龙门滩水电站调压井逆作法施工技术

【摘 要】 根据龙门滩水电站的现场地形情况和施工条件，比较了调压井施工的“传统正挖法”和“逆作法”的优缺点，最终采用了逆作法施工并详细介绍了逆作法施工的爆破开挖、支护、衬砌等技术，可为类似工程施工提供参考。

【关键词】 调压井 逆作法 爆破 支护 衬砌

1 工程概况

龙门滩三级电站装机容量1.6万KW，年发电量6000万度，电站枢纽由拦河坝、引水隧洞、调压井、厂房及升压开关站等部分组成，其中调压井工程为难点工程。调压井为圆筒式钢筋混凝土结构，井深48.5m，分三节，直径分别为12.5m、11.4m、4.5m，高度分别为18m、17m、9m，衬砌厚度分别为0.8米、0.6米及0.6米，具体见图1。

调压井所处地层为侏罗系上统南园组第二流纹质晶屑凝灰熔岩类夹少量凝灰岩，其所处地质结构为F26断层破碎带中，断层宽度达20～30米，岩石为强-弱风化，局部全风化，节理裂隙发育，岩体十分松散破碎，给施工带来了很大难度。

2 施工技术

2.1 施工方案的优选

在考虑和选择调压井施工方案时，主要从调压井结构特点、地质情况、施工机械设备、人员的技术状况、环境保护、施工安全及地形限制等方面合理选择，以确保安全、快速、高质量的施工。传统正挖法的缺点较多，经与“逆作法”施工方案的对比研究（详细见表1），“逆作法”施工方案优势明显并被采用，即先开挖调压井平台山体，创造施工场地，然后在调压井中心2m直径范围内，采用XU-200型地质钻机钻4个深约42m的孔，其中心为φ100mm的空心孔，提供爆破临空面，周边为四个φ80mm的爆破孔，孔内装药从下而上逐步爆破形成一个2m左右直径的通道与引水隧洞贯通，作为出碴工作井，然后分段逐步开挖衬砌调压井，每段开挖衬砌深度5～7m。

2.2 施工方法

以调压井中心点为圆心均匀布置4个孔，钻孔直径为φ80mm，再在调压井中心点布置一个孔，钻孔直径为φ100mm，使用XU—200型地质钻机钻孔，钻孔深度约42米，周边4个孔为装药孔，中心为空心孔，为爆破增加临空面，自下而上遂段装药爆破形成一个直径1.5m左右的出碴工作井，出碴工作井爆破作业均在井平台上进行，采用电雷管引爆，出碴工作井爆破成功的关键是控制装药量和适当的堵炮眼技术。

2.2.1 调压井爆破

炸药采用2#岩石销铵炸药，引爆采用瞬发电雷管。经过试爆，确定每段每次爆破参数如下：①中空眼1个，孔径100mm；②周边孔4个，孔径80mm；③周边孔间距：106mm；④装药高度80～100cm；⑤装药量2.5～3.0kg/孔。

第一次爆破按设计装药量装好炸药，装好电雷管及引线，分层填50cm粘土并用绳子悬挂木锤击实，做好一切准备工作后爆破。

以后各次爆破先从工作平台上的4个周边孔中各放下一条绳子至隧洞主洞，每条绳子上各拴上一个小麻袋，袋中装50%满的细砂，然后再把绳子往上提升小麻袋至孔口，拉紧绳子堵塞孔口，并在平台上把绳子绑扎固定好；在平台上分别往各个周边孔分5次、每次10cm粘土，并用绳子悬挂木锤分层击实；把设计炸药量连同两个电雷管装入周边炮孔中；在炸药顶部分层填入60cm粘土并击实；把电雷管导线和起爆器连接好，做好爆破前的一切准备工作，并全面检查一遍；人员、机械设备撤离到安全距离以外，然后起爆。

实践证明，爆破后的工作孔孔径2.0m左右，每次爆破成型高度1.3～1.6m，成型较好，说明采用的爆破方法是合理有效的，以后采取同样的方法和步骤直至整个出碴工作井与调压井工作平台全部贯通。

2.2.2 调压井石方开挖施工

由于调压井岩石风化严重，裂隙发育，围岩自稳能力差，我们采用微振动控制爆破技术施工，最大限度地减少对围岩的破坏，根据围岩地质情况每段开挖深度控制在5～7m，井壁采取喷锚支护，以防止围岩坍塌，保证施工安全，石碴采用人工出至导井内自然下落至隧洞，然后使用立爪装碴，梭矿运碴从3#支洞出洞。调压井石方开挖的关键是必须严格控制调压井石方爆破后的块度在0.8m以下，否则可能造成导井被大块石碴卡死，调压井开挖顺序如图2所示。

2.2.3 临时支护

施工中采用喷锚支护作为调压井施工开挖中的主要临时支护手段，必要时挂钢筋网。喷锚支护以后成为结构永久模注衬砌的一部分。

锚杆类型选用全长粘结型砂浆锚杆，锚杆长度4.0m，梅花形布置，锚杆水平方向间距1.5m，竖直方向排距1.5m，梅花形布置，锚杆材料为Φ22螺纹钢（HRB335），锚杆用砂浆强度不低于M20，且锚杆必须设置钢垫板、锚头、止浆塞等配件，垫板采用Q235钢，尺寸不于150mm×150mm。

喷射混凝土喷射方式为湿喷，喷射厚度10cm，喷射标号C25，喷射材料用水泥为普通硅酸盐水泥R42.5；砂子用中粗砂，碎石为粒径10～15mm。

施工配合比：水泥：砂子：碎石=1：1.86：1.79，水灰比W/C=.42，速凝剂掺量为水泥重量的3.5%。

挂网钢筋采用φ8钢筋，网格间距采用20cm。

2.2.4 调压井砼衬砌施工

我们根据调压井的衬砌尺寸设计了一套组合钢模板，使衬砌直径不同的DT2和DT3型衬砌可共同一套钢模板，节约了模板费用。调压井净空大，模型的安装与支撑是一个难题，我们在设计井壁防坍塌锚杆时，综合考虑了围岩支护与安装支撑模型时的拉杆的需要，使之能满足两方面的要求，使模板型支撑加固结构大为减少，提高了施工效率和降低了施工费用。衬砌灌注工艺见图3。

2.2.5 防止井衬砌沉降措施

由图4可知，调压井第Ⅰ、第Ⅱ节衬砌施工完毕，第Ⅲ节井身开挖后，衬砌底部悬空，其稳定主要靠调压井井壁与围岩的摩擦力来维持，其沉降系数：K=Q/T=Q/Σfihiui={10.5×[（14.6/2）2-（12.6/2）]2×3.1416×2.4}/（2.2×10.5×3.1416×14.6）=0.89

其中：Q---调压井自重（T）；

T---井壁外侧的总摩擦力（T），其值可按下式计算：

T=Σfihiui

hi，ui---调压井穿过第I层土的厚度（米）和该段的周长（米）；

fi---第I层土对井壁单位面积摩擦力，取2.5T/m2。

根据计算，调压井是安全的。但由于沉降系数与1非常接近，而且沉降计算是非常粗糙的。施工中为了确保万无一失，仍采取了如下的防沉降措施：（1）在第Ⅰ节衬砌井口增设一个与井衬砌相同标号的40cm（宽）×100cm（高）的混凝土锁口，与井衬砌同时灌注。它除了可防止井壁下沉外，还可以增加井口刚度，保证井口施工场地及施工机具设备的安全。（2）第Ⅱ节衬砌底增设40cm（上底）×80cm（高）的与井衬砌相同标号的混凝土锚固受力环，与第二节衬砌同时灌注，阻止井衬砌的下沉。（3）把临时支护中的锚杆与调压井衬砌中的受力钢筋焊接在一起，使其成为一个整体，不仅作为加固岩体的一部分。

3 结语

“逆作法”方案在岩体破碎、风化严重的地质条件下，在调压井施工中的成功应用，大大提高了施工的安全、质量和效率。节约了施工本成，大大提高了经济效益。调压井工作井的使用，充分利用隧洞施工机械来提高调压井的出碴速度，并且减少了井口弃碴占地，降低了工程投资，保护了环境。微振动控制爆破技术的应用，减少了围岩塌方和对已灌注砼衬砌结构的扰动，防止了已灌注砼衬砌可能发生的沉降和超挖回填砼量，保证了砼衬砌结构安全和节约了工程投资。通过组合模板的设计使用，井壁支护锚杆与模型支撑拉杆的一体化设计，提高了施工效率，降低了工程造价。

参考文献：

[1]马乃耀等.《爆破施工技术》.中国铁道出版社，1985年.

[2]傅鹤林，赵朝阳等.《隧道安全施工技术手册》.人民交通出版社，2010.