软岩水平互层结构大直径调压井开挖支护施工技术

摘要：柬埔寨达岱河水电站调压井，为泥岩、泥质粉砂岩、砂岩的水平互层结构，地质条件差，采取了先开挖导井后二次扩挖开挖方式，笔者着重论述了调压井开挖支护施工工艺，以及加快调压井出渣施工进度方法，对类似工程井挖有一定借鉴作用。

关键词： 软岩大直径调压井施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

柬埔寨达岱河水电站引水隧洞调压井，为阻抗式调压井，顶部高程为215m，底部高程为130m，总高度85m，井筒开挖直径为19.4m，阻抗孔开挖直径为6.6m，阻抗孔高度22.5m，调压井位于引水洞5#号施工支洞上游82m处。调压井支护设计主要为挂网喷护、砂浆锚杆、井顶锁口锚杆束。石方井挖量19200m3。

2、调压井地质条件

调压井围岩岩性为泥质粉砂岩、泥岩和长石石英砂岩，岩层倾角很小，均为水平互层结构，岩石层厚很薄，泥质粉砂岩和泥岩具较强的亲水性，遇水岩石强度显著下降，泥质粉砂岩失水后崩解，均为软质岩，主井筒215m～153m高程，主要为泥质粉砂岩、长石石英砂岩为主，次为泥岩，砂岩位于表层，主要为强风化，在井口有断层发育,裂隙发育，岩体较破碎。阻抗井153m～130m高程，泥质粉砂岩为主，微风化，层间常夹有薄层砂岩、泥岩。调压井地下水丰富，围岩总体稳定性较差，地质归类均为IV类。

3、井挖施工方案

对于井挖施工，现在通用的施工方法，都是先打导井，然后自上而下进行扩挖，扩挖时利用导井进行自然溜渣，通过与调压井相连的引水洞施工道路出渣。

对于导井开挖开挖方式，一种为正导井施工法，一种为反导井施工法，即都是先打成竖向导井后，再自上而下扩挖。

在进行导井开挖方法的讨论上，一种为人工钻孔爆破施工法，另一种采取反井钻机机械回转切削法。人工钻孔爆破施工法，即利用手风钻进行钻孔，上半部分采用自上而下开挖，大部分采用自下而上开挖方式，此方法设备简单、施工简单、成本低，但是由于调压井岩层为水平互层结构，且岩层很薄，部分为10cm～20cm，但在自下而上导井开挖时，排险难于做到安全，且井壁需要临时支护，施工安全风险较大，施工工期较长。反井钻机机械回转切削法，即利用反井钻机先自上而下正向打一个小导孔，再自下而上反向扩大导孔成1.2m～2m直径导井，此方法施工速度快、安全，但造价较高。

考虑岩石条件差，安全风险高，工期上需要调压井在1个旱季内开挖衬砌完成，加上施工道路从井顶通过，井顶场面开阔，最终采取了反井钻机机械回转切削法施工导井开挖。

对于调压井扩挖施工，考虑井挖直径大，方量大，最终采取，先将导井扩挖成4m直径，再二次扩挖至设计断面。为加快出渣速度，在井顶设置简易桅杆吊，将反铲吊至井内进行出渣。

4、调压井施工方法

4.1导孔、导井施工

（1） 导井开凿设备选型

导井开凿设备选用国产LM-200型反井钻机，该设备主要技术性能指标为：主机重量8277kg，导孔直径Φ216mm，钻孔偏斜率

（2）基础混凝土浇筑

反井钻机基础布置在井口正上方，要求场地平整，基础清理后进行基础混凝土浇筑，基础混凝土在距钻头中心80cm内不能放置含金属物件，以防损坏钻头，预留反井钻机地脚螺栓孔位。同时施工反井钻作业时所需临时水池，水池分成沉淀池和清水池。钻机基础和水池之间通过水沟连接，导孔施工出现的回水，细沙、石渣沿此沟回流至沉淀池。

（3） 反井钻机安装

设备的冷却循环系统设置及安装基础施工，均按照生产厂商提供的安装说明及要求，结合安装部位地形设置。

反井钻机主机及辅助设备用平板汽车运输，利用吊车，以及隧洞顶部预埋的天锚配以三角支架、10t手动葫芦、滑车组和液压千斤顶等器具辅助安装。

（4） Φ216mm导孔施工

设备安装完成并调试成功后，即可开始进行导孔的钻进作业。

导孔的施工质量是整个竖井工程的关键，钻进作业由具有丰富经验的人员操作。在钻进过程中，依靠经验，针对不同的围岩类别，实施不同的主、副泵工作压力、转速和适时装配稳定钻杆进行控制。

（5） 扩孔施工

导孔钻孔完成后，在竖井底部将导孔钻头换成Φ1400mm的铰孔钻头，自下而上进行一次扩孔施工。

扩孔产生的渣料自行落入竖井底部平洞内，由压力管道下平段开挖施工的出渣设备挖装出渣。

（6） 主要注意事项

扩孔开始施工时一般围岩破坏严重，钻头周圈难以均匀受力。因此，应采用副泵提供较小的、均匀的动力，进尺较慢，以防钻头偏心受力过大而扭断钻杆。

在导孔和扩孔钻进施工中要求有较为稳定供水量，以使刀具能得到水冷却，供水量要求按照设备操作技术要求和扩孔作业情况确定。

5.2井圈支护、浇筑施工

井口为强风化岩石，且有断层发育，为保证井口开挖成型，在进行扩挖前，先进行井口锁口施工，具体为，在井口设计线0.3m外施工一排锚杆束，锚杆束为3Φ25、L=12m，孔径Φ90，外露0.5m与井圈混凝土连接，井圈混凝土为C20，厚度0.5m，高度0.6m。待混凝土达到一定强度后才进行调压井扩挖。

5.3提升系统施工

为加快出渣进度，井内出渣全部采取反铲出渣，这样提升系统主要为将反铲吊出入井内，以及后续混凝土施工中钢筋入仓手段，提升系统动力采取1台5T和1台10T卷扬机，在基础混凝土上设置能改变角度的扒杆，形成简易的桅杆吊。通过改变角度将设备、材料吊入井内。使用桅杆吊时应严格在设计角度内运行，并设限位装置，避免出现安全事故。

5.4调压井扩挖施工

调压井扩挖分两次进行，第一次从导井的1.4m直径扩挖至4m直径，第二次扩挖直4m直径扩挖至设计的19.4m直径，随后进行本循环的支护施工。

至井内的施工交通爬梯，采取边开挖边安装至开挖作业面，在井壁打设锚杆作为底部支撑，钢筋焊接成爬梯，全程设置被笼钢筋作为安全防护，同时每10m设置一水平休息平台。

5.5调压井支护施工

对软岩地质条件的调压井支护应跟进开挖，开挖一循环，立即支护进行支护，支护后才能进行下循环开挖，由于开挖后井壁滴水严重，而泥岩和泥质粉砂岩预水后泥化现象明显，极易出现小掉块，故开挖后立即进行岩面素喷封闭处理。井壁采取挂网喷护施工，锚杆为Φ25、L=4.5m，间排距均为1.5m，采取气腿钻钻孔，对层状岩石应采取下倾或上倾角度钻孔，考虑软岩垂直开挖高差大后的井壁稳定性，采取双层挂网，内层Φ6.5、20cm×20cm；外层Φ25、Φ16钢筋，50cm×50cm，且与系统锚杆焊接，砼喷护厚度15cm。

5.6堵井防止及处理

在调压井扩挖施工过程中，时常发生导井堵塞，对施工进度及安全的影响很大，且堵井本身难于处理，通过达岱调压井的施工总结，分析造成堵井的主要原因如下：

调压井扩挖时，由于导井小，扩挖时爆破后的炮渣量多，极容易造成堵井。

导井底部引水洞的容渣量少，出渣不及时，会造成导井下部堵塞。

③ 炮孔的孔深、间排距、装药量未按照爆破设计要求施工，尤其是水平薄层状结构岩石，爆破后大块径渣量多，容易堵塞导井上口。

④采用反铲出渣是，反铲司机估计不足，或责任心不足，将不能溜下的块石甩下，尤其是长条形块石，极易在下坠过程中翻滚，造成在中部卡住。

在施工中要，可采取如下措施防止堵井：

①出渣时，在导井下部安排人员值班，并保持与出渣人员的通讯，及时将导井下部石渣运走，避免导井下部堵井。

②严格按照爆破设计参数进行钻爆作业，尤其是水平层状岩石，尽量采取小排距，保证爆破后石渣直径能顺利通过导井。

③出渣时，专人负责观察每次出渣过程中导井溜渣情况，听到异响及时停止作业，尤其采取机械出渣时，对超径石及时解小。

④扩挖时，爆破前，每次利用钢筋网盖板将导井口盖住，爆破后再先清理出钢筋网盖板再出渣，这样能有效的杜绝爆破时堵井的发生。

在施工过程中，如果出现堵井，应认真观察堵井部位，仔细分析堵井原因就和长度，确定堵井渣料的物理特性，以便采取有效的措施和及时处理。

6、结语

柬埔寨达岱河水电站调压井，为软硬岩水平薄互层结构，主要为软岩，且地下水丰富，开挖直径大，采取反井钻机进行导井开挖保证了导井施工安全与质量。对软岩井壁进行了加强粗钢筋网锚喷支护，开挖一循环支护一循环，确保了井挖的安全施工，井挖完成后井壁稳定性好。为加快施工进度，采取自制简易桅杆吊将1m3斗容反铲吊入井内出渣，取得很好的进度效益，85m深调压井在60天开挖支护完成，而主井也达到1m/天的开挖支护平均施工进度。此施工方法对于类似的软岩大直径调压井开挖支护工程，具有一定的借鉴作用。

参考文献：[1]傅良灿唐兰兰.浅议大直径调压井施工开挖支护方法.大科技，2011年11月.

[2]高曙光.大直径调压井施工技术.今日科苑. 2009年第22期.