锅浪跷水电站引水隧洞取水口闸门竖井开挖和支护方案概述

中国水利水电第七工程局有限公司三分局 四川 成都 611730

正文：

1 工程概况

天全锅浪跷水电站系青衣江一级支流天全河梯级开发中的龙头水库，位于四川省雅安市天全县紫石乡境内，距县城37km。大坝坝顶高程▽1283.3m， 最大坝高186.3m，上游坝坡1：1.4，下游坝坡采用“上缓下陡”的型式1:1.4～1:1.5，坝顶总宽度12m。

引水隧洞取水口闸门竖井位于引水隧洞取口下游侧约60m部位，闸门井顶部平台▽1270.8m，底部▽1205.5m，闸门井总开挖高度65.3m，矩形断面，开挖尺寸14.2m×10.9m。井下部平洞开挖支护已经全部完成，平洞断面尺寸8m×8m。

2、闸门竖井施工特点

（1）竖井围岩为Ⅳ、Ⅴ类，岩体结构（强风化～弱风化）以碎裂结构为主，其次为镶嵌碎裂结构，岩体完整性差。

（2）安全问题突出，施工人员遭遭受塌方、爆破、物体打击等伤害。

（3）施工场地狭窄，不具备汽车吊作业条件，垂直起重设备龙门吊和建筑塔机均无法安装和使用。

3、闸门竖井支护设计

（1）▽1270.8m～▽1260m范围

临时支护采用钢筋混凝土固壁，混凝土强度等级C25，厚度50cm，双层主钢筋Φ22，＠20cm×20cm，分布筋Φ16，＠20cm×20cm；普通砂浆锚杆，规格Φ25、L=900cm，＠150cm×150cm外露30cm。

（2）▽1260.0m～1205.5m范围

采用型钢拱架和锚喷联合支护，型钢采用I20b工字钢，间距150cm；普通砂浆锚杆，规格Φ25、L=4.5m，＠150cm×150cm外露30cm，与工字钢进行焊接；钢筋网Φ8.0@20cm×20cm，16cm厚C25喷射混凝土。

上述支护参数可以根据现场开挖揭示的地质情况进行适当调整。

4、施工布置

供风采用2台20m3空压机供风，供风主管采用φ159钢管，φ50软管接至工作面。施工用水：采用M7.5浆砌石砌筑15m3水池，增加泵抽水至工作面。采用630kVA变压器供电。

5、导孔施工

采用LM-250型反井钻机，导孔由上往下钻进，直径φ250mm。导孔形成后由下向上反提形成φ1400mm导井。导孔施工工艺流程图详见图1。

5.1 施工准备

（1）基础浇筑：根据反井钻机开挖结构尺寸，在施工期间竖井中心位置进行基础混凝土浇筑，混凝土结构为3.5 m（长）×3.5m（宽）×1.5m（高），强度C25,钢筋网片规格Φ22，@20cm×20cm钢筋网（上下各一层，钢筋保护层厚度5cm）。钻机基础直接影响到反井施工的偏差，关系着导井施工的成败，所以基础施工非常关键。

（2）基础施工的要求：

对表面的平整度要求需要达到3mm左右，混泥土在浇筑的过程中必须要在坚固性比较强的岩石上，如果在浇筑之前岩石上有松动的小石块则需要把松动的小石块进行清理，通常混泥土浇筑的厚度不能小于1.5吗，在主机部分需要配置两层钢筋，导孔周围1.6m之内不能配备钢筋，同时要避开扩孔的部分。蓄水池以及抽水池的深度要达到1.5m，还需再中间部分设置隔离墙，在远端部位设置流口。在底部周围用砂浆进行抹面保证底部的平整。

5.2 施工程序

施工准备工作结束后，钻机安装就位，调试正常，首先进行导孔施工，施工程序如下图1：

图1 导孔施工工艺流程图

5.3 施工方法

（1）导孔钻进的原理：在导孔钻进的过程中需要两台直流电动机来增加回转动力，钻杆的转动需要利用驱动变速箱来带动，与此同时在利用油缸进行推进，加大钻头对岩土的挤压以至岩土破碎，被挤碎的岩土被岁钻杆进来的水稀释之后从井口部位排出。

（2）导孔钻进中的关键技术问题

在反井钻施工的过程中导孔钻在使用时是很重要的，在反井施工中占据着比较重要的部分，在进行中会有卡钻的现象，此现象对于反井工程来讲起着关键性的作用，决定着工程的成败。除此之外导致导井造孔失败的原因还有很多，例如：地段的不良以及精度的失控，所以在导空施工中要解决的问题有以下几点：

①偏差控制措施及孔偏精细量测技术；

②渗水量极大的不良地质段的深孔灌浆措施。

（3）反井钻机钻进导孔钻具布置

①开孔时，钻具布置如下：导孔钻孔+异型接头+稳定钻杆，之后提杆，调整钻具布置为：

导孔钻头+异型接头+稳定钻杆（1）+普通钻杆（1）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（3）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（5）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（7）+普通钻杆（9）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（11），剩余以此类推。

②正常钻进的钻具布置如下：

导孔钻头+异型接头+稳定钻杆（1）+普通钻杆（1）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（3）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（5）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（10）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（25）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（16）。

5.4 导孔施工技术要点

通常情况下，导孔钻进钻速高于开孔钻速，并且应将动力头出轴钻速调整为高速，钻进过程中操作技术要点：

1）根据岩石地质调整合理的钻压和转速，钻进速度必须均匀，切忌忽快忽慢。

2）密切观察孔内的返浆量，发现问题及时采取措施。

3）导孔钻进返出的岩渣应及时清理，防止岩渣流入泥浆池。

4）一个钻杆完成后，须等孔内的岩屑全部排出后，才能停泵接卸钻杆。

5）控制好钻压，通常情况下，低钻压适合使用在地质比较松软的区域以及过渡底层等，而高钻压适合使用在硬岩区域以及稳定底层，钻压和钻速要根据岩层的具体情况来进行调整，倒是还是要保持匀速，不能时高时低，钻孔过程中如果发现钻杆在孔内转动的比较的困难，则可能会遇到岩土裂缝或者是岩层坍塌的情况，在这种状况下需要把钻孔工具旋转到另一个边，然后再慢慢的匀速下扫。

6）施工过程中设置备用电源，停电后，依然保证施工的正常进行。

6、导井施工

6.1 施工程序

导井施工依然采用LM-250钻机，导孔形成后由下向上反提形成φ1400mm导井。导孔施工工艺流程图详见图2。

图2 导井施工工艺流程

6.2 导井施工方法

导孔施工完成后在下部隧洞拆掉导孔钻头，连接好扩孔刀盘，开始自下而上的提拉扩孔，导井直径为1400mm。

（1）扩孔施工

在进行扩孔施工中，为了防止孔壁出现坍塌的状况，以至于钻孔工具被堵在导孔内，要很稳的把导孔内钻孔工具取出来，只保留扩孔钻头上半部分或者是两根稳定的钻具

1）调节动力水龙头出轴钻速为预定值，即低钻速。

2）在扩孔钻头钢接触岩石时，因岩石表面不平整，为防止扩孔钻头剧烈晃动而损坏刀具，应采用低钻压、低钻速，待扩孔钻头全部入孔后，方可进行加压正常钻进。

3）扩孔钻压的大小是根据底层的具体情况及钻井的深度而定的，从刀具的使用寿命来说，一般不宜超过300KN。

4）在扩孔钻的过程中如果有发现排渣不顺畅，同时伴随着剧烈的摇晃，钻压忽高忽低，没办法继续前进时则有可能时由于有比较大的石块落在刀具上挤压所致，此时将刀具下放一定距离，多次高速旋转，将块石甩掉，若无效果时，把钻头下放到底进行处理。

5）正常扩孔时，必须及时将岩渣清除运走，下孔口不能堵塞。

6）扩孔钻进时，时刻观察冷却水的供给情况，不允许打干孔，防止损伤钻头。

7）在较为平常的打孔过程中要根据孔的尺度以及导孔中的资料数据来对钻压的大小进行有效的调整人，在比较软的岩石中要使用低压钻，硬度比较高的岩石中要使用高压钻，当出现卡钻的时候要把钻压调低，在将要扩透矿时需要把钻压和扭矩降低，一直到扩孔钻头出现。

7 闸门井扩挖

导井完成后即可进行闸门竖井扩挖施工，竖井分为左右半幅开挖，其中左半幅65.40㎡，右半幅89.8㎡，两个工作面依次交替开挖和支护。爆破造孔均采用YT-28手风钻，周边孔0.4m间距，主爆孔间距0.6～0.9m，孔深1.5m。

钻孔、装药、爆破并通风散烟，确认安全后，人工配合小反铲甩渣，导井溜渣，底部平洞用3m3装载机配合15t自卸汽车出渣，并及时进行支护施工。

主要爆破参数如下表所示：

表1 闸门竖井典型断面开挖爆破设计参数表

8 结束语

锅浪跷水电站引水隧洞取水口闸门竖井开挖支护目前已经完成约30.0m，实施效果良好。