正井全断面施工法在水电站竖井开挖中的应用

武方圆，贾小刚

(1.国电云南电力有限公司，昆明 650021;2.国电云南阿墨江发电有限公司，云南墨江县 654800)

1 工程概述

普西桥水电站泄洪冲沙洞工作闸门井位于电站左岸5号冲沟附近，地形坡度在20°左右，5号冲沟地表普遍分布有第四系松散堆积层，厚度普遍在2.5～4.0m，强风化带埋深小于10m，后边坡有f19、f23、f23陡倾坡内，与开挖边坡大角度相交，对边坡稳定影响不大，f19缓倾坡外，与开挖边坡大致平行，且f19与闸门井竖井在729m高程附近成大角度相交。

工作闸门井井口高程742m，井底高程666.5m，竖井深度75.5m，井口呈漏斗状，井身为长方形，且井身段自上而下有两个扩散区，整个井身断面尺寸分别为:断面1=12.2m×10.45m(长×宽)，断面2=12.2m×13.5m(长×宽)。

2 开挖方案比选

水电站竖井开挖有两种施工方法:正导井施工法和反导井施工法。普西桥水电站泄洪冲沙洞工作闸门井竖井开挖方案在招投标阶段为反导井施工方案，但由于泄洪冲沙洞无压洞段受各种客观因素制约，实际进洞时间较晚，底部洞室尚未贯通，采用正井全断面施工法相较于反井法施工具有独特的优势，主要体现在以下几个方面:

a.采用正井全断面开挖施工方法，只需将竖井井口处理完成即可开始施工;采用反井法施工时，须先施工反导井，然后进行正井扩挖，竖井的上、下口必须先行施工到位，特别是需要下部洞室施工到位具备出渣条件后才能进行反井扩挖施工，施工条件要求较高。结合该工程泄洪冲沙洞实际进洞日期，采用反井法施工即无压段洞室开挖到达工作闸门井位置后再进行竖井扩挖，无法满足总进度工期要求。

b.正井全断面开挖施工方法，竖井施工与洞室施工可以平行进行，无交叉作业，互不干扰，降低了施工难度，特别对于竖井或洞室开挖进度均处于直线工期的工程项目，可大大节约施工工期;而反井法施工竖井的上、下口均不能位于主要运输线路上，否则扩挖时与洞室开挖相互影响，势必拖长工期。同时由于该工程无压段洞室底板设计纵坡较陡 (i=19.73%)，若采用反井法，出渣难度大，也会直接影响工期。

c.正井全断面开挖施工方法一次爆破成型，工作面空间大，具备机械施工条件，提高了施工效率，且施工过程无技术难题;而反井法随着竖井深度的加大，施工难度越来越高，尤其在反井扩挖时，堵井事故率高，处理堵井困难，增加了施工组织管理难度和施工风险。

d.正井全断面开挖风、水、电等辅助作业一次铺设到位，井口只需布置一套提升吊挂设施和设备;反井法前期导井施工和后期正井扩挖，上口均需布置一套提升吊挂设施和设备，需要工作面不断迁移，增加了施工准备期、反井施工机具的投入和施工工序的重复。

结合该工程实际，为确保泄洪冲沙洞工作闸门井竖井开挖支护工期，经过技术方案比选、综合分析，最终采用正井全断面开挖施工方案。

3 正井全断面施工法

为确保井口上方区域安全，在竖井开挖支护前，竖井后边坡及平台外围防护结构已全部施工完成，风、水、电等辅助作业亦已布置完成。正井法全断面开挖施工法即在竖井顶部架设双梁门式起重机自上而下一次钻爆施工到位，用门式起重机吊运至竖井顶部出渣，施工工艺流程如下图1所示。

图1 正井法全断面开挖施工工艺流程

3.1 井位放样

为保证开挖断面尺寸满足设计蓝图要求，测量人员利用全站仪在每层开挖前，放样出该层开挖轮廓线和爆破孔位布置点，为后续开挖提供条件;同时在竖井两个对角上安装两台激光垂准仪随时对已经成型的井位进行校核。

3.2 井口开挖锁护施工

为避免竖井开挖对门机基础的震动破坏，同时兼顾门机轨距尺寸和施工期安全要求，在进行井身段施工前，先进行井口开挖锁护施工。

采用手风钻造孔，光面爆破，反铲甩渣，全断面一次完成锁口垂直段开挖 (742～740.959m高程，轮廓尺寸:16.2m×14.45m)，沿工作闸门井竖井长度方向左、右两侧设置钢筋混凝土门机轨道梁，沿工作闸门井宽度方向左右两侧设置钢筋混凝土连系梁进行锁口防护。锁口混凝土顶部高出742m高程平台20cm，即顶部高程为742.2m，锁口统一采用C25混凝土浇筑。

在井口锁护施工时，同时进行MG－20t双梁门式起重机 (以下简称门机)轨道、门机、装渣斗及吊篮等设备的安装工作。

3.3 竖井全断面开挖施工

井口锁护施工完毕，上部门机安装、调试完成后，开始进行竖井全段面开挖。

竖井开挖整体采用全断面一次爆破成型开挖方法，单循环开挖深度为2.0m。具体施工方法为:先在中部V形拉槽爆破，后进行周边成型扩挖;周边开挖轮廓线光爆孔间距为0.6m，主爆孔间距为0.9m，排距为0.8m;利用上部已经安装调试好的慢动卷扬(20t稳车)吊挂2.0m3渣斗出渣，0.3m3小型反铲装渣，门机提升渣斗、20t自卸汽车出渣。

a.根据竖井全断面开挖的特点确定爆破方式为:主爆孔为倾斜掏槽布置，采用YT－28手风钻钻孔，根据现场实际情况，确定每层开挖高度为2m。

b.由于715.305～712.255m高程为悬挑扩散段，691.5～669.5m高程为工作闸门扩散段，在垂直开挖至两悬挑扩散段时，采用水平向前推进开挖方式完成两部位开挖施工。

c.中部拉槽爆破主要采用深孔爆破方式，孔深按4～5m控制，与周边岩体形成台阶状，以增大临空面，减小爆破底盘抵抗线，使爆破飞石均面向中心，以避免对围岩自身稳定能力造成破坏。

d.出渣主要是利用一台0.3m3小型反铲进行装渣，双梁式门式起重机提升至井口临时堆渣区，再用装载机和自卸汽车出渣。由于竖井开挖及支护均利用吊运反铲的门机完成钻机设备、喷护施工钢筋等设备及材料运输，为了加快出渣速度，施工过程中增加了一个出渣斗出渣，两个渣斗交替运行，从而缩短了出渣循环时间。

4 竖井支护方案

4.1 井壁系统支护及临时排水施工

正井法全断面开挖岩面采用一掘一喷的循环方式。爆破开挖后，及时进行初喷混凝土施工，保持围岩自身稳定不松散，并采用锚杆、挂网，喷混凝土联合支护方式及时进行系统支护。

因竖井顶部742m高程施工平台排水系统已经形成，竖井顶部采用彩钢瓦搭设了临时遮雨设施，因此，竖井内的汇水主要是开挖成型井壁的渗水，采用高扬程潜水泵即满足了竖井底部排水需求。同时针对开挖成型井壁有局部渗水点，在相应位置钻设直径φ76、孔深5.0m、安装直径φ50、采用土工布包裹的PVC排水花管，以排出岩体内地下水，降低渗透压力。

4.2 竖井加强支护施工

a.井壁超前支护。因沿工作闸门井中心线上、下游井壁715.3m和691.57m高程各存在一个平距分别为3.05m、10.84m的悬挑扩散段，如不进行预先超前支护，可能会因该部位岩体破碎、稳定性差，造成局部塌方、掉块，给后续施工带来一定的安全隐患。因此，结合现场实际地质情况和施工条件，在开挖至上述部位时增加了3φ32锁口锚筋桩，施工参数为:长度 9.0m，入岩 8.9m，外露 0.1m，间排距1.5m，上倾15°～30°(倾斜角度根据现场围岩节理走向确定)，梅花形布置;锚筋桩外露部分，使用25钢筋横向平行与外露端焊接，相邻排间按W形状焊接成整体，钢筋挂网，喷10cm厚混凝土。

b.钢桁架补强支护。泄洪冲沙洞工作闸门井在完成681m高程以上开挖及支护施工后，正好进入主汛期，工区降雨频繁，根据竖井前期开挖揭露的围岩地质情况，在715～729m高程井段与竖井大角度相交的f19断层位置附近出现褐红色强风化粉质岩土，在691.573m高程以下出现与结构面平行的岩层，且685m高程以下出现强风化钙质砂岩与砂质灰岩。上述部位岩土破碎、稳定性较差。同时，由于715.3m和691.57m高程悬挑扩散段的存在，尽管前期井壁支护已严格按照设计图纸施工完成，并在施工过程中增加了随机排水孔、采取了预支护等措施，但通过几次连续降雨后对开挖支护完成井壁的现场察看，井壁渗水较多，局部已喷护混凝土出现细微开裂现象;监测数据分析成果显示，岩体有微弱变形。

为防止工作闸门井井壁在汛期出现较大收敛变形，确保施工安全，经四方参建单位现场研究决定:对沿中心线上下游井壁井口、悬挑扩散段上下口采用四层、八榀钢桁架加强支护;对691.57m高程处平距为10.84m的悬挑扩散面进行锚筋桩+钢支撑补强支护，锚筋桩外露部分，使用φ22工字钢横向平行与外露端焊接，相邻排间采用 25钢筋按W形状焊接成整体，钢筋挂网，喷20cm厚混凝土，具体加固形式如图2所示。

通过采取以上加强支护措施后，竖井井壁收敛变形趋于稳定，最终确保了竖井的安全。

5 结 语

普西桥水电站泄洪冲沙洞工作闸门井竖井运用正井全断面开挖施工法，月平均成井近18m，实现了工作闸门井与泄洪冲沙洞无压洞段同步施工，互不制约，同时最大限度地降低人力、物力投入，减小施工风险，为早日进行工作闸门井及泄洪冲沙洞衬砌赢得宝贵时间;同时采用超前锚筋桩、钢桁架补强支护等措施，确保了井体的施工安全，取得了良好的施工效果，为正井全断面施工法在水电站垂直竖井开挖支护施工中的应用积累了宝贵的实践经验，希望能为今后同类工程项目的施工提供一定的借鉴。

［1］王其德，姜凌宇，李江明.三道湾水电站出线竖井正井法开挖及方案优化［J］. 四川水利发电，2010，29(3):8-11.

［2］段汝健，张德高.周宁水电站高坟引水竖井施工技术［J］.水利发电，2006，32(12):70-72.

［3］袁光裕，胡志根.水利工程施工［M］.第5版.北京:中国水利水电出版社，2009.