调压井开挖溜渣井塌方处理专项施工方案

张山勇

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概述

调压室位于引水隧洞末端，为水室式调压室。调压室竖井采用圆形断面，上室无压断面采用城门洞形。竖井内径12.00 m，底板高程1104.62 m，顶部平台高程1225.00 m，坚井高120.38 m。上室设在隧洞上游侧，长200.00 m，城门洞形断面尺寸在8.00 m×10.00 m～8.00 m×12.00 m(宽×高)，进口底板高程1202.00 m，倾向竖井的排水底坡为1%。调压室检修闸门布置在竖井下游侧，平板闸门尺寸为6.20 m×6.20 m。闸门井后的混凝土中设通气孔，调压室顶部下游侧设置闸门启闭检修平台。

经现场设计代表确认开挖岩层为Ⅴ类围岩，施工前已按图纸中要求对竖井50.00 m范围内围岩进行了深孔预固结灌浆。

调压井开挖时，采用反井钻机进行溜渣井的开挖，开挖直径为1.40 m，在进行调压井的扩挖出渣时发生了溜渣井内部坍塌，给调压井施工带来巨大的安全隐患。

2 溜渣井内DN1200钢管安装方案

2.1 DN1200钢管参数及安装范围

DN1200(δ10 mm)钢管每米重量为293.46 kg，单根12 m钢管总重为：293.46×12=3.522 t，计划安装范围为：EL1209.82～ EL1101.82，共9根总长度为108.00 m，共9根安装钢管总重量为：293.46×108=31.69 t。

2.2 DN1200钢管现场安装方案

(1)调压井内支撑平台搭设方案。在钢管往溜渣洞内下放过程中，需对管节进行组焊，需对下放的管节进行临时支撑，计划采用在调压井已开挖工作面上铺设型钢平台，作为临时管节支撑平台使用，如图1所示。

图1 调压井内开挖断面钢平台搭设示意图

(2)平台铺设说明。平台铺设相关事项为①平台主支撑材料选用200H型钢，型钢铺设时保证水平度的偏差不大于10 mm。②单根H型钢长度为12 m，两两拼装组成组合横梁，增加抗弯折强度，四周使用φ25钢筋锚固于地层，增加抗滑力[1]。③H型钢底部采用支撑材料垫实，增加其抗弯折强度。④H型钢布置位置按图2进行，与开挖好的溜渣井边缘预留300 mm空间，以便DN1200钢管能够担在H型钢梁上。⑤周围布置钢板作为操作平台。

调压井溜渣孔内钢管安装示意图如图2所示。

图2 调压井溜渣孔内钢管安装示意图(单位：m)

2.3 DN1200钢管安装方式

计划使用汽车吊顺着溜渣洞将12 m长钢管下放，垂直下放至调压井支撑平台时，利用支撑平台锁住钢管口，再进行下根12 m长的钢管下放作业，与先前放置在支撑平台上的钢管进行对接、焊接作业，将其连接成24 m长钢管，利用汽车吊吊起钢管，取掉锁定梁，继续垂直下放，照此循环施工，直至108 m钢管安装完毕。

2.4 DN1200钢管安装吊点设置方式

因外购DN1200钢管材质为Q235，管壁厚度为10 mm，每米重量为293.46 kg，总吊装重量为293.46×108=31.69 t，若采用焊接吊耳形式，因管节重量过大必然会导致吊点变形和撕裂，会存在较大的安全风险。因此，计划采用在钢管上预制起吊孔穿锁定梁的方式进行管节的吊装。

2.5 DN1200钢管安装钢丝绳选择

计划吊装方式采用2根单根6 m长的钢丝绳绕成4根3 m钢丝绳进行吊装作业。钢丝绳直径选型计算如下所示。

(1)吊装总重量：31.69 t。

(2)4根钢丝绳每根承担重量：31.69/4=7.923 t。

(3)采用计算公式：T=D2×52(T为重量,kg;D为钢丝绳直径,mm)。

(4)安全系数取6倍。

(5)计算公式：7923×6=D2×52 求得：D=30.24 mm

钢丝绳第1组6×7类的力学性能如图3所示[2]。依据计算结果钢丝绳选用直径为32 mm，6×7+1WS,进行吊装。

图3 钢丝绳第1组6×7类的力学性能

2.6 DN1200钢管整体吊装安装汽车吊选择

溜渣孔内钢管安装最大参数为：最大起吊重量：31.69 t；最大起升高度：20.408 m；最大站车幅度：11.063 m；最大伸杆长度：23.221 m,汽车吊占车位置及吊装半径如图4所示。

图4 DN1200钢管整体吊装图(单位：m)

通过参数表查找，采用130 t汽车吊配合φ32 mm钢丝绳进行溜渣洞内钢管安装作业。

2.7 溜渣孔内钢管安装施工步骤

(1)130 t吊车站车位置场地整理(长度为15 m，宽度为10 m)。

(2)进行12 m第一节钢管吊装至溜渣井内，使用吊装梁锁定在溜渣井口。

(3)进行12 m第二节钢管吊装与第一大节在溜渣井口进行组对焊接。

(4)使用130 t汽车吊进行24 m管节下放至溜渣井口并使用锁定梁锁定。

(5)进行12 m第三节钢管与第二节在溜渣井口进行组对焊接。

(6)使用130 t汽车吊进行36 m管节下放至溜渣井口并使用锁定梁锁定。

(7)进行12 m第四节钢管与第三节在溜渣井口进行组对焊接。

(8)使用130 t汽车吊进行48 m管节下放至溜渣井口并使用锁定梁锁定。

(9)进行12 m第五节钢管与第四节在溜渣井口进行组对焊接。

按照上述钢管安装顺序依次进行，直至共9根所有管节安装就位，到第七、八、九节管节下放安装时，需注意对接焊缝焊接必须牢固可靠，并加拉板进行连接，拉板不少于4组，长度不短于600 mm。至此溜渣井内钢管安装完毕，安装总长度为108 m。

2.8 溜渣井内钢管底部加固措施

当钢管放置到调压井底部与开挖底板面接触后进行渣料回填，渣料回填至距溜渣井底部1.5 m，人工整平顶面，使顶面形成一个5 m长，7 m宽的作业平台。然后挂钢筋网(φ25,100 mm×100 mm)，钢筋网通过与锚筋、工字钢焊接固定，在钢管四周斜立4块钢板，钢板厚5 mm，并对钢板进行加固处理，该钢板作为喷射混凝土底部模板，喷射C30混凝土厚度为20 cm。在钢板与原一次支护之间选择适当位置向空腔区预埋φ120 mm泵送混凝土管两根，管长3 m。制作完毕，使用混凝土泵浇筑C30混凝土[3]。

以上处理措施完成以后，将钢筒顶端固定在调压井施工平台锁定梁，再进行底部出渣。采用边出渣边支护的方式。

2.9 溜渣井内钢管与井壁之间缝隙灌浆措施

溜渣井底部浇筑完毕，再进行灌浆处理。在调压井工作面放置注浆设备，溜渣井内沉入底部一根φ50 mm注浆管，对底部5 m范围进行适当的注浆处理，注浆段以上范围内空隙采用细渣料回填。

2.10 溜渣井内钢管与调压井内部塌陷段空腔回填处理措施

根据前期溜渣洞视频勘测结果，发现在高程约1191.00 m位置处，调压井内部未开挖基岩面坍塌了约50 m3空腔，为了保障后续调压井开挖安全施工，需对塌陷空腔段进行处理，处理措施如下。

(1)从现有高程1225.00 m作业面处采用钻机钻直径200 mm孔至内部坍塌处。

(2)利用直径200 mm的导孔进行中砂石骨料的填充，直至填满。

(3)对预填的虚渣进行固结灌浆处理。

处理过程如图5所示。

图5 调压井内部塌方处处理措施示意图

2.11 溜渣井内钢管稳定性计算

钢筒允许竖向承载力公式如式(1)所示。

(1)

式中：μ为钢筒周长，长度为3.77 m；q为地层允许摩阻力，为200 kPa；l为钢筒长度，为108 m,钢筒竖向允许承载力Ra=3.77×200×108=81 432 kN,钢筒所受重力G=31.69×9.8=310.56 kN,Ra>G,故钢筒稳定性满足要求。

3 结 语

此溜渣井塌方处理专项施工方案经过专家组论证后得到实施，解决了围岩开挖过程中溜渣井堵塞的技术难题，为类似工程施工问题的解决提供了一种思路。