淇南水电站调压井开挖施工及安全管理

刘剑平，朱志文

(汝城县水利局，湖南汝城424100)

1 工程概况

淇南电站位于湖南省汝城县南洞乡境内, 在沤江一级支流淇江下游,是鱼子口电站和老坡口电站梯级开发的第二级电站，电站装机容量2×9 000 kW，最大水头57 m。枢纽由引水坝、无压引水隧洞、末端调压井、压力钢管、发电厂房构成。调压井开挖直径12 m,调压井中心底部高程404.16 m，井顶为半径6 m的半球型，顶部高程为441.427 m，总高度达37.3 m，井筒435.427 m高程处设1个直径2.4 m的平洞作为通气孔(见图1)。调压井至出口的山坡高程475～426 m，上覆残坡积厚3～6 m，隧洞岩性为寒武系中组=.2-1浅变质石英砂岩及板岩，呈强～弱风化。石英砂岩较坚硬完整，板岩较软弱破碎，软弱薄层板岩约占25%。岩层产状：N30°～40°W·SW∠48°～55°，与洞向(S77°W)交角较大,节理较发育，岩石较破碎。

该水电站开挖直径12 m，高度达37.3 m的调压井对于县一级水利部门组建的设计施工管理项目部来说是第一次遇到，且施工设备较简陋、资金较薄弱。经业主项目部和施工项目部反复讨论研究后，决定采用人工导井两次扩挖的方法较好地解决了调压井施工开挖及衬砌问题。

图1 调压井剖面结构

2 施工流程安排

电站枢纽7 005 m的无压引水主隧洞贯穿后，开始考虑调压井的施工。调压竖井主要遵循“先导井后扩挖”的方法，即调压井上部通气孔施工→球冠型穹顶一期开挖→导井开挖→利用导井漏渣进行穹顶二次扩挖成型→井筒的二次扩挖成型→井筒混凝土衬砌。

2.1 通气孔平洞施工

调压井设置于引水主洞的末端，井筒435.427 m高程处设计了1个直径2.4 m的平洞作为通气孔，全长35 m。因此先把直径为2.4 m的通气孔平洞开挖至竖井球冠型拱端位置，通气孔为下一步穹顶开挖起到了排烟和出渣通道作用。通气孔平洞施工爆破钻孔深度为2.5 m，循环进尺2.0 m，采用光面爆破，孔距50 cm。由于断面较小，采用人工和拖拉机出渣。

2.2 竖井穹顶的开挖

通气孔开挖至竖井中心位置后即安排穹顶中心一期开挖，穹顶岩性为寒武系中组=.2-1浅变质石英砂岩及板岩，呈弱风化上部。穹顶半径6 m，穹顶部分开挖工程量达723 m3，人工出渣的工程量和难度较大。为减少穹顶人工出渣工程量，决定穹顶先形成总高度为4.5 m、顶部半径2 m的小穹顶，待导井贯穿后再进行穹顶的二期扩挖；这样可以大大减少人工出渣量，缩短施工强度和工期。穹顶扩挖采取由内往外分层沿径向钻爆开挖的方法。为保证球缺内表面成形光面效果,遵循“短进尺、弱爆破、少扰动” 的原则。

2.2.1 控制放样

穹顶开挖放样仪器采用徕卡TCR—402全站仪，调压井中心坐标转换成以穹球圆心为坐标0点的施工坐标，这样就可以通过测点的平距和高差算出径向距离，根据径向距离控制开挖面上每一点的超欠挖情况。

2.2.2 穹顶开挖和锚喷支护

钻孔采用YT—28气腿式手风钻，钻孔直径为φ42 mm，钻孔采取径向钻孔，深度2.5 m左右并根据测量数据随机调整，进尺为2 m。爆破采用φ32 mm铵锑粉状岩石药卷炸药，连续装药结构；采用非电毫秒塑料导爆管串、并联形成爆破网络实现微差爆破，电力分段起爆。

穹顶的二次扩挖均以径向钻孔，以2 m的进尺分层逐渐形成球面。施工中注意表面修整和松动岩石的除险，穹顶锚喷支护随开挖进行，开挖中及时对围岩进行锚固和封锁；锚喷支护采取随机锚杆、系统锚杆、网片、喷护组成。锚杆直径φ25、长度3.5 m、 系统锚杆长6 m，钢筋网片φ8、网格间距15 cm×15 cm，喷C20混凝土厚度10～15 cm。

2.3 调压井导井开挖

穹顶一期开挖完成后进行调压井导井开挖，由于施工条件限制，不便布置反井钻机设备，综合考虑导井适宜工作面及人工开挖及出渣工程量控制最小，选择导井开挖直径为φ1.2 m。导井开挖分别对自上往下挖和自下往上挖两种方案做了比较，从上往下挖只能人工卷扬机出渣，效率较低；而自下往上挖则出渣快，但需锚杆搭建工作平台和挂梯，缺点是安全控制难、排烟难。综合比较两种方案，最终选择自上往下挖的方案。导井采用光面爆破，进尺为2 m，崩落孔采用φ32 mm药卷，周边孔采用φ25 mm药卷，崩落孔等间距布置；周边孔的孔距采用50 cm，抵抗线与孔距之比控制在1.0。作业人员上下井内施工作业采取挂梯和安全绳，爆破后的排烟通风采取上部一次排烟和风布带伸入井底二次排烟。导井断面小，故采用人工卷扬机吊渣，水平运输采用拖拉机通过通气孔运往洞外。

2.4 主井筒扩挖施工

导井贯穿到发电主洞后便可以进行穹顶和井筒扩挖，井筒以地面和导洞为凌空面控制每次2 m进尺进行逐层扩挖到竖井最大直径φ12 m。主井筒扩挖采用光面爆破，周边孔距采用50 cm等间距布置，采用φ32 mm药卷，抵抗线与孔距之比控制在1.2。利用导井漏渣到主洞后再利用ZL—50装载机及渣土车出渣，施工效率大大提高。

2.5 竖井混凝土支护

竖井的混凝土衬砌支护采用拱架木模沿井壁由下往上逐层现浇，井筒衬砌壁厚为1 m，每仓浇筑高度1.5 m，模板采用锚筋固定。混凝土输送采用HBTS50—13—75输送泵，1 h理论输送量为50 m3。仓面浇筑中考虑到减少泵管的水平移动频次考虑采用斜层浇筑法，插入式振捣器振捣。

3 安全管理

竖井洞挖作业严格参照《水工建筑物地下开挖工程施工规范》(SL 378—2007)，法人项目部成立了专门的安全管理科，专职人员配合施工单位安全员和监理共同监督管理。在这次施工中重点在以下几方面做好安全管理工作，确保了零事故：

(1)人的因素第一，广泛进行安全生产教育，增强全员安全生产意识和自我防护意识，所有施工人员和管理人员都要明确各自的安全责任。参加竖井开挖施工的有关技术人员、管理人员、作业人员必须接受地下工程施工安全教育后方可上岗。专职安全人员进行现场巡视，发现违规必须及时制止和处理。每周召开安全生产工作会议，针对安全生产工作中存在的问题和各种安全隐患提出解决方案，并落实到责任人、限期整改，将各种不安全因素消除在萌芽状态。

(2)施工作业前总工程师组织进行技术交底，安全工程师做安全技术交底工作，班组长按要求做好记录和交接工作。参与施工项目有关施工、技术、质检、安全、测量人员应了解施工特点、施工方法、施工质量、施工安全和工期进度计划要求，并对施工方法、施工程序和措施等做到心中有数。

(3)爆破操作人员做到持证上岗，严格遵守《爆破安全规程》和国家规定的技术标准进行爆破作业。

(4)每次爆破后掌子面松动岩块的撬挖和开挖区域残余由专人清理后，应根据围实际情况及时进行锚护。混凝土喷射工作前，采取水幕综合防尘措施，降低粉尘浓度。当井下进尺达15 m以下时，为防止排烟不充分，作业人员必须备有氧气袋，以免因氧气不足造成窒息。

(5)施工设备、工器具建立了安全生产定期和不定期检查制度。洞内照明、工作面的工作灯应采用36 V安全电压，做好绝缘检查，保证施工人员的安全。专业电工经常对用电线路进行安全检查、测试，定期测试开关、接地电阻的接触和安全情况，发现问题及时纠正。风水管线应敷设上墙规范，做到平顺、稳固、可靠。

4 结 语

通过淇南电站调压井开挖衬砌施工的实践，较好地解决了较大直径和高度在人工开挖施工中遇到的难题，且以较弱的施工条件有效地解决了人工出渣难度，以较省的投资提前46 d实现了竣工目标，确保了施工中的安全。