深竖井安全施工技术研究

深竖井安全施工技术研究

王依山

中国水利水电第六工程局有限公司  辽宁沈阳市   110179

摘要：目前，随着水电事业的不断发展，我国开阔地带水利枢纽工程逐步饱和，水电开发逐步转移至山区。夏特水电站位于西部边陲，由引水渠、引水隧洞、竖井、调压井及发电厂房等主要建筑物组成，本工程中竖井垂直高度将近220m，竖井各项施工任务安全风险均属工程重点。

关键词：深竖井；安全施工；技术应用；

前言：在当前安全生产要求越来越高、越来越规范，越来越重视以人为本的大趋势下，项目秉承生命至上为施工原则，应用安全、先进的设备及技术措施贯穿整个施工过程。

1工程概况

夏特水电站枢纽工程引水隧洞竖井是工程重要施工项目，是超过一定危险性较大的分部分项工程，竖井由上弯段、直线段和下弯段三部份组成，井室垂直高度为219.116m。围岩岩性为P_t的千枚岩夹石英片岩，云母片岩，薄层状，岩层走向与井向交角较大，节理裂隙较发育，节理面平直光滑，南东侧井壁发育一条断层，宽度0.5m～1.5m，其走向与井向交角30°～40°，受断层的影响，围岩岩体极破碎。其中上弯段桩号为D18+296.110～D18+324.384，洞轴线半径为18.0m，圆心角为90°，弧长L=28.274m；直线段桩号为D18+324.384～D18+495.500，高H=171.116m；下弯段桩号为D18+495.500～D18+542.616，洞轴线半径为30.0m，圆心角为90°，弧长L=47.116m。竖井工程全长246.506m，开挖断面为圆型，其中上弯段和下弯段开挖半径为3.9m，直线段开挖半径为3.5m，整体为钢衬结构，钢管内径均为5.8m，上弯段和下弯段衬砌厚度为1m，直线段衬砌厚度为0.6m。C25F150W8（自密实混凝土）中抗硫腐蚀、掺微膨胀剂。混凝土浇筑形成高落差、高流态的入仓情况。

2施工方法及技术应用

2.1竖井开挖及支护安全措施

（1）桥机室设计与应用

根据桥机尺寸、运行空间及隧洞断面大小，需要在有限的空间内设计桥机吊装和钢管装卸两部分内容，经过分析为满足桥机运行，在上弯段进行扩挖的区域由三部份组成。第一部份是安装桥机的天锚坑，第二部份是顶部桥机运行空间，第三部份是压力钢管安装空间。扩挖区域采用手风钻钻孔，小药量松动爆破方式开挖，扩挖区域全部采用钢拱架加锚喷支护相结合的方式，同时与隧洞拱架支护形成整体。在扩挖区域设置倒链将桥机设备吊装至桥机轨道上组装，桥机设备在组装后应试运行并验收合格后方可投入使用。采用桥机设备运行主要是优点突出，设备可以通过定期检查、日常保养、设备维护，来判定设备是否完好或存在运行风险，能在过程中提前发现问题，同时桥机自带载人系统，能充分保障人员上下井室安全，相对于传统的爬梯优势明显，安全性高。

（2）井口防护与监控系统应用

本工程竖井垂直高度220m，井口防护是重点，避免任何物体吊入井内，造成安全事故发生。在全断面开挖前，井口设置50cm混凝土挡墙，在挡墙内设置竖向锚筋深入地面基岩1m，提高挡墙整体稳定性。同时在挡墙设置一处监控系统，监控数据传输到附近值班室，值班室人员通过对讲机分别与桥机操作手和井下班组长进行沟通。值班室负责人员上下井签证记录，强化日常信息管理。

（3）全断面扩挖安全施工流程

竖井主要以千枚岩为主，为Ⅴ类围岩，从施工效率分析常规采用爆破开挖，本工程为保证井下安全，减少对围岩的扰动破坏，降低空气污染，采用机械开挖。液压反铲通过桥机吊至井下开挖面，分层开挖完成后，再由桥机将液压反铲吊至井外。然后通过自制材料运输工作盘，通过桥机将支护材料吊至井下支护作业面，最后施工人员通过载人吊笼下井进行支护施工。从工艺上规避爆破风险，从程序上避免井室交叉作业，消除安全隐患和降低施工风险。

2.2竖井衬砌安全措施

（1）钢管吊装及自动焊接技术应用

竖井全段采用压力钢管组装，对于常规的卷扬机或天锚吊装钢管，使用桥机安装降低了安全风险和施工隐患，同时为减少人员井下作业，取消常规的人工焊接，全部采用全位置管道自动焊机（富氩保护药芯焊丝）型号GD130（RX）进行钢管焊接。施工前先进行自动焊接工艺试验，通过工艺评定报告显示，各项性能指标都满足要求，工艺上的改变提升了焊接的施工速度和提升了施工效率，同时自动焊接过程中烟雾少、飞溅小，提高了施工环境质量。该设备采用国内外功能先进的焊接电源，只要按起弧按钮就可以实现自动焊接，收弧有保证焊接结束的焊接接头质量，特别是在大规范焊接时，收弧有功能可以保证焊接结构没有弧坑，当然应注意收弧时填充弧坑的电流、电压必须事先调节。先进是设备使用降低人员了焊接风险，提升了焊接作业安全。

（2）混凝土下料系统设计及应用

本工程竖井由上弯段、直线段、下弯段三部分构成，井室结构般面积较小，但浇筑量较大，一般情况下采用一个下料点施工较为困难，但是本工程中井室大小和衬砌厚度限制了下料系统的数量。为实现满足浇筑质量、强度、浇筑速度等技术要求。将单一下料系统进行升级改造，经过改造的下料系统，具有安装简单、固定可靠、拆卸方便、替换简单、移动零活等特点。

①下料系统结构组成：下料系统由顶部固定式进料集料斗、井壁上部固定式溜管、井壁下部可拆卸移动式溜筒、内置缓冲器、外部固定钢丝绳五部分组成。②顶部固定式进料集料斗：井口作业平台上设置1个下料口，全部采用δ=2.5mm厚Q235钢板制作，下料口成漏斗形状，上口尺寸为0.8m*0.8m，下口尺寸为0.23m*0.23m，下口与溜桶连接，用于混凝土下料前收集。同时顶部设置过料筛，减少混凝土直接冲击井壁，同时过滤有可能发生超径的骨料。③井壁上部固定式溜管：溜管采用外径300mm壁厚8mm单根长6m的热轧无缝钢管，钢管间采用法兰盘连接，法兰盘型号为内径300mm，具有12个螺栓孔。每节溜管顶端设置“U”型吊耳，吊耳采用φ22mm圆钢制作，“U”型吊耳弯制成135°，直线段与溜管双面焊接连接，剩余中间作为钢丝绳穿线使用。溜管与井壁间采用2m长Φ25间距2m的螺纹钢筋固定，螺纹钢筋呈“U”型，紧贴溜管外表面，锚固深度0.5m以上。④井壁下部可拆卸移动式溜筒：溜筒全部采用δ=2.5mm厚Q235钢板制作成，溜筒为圆台形式，底面直径为27.5cm，顶面为20cm，每节溜筒长1.25m。溜筒底面两侧设置挂钩，顶面设置挂耳，两节溜筒之间通过挂钩和挂耳连接，溜筒连接后有效长度为0.95m，钢丝绳贯穿溜筒两侧挂耳进行连接。溜筒长度根据衬砌高度提升进行拆除，随着混凝土浇筑工作面的上升，进行溜管的拆除，始终保正20m长的溜筒进行下料。⑤外部固定钢丝绳：钢丝绳布置在溜管及溜筒两侧。钢丝绳穿过溜管、溜筒预留吊耳，由下至上进行组装，钢丝绳型号为6×19-12（圆股），在钢丝绳与吊耳、挂耳绞结地方设置14号卡扣进行固定连接。⑥内置缓冲器：缓冲器采用Q235钢板制作，缓冲器由多个缓冲片组成，利用电弧焊焊接至溜筒内壁，焊接位置在溜管顶端位置，在溜管内部采用1cm厚钢板按照与水平成角45°～30°（大于自然坡比，有助于缓降）进行焊接连接，钢板占用管内径2/3以内。缓冲器与管壁之间竖直夹角间用Q235钢板焊接支座，形成三角形稳定支撑体系，避免在混凝土冲击下破坏缓冲器。其中首节缓降器安装位置距离溜管上口距离不大于9m，其余在溜管上每隔6m（根据实际情况调整）设置一个简易缓冲器。⑦下料系统在混凝土浇筑中应用：在正式进行混凝土浇筑前，首先进行下料系统的安全检查和管壁破损修补，检查主要通过桥机载人吊笼由检查人员从上至下进行检查，当发现下料系统有破损的，应及时进行管壁加固，加固材料选用钢板焊接不强和柔性皮带固定两种方式。同时为保证下料系统下料顺畅、减少对井壁的摩擦，需要提前对下料系统采用水泥砂浆进行润管，同时水泥砂浆也可以作为浇筑混凝土表面铺筑的水泥砂浆，起到一料多用节约成本的效果。

本工程中竖井因垂直高度大、空间狭小及地质围岩差的特点，为保证全过程施工安全，从开挖支护到钢衬混凝土衬砌过程中应用大量先进的施工技术和严谨的管理流程，保证了整个施工过程安全、可靠，充分体现生命至上的施工原则，同时实现了较好的经济效益，有极大的借鉴意义。

参考文献：

［１］ 夏万求，刘红学，宋丽丽． 江西洪屏抽水蓄能电站引水竖井开

挖作业安全风险管理与控制措施研究［Ｊ］． 西北水电，２０１9（５）：１０４⁃１０７．