正井法在中东抽蓄高压竖井中的应用

正井法在中东抽蓄高压竖井中的应用

刘志辉

（中国水利水电第五工程局有限公司，成都 610066）

摘要：以色列克卡夫·哈亚邓抽水蓄能电站高压竖井井深超过400m，工程地质条件差，无类似工程经验可以借鉴，施工难度大，施工安全风险高。现场项目技术人员通过对现场情况及地质条件的分析，确定了采用正井法施工技术，高质量的完成了400m以上竖井的施工，对后续类似工程提供了很好的借鉴意义。

关键词：正井法；超深竖井；抽水蓄能电站；应用

0 引言

竖井作为水利水电工程中常见的工程结构，其施工技术一直受到广泛关注。国内外水利水电工程中的竖井一般不超过200m，但随着水利水电工程的发展，竖井深度越来越深，其施工难度也在不断加大。目前对于井深超过400m的竖井，可借鉴和参考的施工技术经验和资料非常少，需要在实践中不断摸索该施工技术。

1概述

1.1工程概况

以色列克卡夫·哈亚邓抽水蓄能电站（以下简称以色列K项目）位于以色列东北部的Gilboa 山脉，靠近约旦河谷下游。项目由上水库、引水系统、地下厂房系统、尾水系统和下水库等组成。项目高压竖井井深438m，开挖支径5.2m，竖井采用钢衬结构，钢衬内径4m。

1.2工程地质情况

高压竖井以Ⅳ类围岩为主，部分Ⅱ、Ⅲ类围岩，少量Ⅴ类围岩，其中Ⅱ、Ⅲ类围岩占比约35%，Ⅳ、Ⅴ类围岩占比约65%。引水竖井布置在玄武岩、火山碎屑岩互层地层(bs+pyr)、玄武岩地层（bs）、角砾岩和集块岩混合地层(cgl)、火山碎屑岩地层（pyr）、泥灰土地层（Marl）及粘土层（Clay）等地层。

2开挖方法的选择

2.1开挖方法介绍

通常竖井开挖方法主要有反井法、正井法、正反井结合法、深孔爆破法、吊罐法、爬罐法等[1]。随着技术的发展，吊罐法、爬罐法等逐步退出历史舞台，目前主流的竖井开挖方法是反井法和正井法。

反井法：采用反井钻机先施工导孔，待主洞施工至竖井处且联络通道施工完成后，将反井钻机钻头更换为扩孔钻，然后自下而上进行导井施工；导井施工完成后，再利用导井作为溜渣井自上而下进行竖井爆破扩挖及支护的施工方法。反井法于1992年首次在国内水电系统引进并迅速推广应用，目前反井法已广泛应用于竖井施工中，技术相对成熟，工艺完备[2]。

正井法：先在井口安装井架、绞车等提升系统及配套设备，再利用提升系统自上而下进行竖井开挖支护，并从井口出渣的施工方法[3]。正井法在水电系统应用较少，该技术在水电工程中的应用有待探索。

2.2开挖方法比选

在以色列K项目竖井施工前，技术人员从施工可行性、施工安全性、施工难度、施工优缺点、施工工期、设备费用6个方面对正井法和反井法在该项目高压竖井施工进行比选，具体如下表。

对过上述比较可以看出，以色列K项目高压竖井采用正井法可行且成本相对较底，因此选用正井法作为该工程开挖支护施工方法。

3竖井开挖支护施工方法

竖井开挖采取全断面光面爆破施工，采用伞钻钻孔，出渣采用抓岩机装渣进吊桶，再通过提升系统吊运。支护采用混凝土衬砌代替锚喷支护，衬砌钢筋施工完成后，利用提升系统悬吊的模板落模后浇筑。

3.1提升系统

竖井开挖施工过程中的施工人员、伞钻、材料上下、出渣均依靠提升系统，其由绞车、稳车、井架、开轮、钢丝绳、吊盘、伞钻、抓岩机等组成。

3.2施工顺序

钻孔爆破→通风排烟→出渣平底→混凝土初砌→出渣清底→下一循环

3.3竖井开挖施工方法

竖井开挖采用全断面光面爆破[4]，开挖单循环进尺为2.5m，爆破参数[5]以表格 3‑1为基础进行施工、调整、优化，对应的竖井开挖炮孔布置如图 3‑2所示。

表格 3‑1 竖井开挖爆破参数表

图 3‑2 炮孔布置图

竖井开挖前由测量人员测量并标记爆破孔位置，然后采用伞钻钻孔。伞钻通过正井提升系统吊至作业面，再操作液压机械臂支撑在井壁上，人工操作钻臂钻孔。钻孔完成后装药爆破排烟，然后采用抓岩机将渣料装进3m3吊桶，再利用正井系统将吊桶吊出井外，最后用装载机装入自卸汽车运走。

3.4竖井支护施工方法

竖井支护采用混凝土初衬代替锚喷支护，单仓衬砌高度为3m。当开挖面距离上一循环初砌面达到3m时，进行下一循环爆破，排烟完成后暂不出渣，平整作业面，然后安装钢筋，再安装初砌模板。初砌模板为整体模板，高度为3.1m，其顶部和中部各布置有一排下料口，以保证下料均匀。模板上布置有液压系统用于模板开合，顶部布置有3个吊点，用于模板吊运。安装时先利用正井系统吊至作业面，然后用液压系统将模板撑开并与上一仓混凝土搭接约10cm，再用渣料将底部封实，然后进行混凝土浇筑。浇筑时用提升系统吊吊罐至井口，然后用天泵装填吊罐，再利提升系统将吊罐吊运至井下施工平台上布置的分料头上方，打开吊罐下部下料口，混凝土通过分料斗经溜管入仓，如图 3‑4。

图 3‑4 混凝土浇筑示意图

4结束语

以色列K项目高压竖井施工时通过对工程地质和施工条件的分析，确定了采用正井法进行开挖支护施工。在施工过程中，解决了施工中存在的问题，并且高质量了完成了400m级竖井开挖支护施工，施工过珵中应用的施工方法和技术在以色列及国内水电专业尚属首次，该施工方法和技术推动了水电竖井施工技术的发展，为后续类似工程提供了很好的经验和借鉴。

[1]许东，高新永. 竖井开挖方案选择及施工方法浅析[J].科技创新导报, 2012(23):103-104

[2]高彬.浅谈某水电站竖井开挖施工技术[J]. 科技信息,2009(22):296-297

[3]张朝泽，杨耀. 浅竖井一次扩挖成型工艺在梅蓄电站的应用[J].广东水利水电，2020（10）：38-42.

[4]汪旭光.爆破设计与施工[M]. 北京：冶金工业出版社，2011.

[5] 马洪琪，周宇，和孙文. 中国水利水电地下工程施工（上册）[M]. 北京：中国水利水电出版社，2011.

作者简介：

刘志辉（1987-），男，吉林长春人，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作。

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