深大竖井的开挖技术在太平江水电站中的应用

    1· 工程概况
    缅甸太平江水电站位于克钦邦，陆地交通离中缅边境最近约12 km，属大盈江流域开发第5个梯级电站。电站采用引水式发电，电站装机容量240MW，年发电量约10亿kW ⋅ h。太平江水电站由拦河大坝、引水隧洞、调压竖井、压力管道、发电厂房以及开关站组成，其中广西水电工程局承担了拦河大坝、引水隧洞一部、调压竖井、压力管道和发电厂房以及开关站的施工。
    2· 调压井结构特点和施工条件
    电站设计引水系统调压竖井2座，对应Ⅰ引水隧洞（隧洞长约3 342 m，洞径8 m）为Ⅰ竖井，高程为EL305；对应Ⅱ隧洞（隧洞长约3 299 m，洞径8m）为Ⅱ竖井，高程为EL295。两座调压井均布置在引水隧洞的尾部，紧接其后是分岔管、斜井、压力管道，位置十分重要。
    2.1 调压井开挖断面尺寸较大、圆形
    最大开挖尺寸Ф19 m，正常开挖尺寸Ф17.5 m，面积254 m2。衬砌后成型尺寸Ф16.0 m，深度约90 m，开挖方量37856 m3。开挖方量大，出碴强度大。
    2.2 调压井地形地质条件差
    调压井布置在厂区两条冲沟所夹的由北往南的山脊左侧冲沟的下游侧边坡，自然地形坡度一般35°~40°，覆盖层较深，地形完整性差，对调压井稳定不利。地下水埋深20～35 m，为基岩裂隙水及孔隙水，排水量大。全～强风化岩石，基本属Ⅴ~Ⅳ类岩体，岩体中存在的陡倾角结构面与其它结构面不利组合，稳定性差。
    2.3 调压井布置位置给施工条件不利
    （1）两座调压竖井井口平台均布置在经高边坡开挖后形成的平台面上，Ⅰ、Ⅱ号井不在同一台阶面上，工作面基本能满足结构尺寸，没有宽阔的施工场地。
    （2）交通道路狭小，到达调压井口平台只有很简易的施工便道，坡陡、弯急、路窄，不能满足大型设备运输通行。
    （3）出碴条件的制约。调压井开挖出碴必须待引水主洞或引水支洞和岔管段开挖形成后才具备出碴条件，开工节点晚，施工工期十分紧。
    调压井开挖既有技术难点和施工难点，又有工期十分紧的特点。如用传统的出碴方式，即采用液压反铲挖掘、装车或吊蓝出碴，效率很低，出碴时间长，不能满足工期要求。
    为了保证施工安全和进度，研究决定调压井采用了“中导孔+反向导井开挖+正向二次扩挖+及时支护”相结合的开挖技术方案。
    3· 调压井的开挖与支护技术
    3.1 井口段固结灌浆处理
    调压井井口段约0~10 m为强风化破碎Ⅳ~Ⅴ岩体，裂隙发育，走向夹角不利，稳定性差。采取对井壁圆周进行超前固结灌浆，布置两排固结灌浆孔，孔径Φ80 mm，孔深12 m，并增加2Φ25锚杆，加固井壁，提高井筒拱圈的整体性和抗压、抗剪、抗拉能力。
    3.2 井口段的开挖及支护
    调压井口平台0~10 m为全~强风化岩石，稳定性极差，不适合采用导井法施工，而采用正向开挖+锚喷+支护施工方法，分3层“开挖+锚喷+支护”循环进行。施工顺序为：第一层开挖→第一层支护；第二层开挖→第二层支护；第三层开挖→第三层支护，至完成锁口段砼支护。
    缅甸太平江水电站调压井剖面图1。
             
    （1）第一层开挖深度4 m，可利用液压反铲直接开挖，装自卸汽车出碴，经规格修整，满足图纸要求和验收合格后，进行必要的临时锚喷支护，再进行锁口衬砌支护，钢筋混凝土支护长度3 m。
    （2）第二、三层开挖深度3 m，利用液压反铲+长臂反铲出碴，经规格修整，满足图纸要求和验收合格，进行临时锚喷支护后，再进行钢筋混凝土衬砌支护，支护长度3 m。 
    钢筋混凝土支护见图2，3。
              
              
    3.3 导井开挖
    导井开挖是竖井（调压井）施工的关键程序。本工程采用人工反挖导井技术。 
    3.3.1 导孔施工
    利用锚杆钻机或勘探钻机在Ⅰ井口EL305和Ⅱ井口EL295 平台，沿井筒中心轴线向下钻凿Ф 200~250 mm导孔，贯穿至引水隧洞。导孔的作用如下：探测地质结构；排放存在的地下水；反导井开挖排烟；穿放卷扬机钢丝绳，风、水、电以及通讯等管线，以及安全绳索等的布设；充当反导井开挖爆破的掏槽孔。
    3.3.2 人工开挖导井
    导孔贯通后即开始安装卷扬机、钢丝绳、构架、吊蓝，制作操作平台等准备工作，准备工作完成并经安全验证后开始进行导井开挖。
    3.3.3 反挖导井技术
    Ⅰ井EL295 m、Ⅱ井EL285 m至引水隧洞顶部段属弱风化~微风化岩石，以Ⅳ类、Ⅲ类岩体，稳定性基本满足反导井开挖条件，采用反挖导井以加快施工进度。
    （1）安装钻孔操作平台。在引水隧洞正对导孔下方安装钻孔操作平台，用卷扬机牵引控制平台上下高度，工作时临时固定于作业面。此平台同时作为装药、安全处理、临时锚喷支护的工作平台。
    （2）钻孔。施工人员处于半封闭式的操作平台上实施对导井断面自下向上钻凿爆破孔。导井断面尺寸控制Ф2.0~2.5 m。岩石完整时取大值，由施工人员根据地质情况及时调整。断面经钻爆反挖而形成导井。满足扩挖时的排碴（溜碴）能力。
    （3）安放炸药、连接爆破网络。施工人员处于半封闭式的操作平台上实施装药、连接爆破网络，而后操作平台撤离至安全范围，做起爆准备。
    （4）安全处理。导井断面经实施爆破后，大量的岩块已经自行跌落，施工人员借助操作平台对爆破后的井筒进行安全处理，通过敲、凿、撬等方法清除不稳定的岩石。
    （5）临时支护。通过操作平台检查井筒围岩的安全状态，对局部不稳定的围岩进行锚喷处理。
    人工反导井开挖尺寸Ф2.0~2.5 m，每循环掘进进尺2.0 m（钻孔深2.3 m），每天进行3次循环，进度约6 m。完成一座调压井反导井开挖耗时20 d。人工反导井开挖钻爆参数见表1。
                 
    起爆方式采用非电毫秒微差延时起爆网络，电雷管引爆方案，达到较好效果。
    3.4 调压井开挖（扩挖）
    在调压井口平台分别安装一台专用升降设备，满足将人员、设备吊进工作面，人工用手风钻进行正井扩挖，利用已经开挖完成的导井溜碴至Ⅰ和Ⅱ引水洞。
    调压井分两次扩挖成型，出碴从3＃施工支洞进行，采用3.0 m3装载机出碴，15 t自卸汽车运输至指定弃碴场堆放。
    （1）第一次扩挖直径10 m，以形成的导井为中心，圆周布置5排炮孔。采用人工+机械爬碴，通过导井（溜井）下落到引水隧洞，爆碴岩块尺寸控制不大于0.8 m，避免造成导井堵塞。循环进尺2.5 m~2.8 m，钻孔直径42 mm，孔深3.0 m，圈距0.8 m，孔距1.0 m。采用非电毫秒微差延期起爆技术。  
    （2）第二次扩挖直径17.5 m，第一次扩挖的石碴清理完成后即进行第二次钻爆扩挖，扩挖至调压井轮廓线。各项参数同第一次扩挖。
    炮孔布置和钻爆参数见图4，表2。
              
             
    3.5 调压井的支护
    3.5.1 一期支护
    调压井一期支护型式为锚杆+挂钢筋网+素喷砼。在开挖过程中做到支护及时跟进，即开挖尺寸满足图纸要求，经验收合格后，马上进行锚杆施工，布挂钢筋网、喷砼支护。
    为使支护施工与钻爆开挖作业能够同步进行，特别在井筒制作安装一个支护作业平台，使支护与开挖能够上下同时进行，有效解决了支护对开挖的干扰，缩短了循环施工时间。
    支护作业平台用型钢和钢筋、钢板网焊接加工，分片组装形成一个环形平台，通过安装于井口平台的卷扬机控制其上下位置，满足支护作业高度，施工人员处于平台内进行支护作业。
    支护作业平台见图5。
                  
    3.5.2 永久支护
    调压井的永久支护形式为系统锚杆+砼衬砌。系统锚杆施工在开挖阶段完成，筒体砼衬砌设计成滑模施工。
    按照传统施工方法，调压井的筒体衬砌顺序：引水主洞砼衬砌→阻抗孔砼衬砌→井壁筒体砼衬砌施工，这个施工方案已经不能满足电站发电工期要求。通过方案分析，采取引水主洞砼衬砌和阻抗孔砼浇筑与筒体砼衬砌分开且同时施工才能实现工期目标，在井内制作安装安全隔离平台。
    调压井砼支护剖面见图6。
                 
    安全隔离平台主梁用20号工字钢，下翼用∠50和钢筋焊接而成轻型桁架，次梁用10#方钢，主次梁搭成的平台面满铺竹排板，再用帆布覆盖严密，防
    止井筒滑模施工过程落物对主洞施工区的危害。主梁桁架与调压井系统锚杆和Φ16吊环钢筋焊接固定。平台的承载能力以满足滑模架安装、堆放必要施工材料、工器具、施工人员作业等要求，按150kg∕m2承载能力设计。
    3.6 风、水电的布置
    在调压井附近设置临时施工设施。设置一个供风站，安装两台2×20 m3电动空压机，同时满足钻孔和喷锚砼施工供风；安装一台630 kVA 10/0.4 kV电力变压器供电；建造一个60 m3高位水池，可满足钻孔和砼施工、环保、消防等用水需要。
    4· 结语
    本工程通过业主、设计、监理、施工参建各方相互配合和努力，安全顺利按时完成。我局在该工程施工过程中大胆创新与实践，取得可喜的成效：
    （1）采用改进的“中导孔＋反导井开挖＋正向二次扩挖＋及时支护”的开挖技术，取得出碴效率快、干扰小显著效果；
    （2）采取隔离措施使一期支护与开挖隔离，开挖与支护同步进行，缩短了开挖循环时间而缩短开挖工期；
    （3）主洞和阻抗孔与井筒砼衬砌也采取隔离措施，实现同时施工，赢得了施工工期；
    （4）对井口井壁的超前固结灌浆和加强施工过程的安全管理，保证了工程安全顺利。
    这一实践进一步完善和丰富地下工程的开挖技术和施工经验，为今后类似工程的施工提供参考和借鉴，具有积极的意义。