抽水蓄能电站超长斜井开挖施工关键技术研究付巍

抽水蓄能电站超长斜井开挖施工关键技术研究付巍

付巍

中国葛洲坝集团第六工程有限公司云南昆明650000

摘要：本文针对安徽绩溪抽水蓄能电站引水系统土建及金属结构安装工程为例，简单阐述抽水蓄能电站超长斜井开挖施工关键技术。

关键词：抽水蓄能电站；超长斜井；开挖；技术分析

1.前言

安徽绩溪抽水蓄能电站引水系统土建及金属结构安装工程为项目依托，绩溪抽水蓄能电站引水斜井水平倾角55°，单条斜井长约821.1m，为国内最长，导井开挖难度大、危险因素多。采用爬罐反导井法安全性、稳定性、便捷性高，但斜井的长度越长，其底部通风效果、空气环境越差，测量放样越为困难。为解决爬罐反导井开挖过程中通风问题，在斜井中部增加中平洞，将斜井分为长度为409.2m、411.9m上下两段，上下两段全部先采用爬罐反导井法开挖溜渣导井，再自上而下进行全断面扩挖；采用反井钻机在斜井上下两段顶部打设Φ216mm、长140m通气孔，解决长斜井爬罐反导井开挖长度超过240m后的通风排烟问题；通气孔作为开挖导向孔，减少测量放样频次，有效控制反导井开挖偏斜率。

2.主要施工工艺流程及操作要点

2.1施工工艺流程

平洞采用常规洞室开挖→斜井底部采用人工先导井开挖→斜井中下部采用爬罐反导井开挖→反井钻机自斜井顶部向下打设Φ216mm、140m长的通气孔→爬罐以通风孔为导向的反导井开挖→自上而下进行全断面扩挖支护施工。

2.2操作要点

2.2.1爬罐安装

1.爬罐检修平台设计

距离爬罐反导井下弯段起点20m处设置爬罐检修平台，爬罐检修平台面积需满足爬罐安装、检修以及爬罐正常运行时堆放中转材料、机具的面积要求。爬罐安装检修平台上部高度2.7m，下部高度4.2m，上部高度需满足爬罐在检修平台上部正常运行，下部高度需满足装载机出渣时在平台下方行驶的空间要求。爬罐检修平台设计成装配式钢结构。

2.轨道安装及选择

（1）合理选择弯段轨道选择

绩溪抽水蓄能电站引水斜井的倾角为55°，经测量计算洞内弯段施工半径为10m，根据数据计算弯轨长度：弯轨长度（L）=2πR*55/360=9.59m，根据实际弯轨数量进行调整允许长度偏差后，选择弯轨组合为：7节7°轨道、1节3°in和1节3°out轨道，弯轨角度拼装完成后为7*7°+2*3°=55°，弯轨共计9根，总长为9m。

（2）轨道安装优化

先安装爬罐检修平台顶部平段轨道，再搭设简易钢管脚手架安装检修平台至斜井下弯段轨道，平段轨道安装完成后进行爬罐安装，爬罐调试安装完成后，利用爬罐代替脚手架作为施工平台进行弯段轨道安装。经测量放样出轨道安装中心线，结合轨道安装锚杆孔位采用手风钻造孔，钻孔深度结合基岩性质确定，按0.8m至1.5m深度控制；轨道采用手拉葫芦吊起后，通过0.8m至1.5m膨胀锚杆固定，轨道安装中，每间隔3跟普通轨道固定件需设置一道轨道加强固定件。

2.2.2爬罐反导井爆破设计

斜井反导井的开挖钻爆参数根据工程的地质条件和工程特点，单循环进尺选定为2.0m。采用十字四空孔掏槽，周边孔光面爆破。最大单响药量控制在规范要求之内，施工中爆破参数根据围岩变化要不断进行调整。爬罐反导井爆破雷管采用非电半秒延期导爆管雷管，延长段间起爆间隔时间，有效控制单响爆破石渣量，可防止爆破石渣损伤轨道及反导井堵井。

2.2.3爬罐反导井通气孔施工

采用爬罐进行长斜井反导井开挖施工过程中，通风排烟成为制约爬罐进行反导井进尺长度和开挖循环时间的因素。为解决爬罐反导井通风排烟问题，结合空气流动原理，分析得出在反导井顶部开孔后污浊空气会自动飘向顶部，底部新鲜空气会自动输送至工作面，并通过斜井反导井与正导井结合进行斜井导井开挖方式的启发，决定利用反井钻机在斜井顶部打设A216mm、140m长导孔用于导井通风。同时研究过程中结合反井钻机反导井施工原理，发现通风孔还可用作爬罐反导井开挖导向孔。

反井钻选用的为LM—250型反井钻机进行施工，爬罐反导井开挖断面为2.4×2.8m，为保证反井钻钻孔中心线在反导井（开挖断面尺寸2.4m*2.8m）范围内，且钻机钻进过程中由于钻杆自重钻机向下偏斜几率最大，只有围岩类别分部不均或存在裂隙的情况下，钻机钻杆才会左右或向上偏斜。

2.2.4长斜井施工过程中偏斜角度控制措施

1.钻孔前偏斜控制措施

反井钻机基础一期混凝土浇筑完成后，将反井钻机安装就位，反井钻机就位后利用全站仪进行倾斜角度调整，根据反井钻机导孔施工偏斜规律，将反井钻倾斜角度向上调整0.3°～0.5°。

2.钻孔过程中偏斜控制措施

反井钻机系统调试并试运行，达到钻孔要求后，开始钻孔。开孔时依据地质情况采取由慢到快的方式，具体如下：1～5m，3h/m；5～15m，2.5h/m；15～70m，2h/m；70m以下，导孔已成型，根据地质变化来调整进度。导孔时采用数字罗盘测斜仪进行测量（每10m一测），如导孔出现偏差，对稳定钻杆数量和下压流量进行调整。如偏差较大，利用主机辅助斜拉杆调整主机角度来控制偏差。

实际施工效果表明，以上偏斜控制措施有效控制了通气孔偏斜率，已与爬罐反导井接通的1#上斜井通气孔下偏1.3m、2#上斜井下偏0.6m、1#下斜井下偏0.8m、2#下斜井下偏1m，以上4条斜井通气孔全部控制在爬罐反导井开挖断面内。

2.2.5通风孔导向

无通风孔段爬罐反导井利用激光定向仪进行测量，激光定向仪安装在爬罐反导井进尺30m处，激光定向仪受爬罐反导井内烟尘、爆破石渣打击等因素影响会出现测量故障。若反导井内烟尘过大，激光定向仪发射出的激光束无法照射至工作面；若激光定向仪受到石渣打击，激光束会出现偏移，不能照射至工作面或影响测量精度。一旦激光定向仪出现故障，就需测量人员携带全站仪到工作面进行测量放样，增加测量放样时间。

通风孔除通风作用外，还可作为爬罐反导井开挖导向孔。通风孔与反导井接通后，采用全站仪实测出通风孔在斜井断面内的位置，并利用通风孔与斜井反导井位置关系将其作为反导井开挖导向孔。由通风孔作为开挖导向后，爬罐反导井开挖不需再进行测量放样，并且实际施工效果表明通风孔作为导向孔可有效降低反导井开挖偏斜率，将爬罐反导井控制在斜井断面中下部，可减少后期全断面扩挖人工扒渣量。

2.2.6斜井全断面扩挖施工

斜井扩挖工作在导井开挖完成后自上而下进行，采用的主要方法为：布置一台10T双筒卷扬机和一台8T双筒卷扬机分别牵引支护台车和载人运料小车上下运行于斜井之间，扩挖采用人工钻孔爆破，开挖面采用光面爆破开挖，钻孔采用人工YT28气腿钻配移动平台车，钻孔直径为42mm，循环进尺根据不同围岩类别暂定为：Ⅱ类围岩洞段每个开挖循环开挖进尺3.0～3.2m，Ⅲ类围岩洞段全断面开挖进尺2.2～2.5m，Ⅳ类围岩洞段1.5～2m，Ⅴ类围岩洞段1m。炸药选用乳化炸药，起爆均采用非电毫秒雷管。支护利用扩挖支护台车作为施工平台跟进支护，施工人员及施工材料通过支护台车往返于工作面之间。

3.结语

在超长斜井开挖施工中，爬罐反导井开挖速度及通风效果良好，施工成本投入较低；利用通风孔兼做爬罐反导井开挖导向孔，省去测量放样环节，并降低爬罐反导井偏斜率，减少后期全断面扩挖人工扒渣工程量，加快全断面扩挖施工进度。该技术创造了爬罐反导井开挖长度的国内纪录，在斜井导井开挖方面具有一定的创新性，在抽水蓄能电站施工领域具有很好的推广价值。