宽城县取水泵站竖井爆破开挖技术

陈智勇

（河北省水利工程局，石家庄050021）

宽城县取水泵站竖井爆破开挖技术

陈智勇

（河北省水利工程局，石家庄050021）

宽城县取水泵站地质条件复杂，施工难度大，施工中采用了反导井开挖、分次扩挖等施工方法。通过取水泵站竖井爆破开挖工程施工，分析了竖井开挖的施工程序和施工方法，总结了反导井开挖、竖井扩挖、爆破参数、安全支护等实践经验，对类似竖井开挖工程具有实际指导意义。

泵站；竖井；反导井；爆破参数

1 概述

宽城县城区长期严重缺水，为解决水源问题从潘家口水库库区取水，由两级泵站提升至清河梁高位水池，再由高位水池自流至现有水厂清水池，利用现有水厂及管网向县城供水。取水泵站工程取水规模2.5万m3/d，本工程包括进水隧洞、泵站取水竖井、一级泵站、二级泵站、DN600输水管道（长31.2km）及高位水池一座（8000m3）。进水隧洞为城门洞型（宽×高=5m×4m），长163m，泵站位于进水隧洞末端，毗邻潘家口水库，采用竖井式。竖井开挖直径19.5m，井深40.5m。宽城县属燕山山脉东部，地质情况为基岩裂隙含水岩组，属于高山水文地质亚区。地貌类型为中低河谷地貌，岩性主要为砂质页岩、白云岩、白云质灰岩等，围岩为全风化岩石（Ⅲ类围岩），开挖时应注意加强支护。

2 竖井开挖

水利工程竖井一般与平洞相连，竖井的底部为平洞，小断面竖井（直径为3m以内）采用全断面开挖，大断面竖井开挖则是先打竖导井，然后进行扩挖，挖除剩余部分岩体。竖导井开挖有两种施工方式：①如果竖井底部设平洞且平洞能与竖井同时或提前开挖，则采用反导井施工法，即自下而上（平洞已打至竖井底部）先开挖竖导井以后，然后自上而下扩挖，竖井石渣从隧洞运走；②如果竖井底部没有设平洞或平洞，只能在竖井开挖完成后开挖，则采用正导井施工法，即导井与扩挖均自上而下施工，井渣采用垂直提升，这种方法出渣困难，施工进度慢，费用高。

由于该工程取水泵站竖井下部设有进水隧洞且能够提前打通，所以采用反导井施工法。

2.1 反导井开挖

本工程进水隧洞163m，施工时先开挖进水隧洞，进水隧洞开挖完成后自下而上开挖导井。施工方法为：在自下而上开挖导井的同时，竖井上口表层岩石同时进行开挖，竖井全断面开挖3m后锁井口，设置安全护栏，安装龙门架、卷扬机等吊运设备。在竖导井开挖导通之时，竖井锁口混凝土、安全防护栏、吊运设备安装调试已经完成，即可进行竖井扩挖。

反导井直径2m，开挖方法有两种：方法1是在反导井壁上打锚筋，在锚筋上焊挂挂钩，以便挂爬梯，作业人员可利用爬梯上下，材料物资和工具通过爬梯运送到掌子面。在爬梯上部搭设简易架子平台、人站在简易平台上钻孔、装药作业。这种开挖方法的优点是风钻钻孔用水能自行排走，爆破后的石渣能直接落到底部平洞，由装载机直接铲运至洞外，装车运至弃渣场，出渣速度快；其缺点是且每一次爆破之前，风、水、电线路及简易平台都要撤出，爆破完毕后爬梯挂钩也要重新检修，排险作业人员在下面无处藏身，比较危险，排险结束需要重新搭设简易平台，布设风、水、电线路。方法2是在地面上架设地质钻机，由竖井的中心位置用打1个直径150mm深孔，钻到井底程。平洞开挖完成后，龙门架卷扬起重机钢丝绳从竖井中心孔中穿过，在下部设吊笼，吊笼由钢筋焊制，作业人员和材料物资工具在吊笼内随卷扬机上下。并且在吊笼里实施钻孔、装药、联网作业。这种施工方法，优点是人员排危比较安全，施工准备时间短，速度快。缺点是竖井作业人员与地面卷扬机操作人员联系不方便，如果沟通出现失误，有可能出现安全问题。

本工程在吊笼上安装了可控制卷扬机自动停止开关，并且利用了先进的通信设备可以克服此缺点，因此取水泵站竖井开挖时采用第2种施工方法。

2.2 竖井扩挖

由于取水泵站竖井为直径19.5m的圆形井，断面较大，为了减轻工人劳动强度，提高开挖速度效率，降低开挖成本，扩挖时根据实际情况采取两次扩挖。第1次扩挖先开挖至直径10m的竖井，爆破的石渣从反导井中溜入井底平洞中，由装载机铲运至洞外。然后进行第2次扩挖至设计断面，然后对井壁进行锚喷支护。第1次扩挖每进行两次循环，第2次扩挖进行一次循环。这种错台式扩挖可进行孔深较大的浅孔爆破，第1次扩挖孔深2.5m，第2次扩挖孔深为3.5m，绝大部分炮渣从导井溜入平洞内，大大减少清渣工作量，而且缩短清渣距离，出渣效率高，工作面上的石渣能清理干净，钻孔时不卡钎杆，钻孔速度快，整个循环效率大大提高，从而降低了开挖成本。另外这种扩挖方式爆破临空面大，采用合理的爆破参数，爆破效果很好，能减轻对围岩的破坏，提高围岩的自身稳定能力，对施工安全非常有利。为了保证扩挖施工安全，提高围岩防护工作效率，在第二次扩挖后的围岩面上，制作一个工作平台，铺上钢筋网，工作人员在平台上钻锚杆孔、挂网、喷射混凝土等作业。工作平台又作为下面扩挖施工的安全防护网。工作平台的升降移动龙门吊来完成，使整个扩挖施工，安全防护非常方便，提高工作效率。

3 爆破参数

3.1 反导井爆破参数

反导井为圆形井（直径2m），钻孔采用2台上向式风钻。掏槽方式为直线型掏槽，掏槽孔布置5个，中间为空孔（利用地质钻机所打的孔，孔径150mm），其余孔为装药孔，孔径40mm。孔深1.5m。起爆雷管采用毫秒导爆管雷管。炸药单耗1.8kg/m3。反导井爆破布孔及起爆顺序如图1。

图1 反导井爆破布孔及爆破顺序

3.2 竖井扩挖爆破参数

竖井扩挖分两次扩挖，两个台阶，第1次扩挖至5m半径的圆井，孔深2.5m，炸药单耗为0.6kg/m3，布孔方式详见第一次扩挖爆破布孔如图2，排距1m，孔距1m。单孔药量1.5kg，炸药为标准药卷，装药长度2m，堵塞长度0.5m。由毫秒导爆管雷管分段起爆。

图2 第1次扩挖爆破布孔

第2次扩挖到设计尺寸，周边为光面爆破孔，光爆孔内装药结构为间隔不耦合装药，由导爆索起爆炸药，由同段毫秒导爆管雷管起爆导爆索。光爆孔爆破参数如表1。

表1 光面爆破孔爆破参数

扩挖爆破用风钻钻孔，孔径40mm，炸药单耗为0.6kg/m3，孔深3.5m，孔距1.25m，排距1.05m，单孔药量2.75kg，炸药为标准药卷，装药长度3m，堵塞长度0.5m，布孔方式详见第2次扩挖爆破布孔图（图3），由毫秒导爆雷管起爆。

图3 第2次扩挖爆破布孔

4 竖井的安全支护

竖井的安全支护应采取多种措施，首先要做好井口的防护，竖井开挖2～3m深后，要停止开挖，清理围岩，打间离为1.5m×1.5m锚杆，锁井口。井口锁口采用钢筋混凝土结构，并设置防护栏杆。取水泵站竖井为Ⅲ类围岩，倾角为50°。竖井二次扩挖后先及时喷混凝土支护，防止围岩风化。然后钻锚杆孔，锚杆排间距2m×2m，锚固深3m，在井壁上绑扎钢筋网（20cm× 20cm网格，直径6mm钢筋），最后再喷8cm厚混凝土，防护完成后再进行下次循环。

5 结语

（1）施工中先开挖平洞然后采用反导井法施工竖井，不仅加快了竖井出渣速度，而且便于支护，有利于施工安全。

（2）竖井扩挖采用错台分次开挖能改善爆破效果，减少爆破振动，提高工作效率，降低生产成本。

（3）大断面竖井在复杂地质条件下的开挖，应重点考虑安全施工措施，施工中采取光面爆破、锚喷及时支护、锁井口等多种安全措施，避免出现施工安全事故。

［1］郭进平，聂兴信.新编爆破工程实用技术大全［M］.北京:光明日报出版社，2002.

［2］于亚伦.工程爆破理论与技术［M］.北京:冶金工业出版社，2004.

［3］杨文渊.工程爆破常用数据手册［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］汪旭光.爆破设计与施工［M］.冶金工业出版社，2011.

（责任编辑：姜彤宇）

Kuancheng County water pump station shaft excavation blasting technology research

CHEN Zhi-yong

（Hebei Water Conservancy Engineering Bureau，Shijiazhuang 050021，China）

The geological conditions of Kuancheng County water intake pump station is complex，the construction is difficulty.The method of reverse guide shaft excavation and divided into expanded cut is applied in the construction. Through water intake pump station shaft blasting excavation，analysis of the shaft excavation construction program and construction method，the practice experience of anti missile well excavation，shaft expanded excavation，blasting parameters and security support is summarized，it has practical significance to the similar shaft excavation engineering.

pump station；shaft；anti well；blasting parameters

TV551.42

B

1672-9900（2017）01-0076-03

2017-01-16

陈智勇（1973-），男（汉族），河北无极人，高级工程师，主要从事水利工程施工、技术管理工作，（Tel）15731162168。