第二组，两部分组件交替动作，其上升步骤为当千斤顶进油时，第一组的上卡体紧卡爬杆，锁紧在原来的位置，第二组被油液压力顶升，千斤顶即向上爬升一定行程，同时带动滑模向上移动；回油时，第二组的下卡体紧卡爬杆锁紧，一组复位。由此循环节节上升，完成浇筑工作。

附图为竖井衬砌混凝土施工布置及液压滑模钢结构桁架平面布置。

附图 竖井衬砌混凝土施工布置及液压滑模钢结构桁架平面布置

3.3 滑模安装

（1）在竖井廊道底部采用钢门架和脚手架形成滑模的安装平台。

（2）将滑模桁架在705.0m高程平台拼装成整体，先采用50t汽车吊将拼装好的钢桁架移至龙门吊覆盖范围内，再采用10t龙门吊下放到安装平台上，并精确就位。

（3）安装围楞以及提升架，并检查提升架水平和垂直度，围楞按先内后外、先上后下的顺序与提升架立柱锁紧固定，并且使提升架与操作平台桁架焊接成整体。

（4）安装面板。

（5）安装液压千斤顶及液压设备，并进行空载试车及对油路加压排气。

（6）在液压系统试验合格后，安装承力杆并校核其垂直度。

（7）安装分料系统。

（8）待滑升2m高后，安装抹面吊架平台并张挂密目式安全网。

3.4 混凝土浇筑

骨料竖井衬砌混凝土采用6.0m3混凝土搅拌运输车自拌和系统水平运输至705.0m高程竖井井口边，卸入My-BOX管上部的集料斗内，混凝土料通过My-BOX管、溜筒至滑模上部的分料盘内，再由分料盘向仓面四周均匀分料。

混凝土坍落度为（12～14）cm，初凝时间（4～6）h。浇筑按平铺法施工，混凝土对称均匀上升，并确保各段在同一时间内的浇筑厚度基本相同，每层浇筑厚度为30cm。在混凝土浇筑高度700mm左右并且第一层混凝土已达到4h左右时，为实际观察混凝土的凝结情况，开始试滑升。试滑升时平缓平稳将千斤顶全部提起（50～100）mm。当已脱模的混凝土用手指按有轻微指印，而表面砂浆已不粘手，滑升时能耳闻“沙沙”的响声时，说明即可开始初次滑升。如混凝土表面较干，已按不出指痕，说明滑升时间已迟，如果脱模后混凝土下坍或手按指痕很深，而且砂浆粘手，说明尚未达到滑升时间。当模板滑升至（20～30）cm高度后，稍作停歇，对所有提升设备和模板系统进行全面检查调整后，转入正常滑升。在正常浇筑后约隔（3～5）h，提升滑模一次，其分层滑升高度与混凝土分层浇筑的厚度相配合。随着滑模滑升，紧跟安装钢筋、钢爬杆和井壁排水设施。气温较高时或来料较慢时，为减小混凝土与模板的粘结力，除尽量缩小停滑时间间隔外，在两次滑升的中间，将模板略微提升（30～50）mm。

3.5 滑模控偏

在滑升过程中，保持整个模板系统的水平同步滑升，是保证滑升模板施工质量的关键，也是影响建筑物垂直度的一个重要因素。由于千斤顶在滑升过程中的不同步现象，使模板系统各个部分之间产生升差，以致造成操作平台的位移、倾斜等偏差，影响工程质量。

水平度的控制：在模板开始滑升前，用水准仪对所有千斤顶的高度进行测量、校平，并在各承力爬杆上划出水平基线，量出千斤顶到基线的高度。当模板开始滑升后，检查千斤顶到基线的高度，计算出各千斤顶的行程及升差，根据千斤顶的升差调节各千斤顶，使滑模处于水平状态。主要的控制方法有：

（1）就高找平法。这种调平方法主要是根据水平测量中反映出来的千斤顶升差数值，依靠每一个千斤顶的进油处与油管联接的一个针形阀的启闭作用来实现的。当千斤顶间的升差出现大约为千斤顶一个升程时，可将高位千斤顶的油路关闭，使低位千斤顶继续爬升，以达到调平的目的。

（2）行程调节控制法。由于在滑升过程中每个千斤顶承受荷载不同，千斤顶的行程损失的数值也随荷载的大小而不相同，从而使千斤顶的爬升速度发生差异，造成升差。行程调节法就是根据升差变化情况，通过调节在千斤顶顶部的行程调节帽调整千斤顶的行程来实现。即把高位千斤顶的行程帽旋入缸盖，顶住活塞的上端，使活塞的复位量减少。这样就缩短了千斤顶的活塞行程，千斤顶的爬升值就会减少。经过几次爬升动作之后，会使原来较高的千斤顶逐渐与原来低位的千斤顶趋于一致，达到调平的目的。采用这种方法调平，可以采取在每根支撑杆上画出标高水平线，利用上述标尺法原理，测定千斤顶升差值，以作为调平升差的依据。在滑模运行过程中，每班用水准仪进行一次基线校平。

偏移和垂直度控制：在滑模施工中，竖井的垂直度与滑模操作平台的水平度有直接关系。当竖井衬砌混凝土向某一方向出现垂直偏差时，其操作平台的同一侧往往就会出现负的水平偏差。因此在一般的情况下，对竖井出现的垂直偏差，可以通过调整操作平台的水平偏差来解决。但是，如在外力的影响、滑模操作平台上的荷载不均匀、浇筑混凝土的方法不合理以及其它原因产生作用在滑模系统上的水平荷载等，都会影响滑模施工的垂直度。

在每个竖井的两个垂直相交的直径端点，设置线锤测量装置，线锤重（10～15）kg，用细钢丝悬挂在平台下部。在对应线锤的下方地面上设置固定的控制点，在线锤的钢丝上端设置滑轮和放线器，使随着模板逐渐向上滑升，随之钢丝逐渐放长，当滑升到一定高度以后，随时可以从线锤与控制点之间的相对位移情况测定平台偏移的方位和数值。在滑模运行过程中，通过调整千斤顶的行程纠正偏移。当通过线锤测定滑模发生偏移时，在线锤偏向井外侧的一边，将千斤顶升高使滑模整体成一倾斜状态，使其能够朝偏移的反向滑升，达到纠偏目的。

4 结 语

本工程6个竖井开挖，工期仅210天，若采用正井开挖，抓斗装渣，向上提升出渣，施工工期约520天，耗时耗力效率低；采用反井钻施工方法，反井钻历时63天完成Φ1.4m导井435m，扣除施工干扰影响，平均钻孔成井速度为14m/d。具备导井后，在7个月内全部竖井开挖完成。可见，采用反井钻机施工，在满足工期条件下提高了劳动生产率，创造了明显的经济效益。

竖井衬砌采用滑模施工，无需在井内搭设高排架，混凝土开浇后连续浇筑一次成型，既经济又安全。单个井混凝土浇筑一般在20天左右完成，缩短了工期，经济效益明显。