浅谈不良地质大直径竖井开挖

摘要：调压井岩体风化深，工程地质条件总体较差。其中从地表至强风化下限深度达到52.5m，且井身开挖断面大、深度深，施工难度大。根据调压井结构布置特点，井口上部边坡土方明挖采用分层开挖方法。在保证工程安全的前提下, 确保了工程进度和质量，符合工程合同目标要求。

关键字：地质条件差，调压井明挖，调压井井挖，

中图分类号： F407 文献标识码： A

1概况

调压井布置在厂房后边坡约130m高程处,调压室为阻抗式调压室，井口设计高程EL122.0m。整个调压室高度86m，其中连接管高度33.5m，圆筒高度52.5m。调压室断面形式为圆筒式，开挖洞径为23.00m，采用双筋钢筋砼衬砌，衬后内径20.0m，连接管开挖洞径为11.00m，采用双筋钢筋砼衬砌，衬后内径9.0m。

调压井岩体风化深，工程地质条件总体较差，其地表为坡残积砂质粘土覆盖，厚5～8m。地质钻孔勘探资料显示，地表~26.2m为全风化，26.2~52.5m为强风化岩体，但其中有全风化夹层，在孔深52.5m以后为弱~微风化岩体，其岩心RQD在85~98%，为较完整岩体。此外，调压井边坡发育一条F301断层，对边坡稳定有一定影响，需进行工程处理。

2调压井开挖

为便于对调压井工程的施工放样起到整体宏观控制作用，在对设计部门所移交的原有勘测点进行复测校核确认无误后，进行该施工区平面、高程控制测量点的加密。根据调压井结构布置特点，调压井开挖分为井口上部边坡土方明挖和井身土石方井挖施工。

2.1调压井明挖施工

2.1.1明挖工作流程

上部边坡土方明挖采用分层开挖方法。根据设计部门所提供的地质资一料显示，调压井所处山头地形较陡峻，而且，调压井上部施工道路受地形及征地地界的限制，至井台作业面的路段坡度较陡且路宽狭窄，无法满足出碴车辆的行驶。因此，井台上部边坡明挖采取自上而下、逐层下降的次序施工。开挖的弃碴，从作业面利用反铲和装载机翻推至下方道路约EL118.0m高程的集碴平台，在该平台二次挖装后运至厂房区进行子围堰填筑。边坡支护施工紧随开挖分层进行。井口分层高度控制在4m左右，下部两层台阶高度均为10m，设计开挖边坡为1：1，台阶顶部设2.5m宽马道和一道0.97*0.5排水沟，马道以上边坡坡比为1：1.2。采用PC-300挖掘机配合15t自卸车组合完成土方明挖。调压井明挖土方主要运往厂房进行粘土子围堰填筑。

2.2.1逐层梯段明挖施工

调压井井台上部的地形较陡，砂质粘土覆盖层厚达5~8m，土方开挖量较大。覆盖层下部为全风化层，明挖主要为土方及全风化层开挖，施工时，首先应创造出分层开挖的良好工作面。

明挖施工采用自上而下、逐层梯段开挖的方式进行。初期因至调压井上部边坡顶部的施工道路路段无法满足自卸汽车的行驶，拟利用PC300反铲和装载机从临时修建的简易道路先期抵达开挖工作面，而后遵循从上至下的原则按设计开挖台阶分层开挖。开挖出碴由装载机翻推至利于装碴的EL118.0m集碴平台后经二次挖装后运至厂房围堰或弃碴场。

边坡覆盖层所有覆盖层土方均采用PC-300反铲挖掘机自上而下随梯段开挖的下降而逐层剥除，分层开挖高度控制在4m范围。全风化层开挖由PC-300反铲挖掘机自上而下逐层开挖，挖掘机难以挖除时采用梯段挤压松动爆破方法施工，并根据调压井部位明挖范围及实际全风化层情况，采用手风钻分层（梯段高度控制在4m左右）钻孔松动爆破开挖。由PC-300挖掘机配15t自卸汽车装运出渣，开挖渣料主要运往厂房围堰填筑，或用于道路填筑。

2.2调压井井挖施工

2.2.1调压井井挖流程

根据设计地质勘探资料显示，调压井上部井筒段井身围岩基本为全风化岩层，井周岩体的自稳性较差。施工穿透的岩层从上至下依次为砂质粘土覆盖层、全风化岩体、强风化岩体和弱微风化岩体，其中从地表至强风化下限深度达到52.5m，且井身开挖断面大、深度深，施工难度大。针对调压井的不良地质情况，井身开挖拟采取“超前预加固井周岩体、反井钻机施工溜碴导井、井筒分区优化开挖顺序、合理应用控制爆破技术、井壁临时支护及时跟进” 等多项技术措施相结合的方案进行施工。提高了井周岩体自稳能力，保证了井体开挖施工安全。

调压井井挖采用先导井后扩挖的施工方法，先导井采用反井钻机施工。调压井竖井扩挖在先导井形成后，采用钻爆法由上而下进行扩挖施工，层扩挖高度上井筒控制在2.0m范围，下井筒控制在2.5m范围。施工中采取边开挖边跟进临时支护的施工顺序。

调压井竖井扩挖在先导井形成后，采用钻爆法由上而下进行扩挖施工，钻孔机具采用手风钻钻孔，每个工作面配备10~15把YT28钻机。分层扩挖高度上井筒控制在2.0m范围（上井筒岩性主要是全风化～强风化）；下井筒控制在2.5m范围（下井筒岩性主要是强风化～弱风化）。分层扩挖出渣采用吊入井内的小型挖掘机和人工配合清渣至井底，出渣采用ZLC-50侧卸装载机配合15t自卸车由下部引水主洞内出渣至规划的厂房下游弃渣场。

2.2.2井筒分区优化开挖顺序

井口锁口段深约2.0m，一次性全断面开挖到位。在井口段开挖后，根据围岩地质情况采取相应的支护手段，以确保井筒后续扩挖施工的安全，施工工序严格遵守“开挖一段，支护一段，封闭一段”的原则。

上井筒全风化～强风化岩层段井身开挖直径约为23.4m,井壁多开挖20cm以提供钢拱圈支护，开挖完成后，及时进行格栅钢拱圈系统支护并喷20cm厚C20砼。因调压井开挖断面较大,在钻爆作业时,为了增加临空面,提高爆破效果, 降低炸药最大单响，减少爆破震动对井周岩体稳定的影响；同时也为确保全风化～强风化岩层段井壁格栅钢拱圈临时支护系统的稳定,计划将上井筒断面以井周圆心为原点平分为3个120o的扇形钻孔作业区进行施工。首先施工导井所在的1区,扩挖完成后及时进行该区的井壁格栅拱圈系统支护，随后再依次将2、3区扩挖支护至设计断面,各区格栅拱圈支护系统依序连接，拱圈竖向连接筋上部与井口锁口混凝土构造筋（或上层拱圈竖向筋）相连，下部落入下层未扩挖的井内实地上，循环反复进行作业直至结束，以确保临时支护系统始终不处于悬吊状态。待扩挖至井筒下部弱、微风化岩层井壁岩体自稳性较好后，竖井扩挖采用全断面钻爆扩挖。

2.2.2井筒扩挖钻爆设计

调压井井筒上段开挖为圆形断面，开挖直径23.4m，全断面面积为429.6m2，分三个施工区依次作业，各个施工区开挖断面积为143.3m2；井筒下段开挖为圆形断面，开挖直径11m，全断面开挖面积为95m2。上井筒扩挖分层高度2.0m，下井筒扩挖分层高度2.5m。

为克服孔底岩体的夹制作用，炮孔底部采取加强装药，为线装药密度的2倍。炮孔堵塞长度为0.2～0.3m，堵塞材料采用黄泥条，光爆孔装药是将计算的装药量按线装药密度均匀地将炸药捆绑在导爆索上，然后再绑扎在毛竹片上，将捆绑好的毛竹片送入光爆孔内，导爆索应长出孔口0.8m，以便串联式搭接。

3小结

由于调压井工程地质条件较差,调压井开挖分为井口上部边坡土方明挖和井身土石方井挖施工。井台上部边坡明挖又采取自上而下、逐层下降的次序施工；而井身开挖则采取“超前预加固井周岩体、反井钻机施工溜碴导井、井筒分区优化开挖顺序、合理应用控制爆破技术、井壁临时支护及时跟进” 等多项技术措施相结合的方案进行施工。针对调压井工程地质条件差的情况，工程项目部积极组织生产, 并及时与监理、设计及业主进行沟通,进行施工组织方案的确定、修改及补充，有效的保证工程安全的同时, 保证工程顺利进行。