甲米河一级水电站调压井开挖施工

贾小虎，张 琦，周 杰

(中国水利水电第九工程局有限公司，贵阳，550081)

1 工程概述

甲米河一级水电站位于四川省凉山州盐源县盐塘河干流甲米河上，系具日调节功能的引水式电站，电站装机3×12MW，设计水头90m，设计引用流量45.45m3/s。电站枢纽建筑物由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成。

甲米河一级水电站调压井为露顶圆筒阻抗式，井筒开挖直径12.0m，衬砌厚度1.0m，井筒顶高程2197.8m，底板开挖高程2127.07m，阻抗孔直径2.8m，孔顶开挖高程2132.07m，调压井井筒高65.73m。调压井最高水位2185.68m，最低水位2135.47m。

调压井后坡分三级马道，四级弧形边坡，马道宽1.2m，边坡高度8.0m～10.0m，坡比1∶0.5。后坡地形坡度约35°，地表覆盖为第四系全新统残坡积块碎石土层。井筒0～7.0m为覆盖层，主要是第四系全新统碎石土坡积物;7.0m以下为强风化玄武岩，岩体十分破碎、裂隙发育，钻孔过程中卡钻、掉块严重，为Ⅴ类围岩。

经分析，该调压井工程具有以下特点:(1)调压井所处地质条件差，以Ⅴ类围岩为主，围岩风化严重，开挖难度较大;(2)调压井开挖高度为65.73m，且在后边坡下方施工，安全隐患大;(3)调压井较高，材料由调压井顶部吊运至施工面，吊运难度大;(4)调压井溜渣井自上而下开挖时，出渣困难;(5)调压井后边坡为弧形，开挖坡面控制难度大。

2 施工布置

2.1 道路布置

调压井施工道路从盐泸公路，经厂区跨河大桥、6#公路、5#支洞至调压井后边坡及井筒顶部平台(高程2198m)。

2.2 风水电布置

2.2.1 施工用电。从布置在5#支洞口附近的变压器(630kVA)低压侧搭接，照明线采用36V，动力线采用380V/220V。

2.2.2 施工供水。在调压井平台附近修建一个容积为80m3的水池，采用钢管(DN150)接引至调压井附近，再用塑料管(φ50mm)引至调压井后边坡及调压井井筒开挖工作面，调压井底部开挖采用钢管(DN150)经过交通廊道，用塑料管(φ50mm)引至工作面，并在适当位置设分水包及减压阀。取水用φ50mm塑料管从5#冲沟内引水至水池内。

2.2.3 施工供风。从布置在5#支洞口附近的空压机(20m3/min)，采用DN125、DN80硬风管接至工作面附近，再用φ50mm的皮管接至各用风点。

2.2.4 施工通风。调压井溜渣井开挖至10m以下，采用鼓风机接凡布管(φ100mm)对开挖工作面进行通风，保证洞底空气新鲜，防止洞底施工人员因供氧不足出现身体不适。

2.2.5 施工排水。调压井后边坡开挖施工前，先沿开挖线外2m～3m开挖截水沟，防止雨水冲刷边坡。并在井筒顶部平台(高程2197.8m)开挖排水沟，经边坡引至5#支洞排水沟内，从6#公路排水沟流至甲米河内。

2.3 出渣方案

2.3.1 调压井后边坡开挖前，先在调压井2197.8m高程开挖一集料平台，在集渣平台外侧设置拦渣墙，防止开挖料渣沿山坡滚至厂区，并沿后边坡开挖一个溜渣槽。后边坡开挖料渣用挖掘机(PC220)挖至溜渣槽溜至集渣平台，用ZL－40型装载机上料，8t自卸汽车运输，从上调压井道路边卸至5#弃渣场，弃渣后及时用推土机推平，并用挖掘机按要求修坡。

2.3.2 调压井溜渣井开挖料渣采用人工上料，3t卷扬机提吊至高程2197.8m平台，采用ZL－40型装载机上料，8t自卸汽车运输至5#弃渣场卸料。

2.3.3 井筒扩挖料渣采用挖掘机(PC220)挖至溜渣井，从溜渣井溜至调压井底部，再采用ZL－40型装载机上料，8t自卸汽车运输至5#弃渣场卸料。

3 调压井后边坡开挖支护

3.1 后边坡开挖措施

调压井后边坡分三级马道，四级边坡，马道宽1.2m，边坡高度8m～10m，除第四级边坡坡比为1∶0.75外，其他三级边坡坡比均为1∶0.5，开挖坡比较陡。由于后边坡岩体以坡积层碎石土为主，边坡稳定性较差，为了安全、顺利完成后边坡开挖，采取了以下措施:

(1)在后边坡开挖前，先沿开挖线约2.0m施工截水沟(30cm×30cm)，防止雨水浸蚀开挖坡面，导致边坡塌方。在边坡开挖区域外设防护栏，防止边坡上掉石;

(2)从上至下分层开挖，每级边坡分3层，分层高度2.5m～3.5m，每层开挖完成后，先素喷5cm混凝土(C20)，再挂网喷锚支护，必须支护完成后，方可向下开挖;

(3)每层开挖，先用挖掘机(PC220)挖除覆盖层至硬岩，或至设计开挖线0.5m～1.0m，硬岩预留50cm，土层或强风化岩预留1.0m，留作开挖坡面控制层。

3.2 开挖坡面控制措施

调压井后边坡为弧形边坡，开挖坡形控制难度很大，为了能很好的控制坡形，使后边坡开挖坡形，既满足设计要求又美观，采取以下控制措施:

(1)加强测量控制。开挖前测量员放出设计开挖线，对现场带班人员作好测量交底。开挖至坡面控制层后，测量员沿弧长每3.0m放一个开挖控制点;

(2)加强现场管理，预留坡面挖制层。安排开挖经验丰富的管理人员现场指导，开挖预留坡面控制层前，作好坡比样架，现场指挥挖机手严格按照坡比修坡，须爆破部位，控制好孔距(不大于60cm)，孔向及装药量(线装药密度不大于0.3kg/m);

(3)及时封闭，跟进支护。每层开挖完成后，先素喷5cm混凝土(C20)封闭开挖面，防止下雨冲刷开挖边坡，导致塌方。素喷封闭完成后，再挂网喷锚支护，必须支护完成后方可向下开挖。

3.3 后边坡支护

调压井后边坡采用挂网喷锚结合锚筋桩支护，三、四级边坡自进式锚杆(Φ25@2.5×2.5m，L=4.5m)，一、二级边坡自进式锚杆(Φ25@2.5×2.5m，L=9.0m)，锚筋桩(3Φ25@5.0×5.0m，L=9.0m)(详见图1)。

3.3.1 自进式锚杆施工

(1)用脚手钢管(φ48mm×3.5m)搭设排架作为钻孔操作平台，操作层满铺竹跳板;

(2)三、四级边坡自进式锚杆采用手风钻造孔，一、二级边坡自进式锚杆先用潜孔钻造孔，孔径56mm，再用手风钻将自进式锚杆压入孔内;

(3)自进式锚杆钻头采用合金钻头，外径不小于50mm，在自进式锚杆上焊割注浆孔，注浆孔长为锚杆设计长度的1/3。自进式锚杆采用套筒连接;

(4)钻进自进式锚杆时，钻机先给风或水，然后钻进，在破碎岩体中钻进时，钻头的水孔易堵塞，因此放慢钻进速度，多回转，少冲击，注意水从钻孔中流出的状况。若有水孔堵塞现象，应反复冲击水，使水孔畅通，然后慢慢进尺，直到设计深度;

(5)钻进至设计深度，用水或空气洗孔，检查钻头上的孔是否畅通，然后将锚杆从钻机连接套上卸下，锚杆按设计要求外露。用钢管将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口约10cm，接注浆管及用于封孔。如注浆压力较大或围岩较为破碎，也可采用锚固剂封孔;

(6)自进式锚杆深度验收合格后，用注浆管和注浆泵对自进式锚杆进行注浆，注浆必须连续，观察浆液从止浆塞边缘流出或压力表达到设计值，即可停止注浆。若注浆过程中出现堵管现象，及时清理锚杆、注浆软管和注浆泵，此时若泵的压力表显示有压，则反转电机1s～2s卸压，方可卸下各接头，电机反转时间必须短暂。

3.3.2 锚筋桩施工

(1)锚筋桩采用潜孔钻造孔，孔径110mm，孔向必须垂直于坡面。采取低压慢速钻进，为防止孔斜、塌孔等可采取加粗钻杆、设置导向或回填扫孔等措施处理。对孔壁垮塌或掉块严重的部位，可先进行固结灌注处理，然后再钻进;

(2)将钢筋调直除锈后，用φ6.5mm盘条制作成钢筋环，将3根钢筋，1根注浆管，1根排气管焊接固定，钢筋环间距约1.0m。每根锚筋桩可分两段制作，钢筋用套筒连接，连接点必须错开，不得在同一断面上;

(3)锚筋桩安装利用1.5t手拉葫芦配合人工进行安装，锚筋桩入孔安装应保持平顺、均匀，同时注意保护锚筋桩注浆管，以确保注浆的顺利进行;

(4)锚筋桩注浆采用全孔一次性注浆，注1∶1水泥砂浆，灌浆压力为0.2MPa～0.3MPa。当注入率不大于5L/min时，继续灌注20min，灌浆工作即可结束。

图1 调压井后边坡开挖支护

4 调压井预固结灌浆

根据调压井后边坡开挖揭露岩层情况，及调压井前期勘探地质资料，调压井岩体破碎，尤其是调压井上部岩体结构松散，后边坡承受荷载大，又因调压井断面尺寸较大，高差有70.93m，为了确保调压井施工安全，采取在调压井开挖前先进行预固结灌浆。预固结灌浆孔为一排，距调压井开挖线 1.5m，孔距 2.0m，孔深 71m，钻孔高程EL2198m，起灌高程EL2192m，盖重厚6m，分两序灌浆，灌浆压力0.3MPa～0.5MPa。

预固结灌浆采取地质钻造孔，孔径91mm。灌浆采取从上至下分段灌浆，分段长度按第一段5m，之后为6m，共11段。灌浆水泥采用P.O42.5普硅水泥，浆液水灰比采用 3∶1、2∶1、1∶1、1∶0.8、1∶0.5五个比级，比级变换按相关规范执行。固结灌浆前，选择有代表性的1个Ⅰ序孔进行简易压水试验，压水试验应在裂隙冲洗后进行，压水试验压力值为该孔段最大灌浆压力值的80%，但最大值不超过1.0MPa，采用单点法压水，压水时间为20min，每5min测读一次压入流量。灌浆采用“循环式”，单孔灌浆，当相邻孔发生串浆或吸浆量较小时，可采用多孔并联灌注，严禁串联，并应控制压力，并联灌注孔数最多不宜多于3个。

5 调压井开挖及支护

5.1 调压井溜渣井开挖

调压井开挖直径为12m，为了便于出渣，先开挖直径1.8m的溜渣井，然后再进行井筒扩挖。由于调压井围岩破碎，根据预固结灌浆钻孔情况，卡钻及塌孔严重，因此不宜采用反井钻机施工溜渣井，只有采取人工钻爆开挖。

由测量员放出调压井中心点，溜渣井从调压井中心从上至下开挖，每向下开挖1.0m，及时采用C20混凝土护壁，护壁厚度不小于10cm，在洞口或围岩极破碎，易塌方段须先扎钢筋网(φ6.5@20×20cm)，再浇筑混凝土护壁。溜渣井井口周边须做防水围墙，高出30cm即可。井口上方设置防护棚，防止雨水进入。

在溜渣井开挖至约20m深后，因从下至上提吊料渣难度较大，开挖进度也较慢，我部曾采用地质钻沿溜渣井中心钻三个爆破孔，孔径73mm，孔深至调压井底部1.0m，孔向平行于井轴线，然后由下至上爆破开挖，装药时将乳化炸药绑于φ12mm钢筋上，深入孔内，每次装药底部留空1.0m，钻爆循环进尺按2.0m～3.0m控制，炸药采用乳化炸药。但在钻孔过程中卡钻严重，钻孔至53m深度时，出现埋钻，该施工方案未成功，后仍采取原方案从上至下逐层钻爆开挖至井底。

5.2 调压井井筒扩挖及支护

根据调压井溜渣井开挖揭露围岩情况，从调压井平台高程2197.8m向下约7.0m为覆盖层，之下为强风化玄武岩，岩体呈碎石状，围岩破碎。调压井扩挖采取直接用挖掘机(PC220)扩挖，扩挖按3.0m一层控制，开挖完一层后，及时用拱架梁结合挂网喷锚支护，支护完成后方可进行下一层开挖。

对围岩完整致密段，直接用挖掘机开挖不动时，采取钻孔爆破，按松动爆破控制装药量，爆破区覆盖橡胶防爆网，并用竹跳板将挖掘机覆盖进行保护。

开挖至调压井井筒底部约10m，调压井底部料渣不得出空，挖掘机必须停在未出渣一边。施工人员必须系好安全绳，将安全绳固定在已施工的锚杆上。当开挖至井筒底部(高程2132.07m)后，用装载机出一部分料渣，露出空腔后，挖掘机长臂先伸出空腔，抵在底部积渣上，再用装载机从另一侧出渣，使积渣缓慢下沉，然后挖掘机从空腔内开出。

调压井围岩破碎，扩挖垂直高度为65.93m，扩挖直径为12m。为确保施工安全，对调压井扩挖采用钢格栅拱架梁结合挂网喷锚进行初期支护，具体支护参数如下。

(1)调压井高程2198m～2193m，采用钢格栅拱架梁、锚杆、挂网，再浇筑40cm厚C20混凝土锁口;高程2193m以下，采用钢格栅梁结合挂网喷锚支护;

(2)钢格栅梁间距80cm～100cm，在加工场分段制作后，运至现场安装;锚杆为自进式锚杆，尺寸Φ25@1.0×0.8m，L=4.5m;挂网钢筋尺寸为φ6.5@15×15cm，喷C20混凝土厚25cm;

(3)在调压井高程2197.8m平台架设吊装架子，材料用3.0t卷扬机提吊至工作场面。

6 结语

调压井后边坡为弧形边坡，开挖揭露出的岩体破碎，开挖坡度较陡，边坡开挖坡形控制难度较大，通过采取分层开挖，跟进支护，加强测量及现场管理等措施，后边坡弧形及坡面控制很好，受到参建各方好评。

采用人工开挖溜渣井安全隐患大，料渣提吊难度较大，在围岩较完整的条件下，尽可能采用反井钻机开挖，不仅可以规避安全风险，也可以加快溜渣井开挖进度。采用挖掘机直接对调压井进行扩挖，解决了扩挖出渣量大的难题，以减少爆破给围岩的扰动，同时加快调压井扩挖进度。我部只用了两个月时间将65.73m的调压井扩挖完成，节省了出渣成本及管理成本。对围岩较差的竖井，采用挖掘机扩挖是一个值得借鉴的方法，但必须了解清楚围岩情况，如果扩挖须频繁放炮，会增加挖掘机防护难度，占用大量的开挖时间，反而增加施工成本。