关键词：井筒；开挖；塌方治理；衬砌技术
1 工程概况
南俄5水电站上室式调压井由圆形的井筒和上室组成，总深178.6m。井筒深164.4m，其中上井筒深110.7m，内径5.0m，下井筒深53.7m，内径3.0m，喷护15cm厚，混凝土衬砌60cm。上室净高10m、内径22.8m、混凝土衬砌1.0m厚。调压井底部隧洞内径4.2m，混凝土衬砌0.5～1.2m厚，上游接引水隧洞末端、下游连压力管道上平段。5#支洞布置在压力管道上平段，开挖断面B×H＝5.0×6.0m，长388.9m，距调压井21.6m。
2 导井开挖
调压井的井筒深，开挖难度大，如何保证施工安全和工程顺利开展十分为重要。借鉴国内反井钻机在煤炭、水电、有色冶金和交通等地下工程钻凿竖井的成功经验，采用了反井钻机法进行导井开挖。
钻机选型时，考虑项目的实际情况，决定采用BMC300型反井钻机。先用反井钻机自上而下钻φ214mm导孔，然后自下而上扩孔至1.4m的导井。BMC300型反井钻机主要技术参数见表1。
BMC300型反井钻机竖井导孔钻孔偏差为0.5%，钻孔深度300m。调压井导井深162.9m，下井筒开挖半径2.25m；按照钻机的技术参数，该项目的导孔理论最大偏差为0.81m加扩孔半径0.70m等于1.51m，在下井筒开挖半径2.25m之内，满足该工程钻孔深度和精度的要求。
2.1 导孔
调压井导孔钻进16.5m时，洗井液全部漏失。提出钻杆后，将1t水泥和0.5m3砂子人工拌合后，慢慢的灌入孔内，待孔口砂浆下沉再继续补灌，直至砂浆稳定不再下沉为止，待凝24小时，重新钻进成功。
2009年10月15日反井钻机调试结束，16日开始导孔钻进，仅白班作业，12月7日导孔打通。162.9m导孔，历时53天，不计洗井液漏失处理3天时间，按照黑白昼夜两班折算，导孔钻进平均速度是6.5m/d。
导孔打通后，经过实际测量，导孔偏离井筒中心线1.5m，实际钻孔偏差是0.92%，但是，满足工程需要。经过分析，导孔偏差过大原因是一个紧固丝杆没有完全持力，在导孔钻进过程中机身稍微倾斜所致。
2.2 扩孔
2009年12月14日将扩孔钻头安装完毕，12月15日开始扩孔，2010年元月15日完成扩孔。历时32天，仅白班作业，折算成两班作业，扩孔速度是10.2m/d。
3 井筒扩挖
导井贯通后，开挖井口，浇筑锁口混凝土，安装提升设备，钻孔爆破扩挖，石渣从导井卸入井底，再用装载机和自卸车转运出洞，支护跟随开挖及时进行。
3.1 锁口及安装提升设备
3.1.1 井筒锁口
（1）锁口C20混凝土高4.5m、内径6.2m、厚40cm。配置双层钢筋，环向钢筋为φ20@30cm，分布筋为φ12@30cm。
（2）井口开挖用手风钻钻孔，光面爆破，反铲挖渣为主，人工清渣。
（3）根据地质情况布置了φ25间排距1.5m的系统锚杆，临时喷C20混凝土10cm厚。
（4）采用组合钢模板，φ25钢筋拱圈和φ48钢管纵围囹，φ12钢筋螺栓拉锚固定，φ48钢管脚手架，溜槽入仓方案施工。
（5）浇筑混凝土前，埋设井架底部连接钢板以及井口护栏插筋。
3.1.2 提升设备
提升设备主要由“门”字井架、限位器、滑轮组、吊篮、电控卷扬机；以及井口盖板、护栏和雨棚组成。
（1）卷扬机：采用8t电控卷扬机，其主要技术参数较表3。
（2）吊篮：采用10#槽钢、50角钢、以及3.5mm厚花纹钢板加工而成，长×宽×高=1.5×1.5×1.2m，自重350Kg。
（3）井架：将2根18#槽钢对口焊接成“箱”形，用于井架的立柱；“门”字井架高6.5m，宽7.0m，天梁采用两根18#槽钢加工而成。天梁上安装两个12t的定滑轮，地面安装一个12t导向滑轮。
经过计算提升设备起重能力为：升降物料880Kg，升降人员5人。满足水工建筑物地下开挖工程施工技术规范对提升设备的连接装置、钢丝绳的安全系数，以及提升速度的要求。
3.2 井筒扩挖
（1）钻爆开挖：井筒扩挖采用手风钻钻孔，光面爆破，梯段高度0.8～1.2m。光爆层厚度50cm，光爆孔间距40～50cm，孔深1.0～1.4m，孔径40mm，线装药量75～200g/m，辅助孔间排50～55cm，单位耗药量1.2～1.7kg/m3。
（2）出渣及清底：施工人员先站在吊篮上用锄头扒渣，清理出作业平台时，在导井口上放置安全格板，方可离开吊篮，格板在下一次爆破前拆除，提升到地面或放置在吊篮上。
井筒扩挖时，大部分石渣沿导井落到井底，剩余部分人工扒渣。井底必须及时出碴，防导井堵塞。
3.3 防止导井堵塞及处理措施
（1）减小炮孔深度、间距、排距，适当加大爆破药量，控制爆破石碴块度，使其小于导井直径的1/3。
（2）采用多段位导爆管雷管，孔内延时爆破，加大各段雷管起爆间隔时间。
（3）及时装运井下石碴，堆碴不得超过洞顶高度。
（4）导井一旦堵塞，处理难度较大，调压井井筒开挖100m时，导井堵塞，向井筒内大量注水，使爆碴充分湿润，先将粉渣和小渣冲落，架空大块石碴，减小了岩块与岩块间、岩块与井壁间摩擦，依靠重力使其自由下落而疏通。
3.4 井筒支护
（1）Ⅲ、Ⅳ类围岩采用φ25 L＝3.0m 间排距1.5m的系统锚杆，挂φ6＠20×20cm钢筋网，喷C25混凝土15cm厚。
（2）Ⅴ类围岩采用φ25 L＝2.0m 间距40cm的超前锚杆和25 L＝3.0m 间排距1.5m的系统锚杆，挂φ6＠20×20cm钢筋网，喷C25混凝土15cm厚。
（3）Ⅴ类围岩和断层破碎带，增加15#工字钢拱圈进行加固，拱圈间距0.8～1.0m，拱圈用系统锚杆和随机锚杆固定，拱圈之间用φ20钢筋连接，间距30～50cm。
采用手风钻钻孔，水泥基锚固剂锚杆以及砂浆泵注浆锚杆，干喷机喷混凝土。需要注意的是必须在井口给混凝土喷砂管搭设弧形支架，以减少喷砂管硬折导致快速磨碎，防止堵管。
3.5 塌方治理
调压井井筒扩挖总共发生了3次大的塌方，处理办法如下：
（1）井筒扩挖至126m深时，遇到断层破碎带，导井发生塌方，这时施工平台还能够满足井下作业需要，按照支护参数（3）进行了处理。
（2）井筒扩挖至140深时，导井塌方严重，井下施工平台已经没有安全保障。用较细的洞挖石渣将导井填满，按照支护参数（3）逐步进行处理。井底每次出渣，以导井石渣降低1m左右为宜，保障井下施工人员有一个安全的工作面。
（3）井筒扩挖至146m深时，发现井筒1/3范围发生了大的塌方，超过设计开挖线2m左右，采用15#工字钢拱圈和12#槽钢桁架支护，岩面按照支护参数（1）进行了锚喷。
4 井筒衬砌
调压井下井筒衬砌高度53.7m；每次浇筑4.5m高，共浇筑12仓。上井筒衬砌高度110.7m，每层浇筑4.5m，共浇筑25仓。
4.1 模板与脚手架
前期拟定采用2台滑模施工方案，在国内联系了两家制造单位，1台滑模报价26.5万元人民币；其中模板均由P2012和P1512的钢模板组装而成。经过对工效和费用比较； 采用了P2015、P1015钢模板，φ25钢筋拱圈和2φ48钢管竖向围囹，φ12钢筋螺栓拉锚固定，满堂架施工方案。
4.2 混凝土浇筑
采用6m3罐车运输混凝土；下井筒在5#支洞用混凝土泵入仓；上井筒在调压井上室用混凝土溜管配缓冲管，以及分料溜槽入仓。
自制的φ200mm混凝土溜管和缓冲管，结构简单、安装方便，是一种简便高效的入仓手段。入仓后混凝土和易性较好，没有产生骨料分离现象，保证了工程质量。浇筑1仓混凝土（4.5m）用7天时间，月衬砌强度16m，工期提前了两个月时间。
结束语：
φ200混凝土缓冲管
南俄5水电站调压井井筒开挖采用的反井钻机法、正井扩挖法，在井筒扩挖时的塌方治理方案，安全可靠，富有成效。混凝土衬砌采用的组合钢模板、满堂架，以及自制的混凝土溜管与缓冲管入仓方案，节省了施工成本，保证了工程质量，提前完成了施工任务。可供类似工程参考。
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论文作者:李刚 李彦成
论文发表刊物:《城镇建设》2019年19期
论文发表时间:2019/11/13
标签：井筒论文; 混凝土论文; 钻机论文; 拱圈论文; 钻孔论文; 钢筋论文; 井架论文; 《城镇建设》2019年19期论文;