引白入北工程集水竖井开挖控制技术

曲树成 王春娟

(沈阳利鑫土木工程有限责任公司，辽宁沈阳 110179)

1 工程概况

1.1 工程概况

北票市引白入北供水工程的滤床取水区域位于白石水库中心府区段，设计1条700m的输水主巷道和3条支巷道，在主巷和支巷上布置9座硐室，在硐室顶部安装渗滤取水器取水，主巷起点处设1眼集水竖井和1座取水泵房。集水竖井井口标高129.75m，井底标高77.5m，井深52.25m，内径5m，壁厚0.4m，C30钢筋混凝土现浇全支护。井底5m段为导井，便于施工和将来巷内维护、检修排水置泵空间。

1.2 工程地质

竖井所处场地出露的主要岩性为砂岩类、泥岩、薄层页岩。

2 土层、砂砾层施工

根据工程实际情况首先施工锁口至井圈部位，依据业主提供的控制点资料及经监理工程师批复的复测成果进行测量放线。首先利用全站仪放样出竖井中心位置，然后利用钢尺放样竖井开挖范围。竖井锁口段以粉质黏土为主，表层为块石土，地表距强风化岩层深度约8m。采用机械人工配合开挖，挖至砂砾层后，采用人工开挖，锁口部位使用空压机风镐开挖确保开挖质量满足设计要求。垂直提升出碴采用25t汽车吊吊料斗出渣。按设计断面开挖完成后，进行锁口钢筋混凝土的浇筑，浇筑时模板采用大块定型钢模板。井圈混凝土顶高程高于地面0.5m，搭设施工平台、安装井架及封闭井口。

3 井身岩石段施工

井身段分为两部分进行掘进，先进行高程82.0m以上段竖井施工，等输水平巷及硐室施工完成后再进行82.0m以下段竖井施工。采用钻爆法施工，为减小爆破地震波的影响，采取分段、分次爆破，出碴采用井架垂直提升，每个开挖循环结束后为了确保施工人员安全，井壁喷射C30混凝土进行支护。

3.1 控制点布设

根据竖井的施工特点，近井点的测量在井筒附近至少建立一个竖井永久性控制点(包括平面控制和高程控制)，作为井建测量的基准点。井筒十字线的测设:沿十字线各端埋设永久保护点不少于2个，并实测各点的坐标。随着竖井掘进到一定深度，十字线还应转设到井筒锁口面上，并埋设铁质标志，永久保存。施工时定期检校中心线，利用中心线确定开挖线。

3.2 集水竖井爆破设计

竖井井筒爆破设计主要包括爆破参数确定(爆破图表编制)、凿岩和爆破三项工作。在竖井掘进时，凿岩爆破是一项主要工序，在每一个循环中约占20%～30%的时间，凿岩工作的快慢直接影响工程进度，而爆破效果则直接影响井筒成型质量。

3.2.1 爆破参数的确定

a.爆破器材选择。竖井掘进时，一般使用威力高、防水性好的炸药。根据岩层实际情况，选用胶质炸药。雷管采用6号和8号毫秒延期电雷管，段数为1、3、5、7、9。

b.单位炸药消耗量(q)的确定。影响单位炸药消耗量的主要因素是岩石的性质、炸药种类和井筒断面的大小。根据经验数据，参照国家定额——竖井掘进炸药及雷管消耗定额(见表1)选定，在施工中依据实际爆破效果不断调整，使其达到最优值。竖井掘进断面为26.4m2，岩石的坚固性系数f=8～10，查表得知单位炸药消耗量q定=1.62kg/m3。根据以往施工经验，定额数值一般偏小，乘以1.1的系数，决定取q=1.8kg/m3。

表1 竖井掘进炸药及雷管消耗定额

c.炮眼直径(d)的确定。炮眼直径指炮眼眼底的直径，一般取38～42mm。药包直径一般较炮眼直径小5～7mm，钎头直径一般较炮眼直径小2～3mm。竖井施工时，采用40mm的钎头，故炮眼直径为42mm。

d.炮眼深度(l)的确定。通常将从眼口到眼底的垂直距离称为炮眼深度，而将从眼口到眼底的长度称为炮眼长度。在施工时炮眼深度根据要求的月进度来确定，依据下式进行计算:

式中 l——按月进度要求的炮眼深度，m;

L——月掘进深度，m;

n——每月掘进天数;

n1——每循环小时数;

η——炮眼利用率，一般为0.8～0.9，取0.85;

η1——循环率，一般为80% ～90%，取85%。

竖井计划月进度为60m(L=60m)，采用掘砌顺序作业。月掘进天数取27d，取循环时间为12h，则炮眼深度为:

为了加快施工进度和提前超额完成生产任务，取炮眼深度l=1.8m。

e.炮眼数目(N)的确定。通常先根据单位炸药消耗量进行初算，再根据实际统计资料用工程类别的方法初步确定炮眼数目，作为布置炮眼时的依据，然后再依据炮眼布置情况，适当加以调整，最后确定。用下式进行计算:

式中 q——单位炸药消耗量，kg/m3;

S——井筒的掘进断面，m2;

η——炮眼利用率;

m——每个药包的长度，m;

G——每个药包的重量，kg;

a——炮眼平均装药系数，当药包直径为32mm时，取0.6～0.72;当药包直径为35mm时，取0.6～0.65。

竖井掘进断面积S=26.4m2，单位炸药消耗量q=1.8kg/m3，炮眼利用率为η=0.85，每个药包的长度m=0.2m，每个药包的重量G=0.15kg，炮眼装药系数a取0.72，则炮眼的估算数目为:故炮眼数目暂定75个，作为布置炮眼时的依据。

f.炮眼布置。竖井掘进时，炮眼布置在以井筒中心为圆心做成的同心圆上，根据井筒掘进直径、岩石坚固程度，共布置四圈。掏槽方式及掏槽眼的数目主要受岩石性质、井筒掘进断面和炮眼深度等因素影响。掏槽眼的数目一般为5～7个，岩石越坚固掏槽眼数目应该越多。竖井掘进采用浅眼直线掏槽形式，其具有岩碴飞扬高度小、操作技术简单、便于打深眼等优点。掏槽眼数目确定为12个，掏槽眼深度为2.2m。

周边眼口一般距井帮100～200mm，在软岩中可达300～400mm。周边眼在钻孔时略向外倾斜，使眼底落在井筒的轮廓线上。为保证井筒规格质量，周边眼的眼距比辅助眼小。为使每个炮眼的最小抵抗线基本相等，辅助眼和周边眼一样都按同心圆分圈布置。竖井岩石较坚固，炮眼深度取1.8m，掏槽采用浅眼直线两次掏槽，在竖井中心设中心孔，其深度比其他炮眼略深20cm。

g.炸药消耗量的确定。

ⓐ初步确定炸药消耗总量Q

Q=q×S×l×η =1.8×26.4×2×0.85=80.8kg

ⓑ各类炮眼中单孔装药量的确定

①每个炮眼平均装药量q平:

②每个掏槽眼的装药量q掏:8.64个，考虑装药的可靠性，取n掏=9个

故q掏=G×n掏=0.15×9=1.35 kg

式中 n掏——每个掏槽眼所装药卷个数;

m掏——掏槽眼药量增加系数，可取1.15～1.2;

G——每个药卷的重量，kg。

③每个辅助眼的装药量q辅:

故q辅=G×n辅=0.15×7=1.05 kg

④每个周边眼装药量q边:

q边=G×n边=0.9kg

式中 n边——每个周边眼所装药卷个数;

m边——周边眼装药量降低系数。由于周边眼眼距较小，自由面较大，易崩落，同时为减少因爆破而产生岩帮稳定性下降，周边眼装药量应有所减少，故 m边可取0.85～0.95。

ⓒ每循环实际炸药量消耗总量Q实

Q实=q掏×n1+q辅×n2+q边×n3=1.35×12+1.05×34+0.9×30=78.9kg

h.爆破图表。根据以上各项确定的结果，进行归纳整理，见表2、表3。

表2 原始条件

表3 竖井爆破参数

3.2.2 凿岩作业

竖井凿岩采用YT—28凿岩机，钎头采用φ40mm“一”字形硬质合金钻头。竖井掘进断面积为26.4m2，根据以往经验，同时考虑到井筒作业面有限，设备过多易造成相互干扰和工作混乱，计划配置4台凿岩机同时作业，分四个工作区域，集中组成8人的“定人、定机、定位”的劳动组织。

3.2.3 爆破作业

爆破作业主要包括装药、联线和起爆。装药时安排爆破员和有经验的工人进行，必须认真装填，联线可靠，方能获得良好的爆破效果。装药前把工作面的工具提出井外，设备提至安全高度，非工作人员全部撤离至井筒以外。

a.装药。装药时采用串装药的方法，将每个炮眼欲装的全部药卷先在地面用竹片及线捆扎，加工成串联药卷。在工作面装药时将长药卷一次装入眼内，眼口部分用炮泥充填。

b.联线。全部炮眼装药结束之后即可开始联线。联线前必须打开放炮开关，并切断通入井下的一切电源，以防意外电源接触爆破母线造成事故。竖井爆破采用并联网路，由于眼数较多，加之工作面有淋水、积水等原因，因此应注意使通过每个雷管的电流大致相等，以防止因漏电而发生局部拒爆现象。

c.起爆。爆破网路联好以后，必须认真检查，以免发生漏联和错联。爆破母线的连接必须在所有放炮准备工作完成并经检查后进行。放炮前必须打开井盖门，当所有人员撤离井口到达安全地点后，放炮工方可合闸起爆。

4 结论与建议

a.按爆破设计进行爆破试验，能够达到进尺1.6～1.8m左右的深度。

b.通过合理组织施工满足施工进度需求，保证了按计划工期完成开挖任务。

c.施工时根据不同地段的岩石性质适当调整了各项参数，井壁开挖满足超欠挖控制在设计标准范围内的要求。

可以看出，根据爆破效果和实际岩石条件的变化，适当调整周边孔与设计开挖边线的距离，以及适当调整装药量等参数在竖井开挖中起着至关重要的作用。上述开挖控制技术可供类似地质条件竖井开挖施工参考。■