摘要：竖井作为引水式水电站的重要工程，其施工技术也一直受到各方的关注。本文详细介绍了导井+钻爆扩挖法的现场应用情况，为今后竖井开挖提供了应用理论和实践方法。
关键词：导井；钻爆；扩挖；卡鲁玛水电站
1 引言
乌干达卡鲁玛水电站位于非洲乌干达境内西北部卡鲁玛村附近，是乌干达境内维多利亚尼罗河上规划7个梯级电站的第三级。电站总装机容量600MW，工程以地下工程为主，主要建筑物为拦河闸坝、地下洞室群、进水口、开关站组成，合同工期60个月。
2 工程概述
乌干达卡鲁玛水电站进水口共有引水压力竖井6个，平行布置，其开挖支护包括引水压力竖井上弯段和引水压力竖井开挖，开挖高程自EL.1011.5m到EL.942.5m，自引水竖井上弯段末端开始，至引水压力竖井底部结束。开挖井深约69.0m，开挖断面为Ø8.9m圆形，上弯段转弯半径15m，转角90°。
3 地质条件
1#~3#引水压力竖井的上平段主要位于弱风化上段地层中，岩性主要是花岗片麻岩及角闪岩，片麻理较发育，围岩类别为Ⅱ~Ⅲ类。竖井段主要位于弱风化下段~微风化地层中，片麻理较发育，围岩类别为Ⅱ~Ⅲ类，成洞条件较好。4#~6#引水压力竖井段的上部10~25m段主要位于弱风化上段地层中，岩性主要是花岗片麻岩及角闪岩，片麻理较发育。围岩类别为Ⅲ~Ⅳ类，成洞条件较差。下部的25~62m段主要位于弱风化下段~微风化地层中，片麻理较发育，围岩类别为Ⅱ~Ⅲ类，成洞条件较好。
4 反井钻+钻爆开挖施工工艺
乌干达卡鲁玛水电站竖井开挖采用导井+钻爆开挖法施工，在相应的下平段及部分下弯段开挖完成后开始施工，主要施工工序为：先使用AT2000反井钻机从竖井顶部向竖井底部钻进先导孔（导孔直径280mm），再从竖井底部更换钻头反拉导井（导井直径1500mm ）。导井形成后开始自上而下逐层爆破开挖支护，直到竖井贯通。反井钻+钻爆开挖施工工艺流程如图1所示。
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图1：反井钻+钻爆开挖施工工艺流程图
5 主要施工方法
5.1 先导孔施工
先导孔钻进是反井钻施工中的重点和难点，在以往反井钻施工中，由于精度不高导致终孔位置偏移较大，或是遇到不良地质段影响造成塌孔和流水损失等原因而发生卡钻事故，导致钻进失败。本工程在安装好反井钻机后对钻机的平稳性、立轴的垂直性进行校核，确保满足开孔精度要求，在钻进的过程中要保持低钻速、低钻压确保钻进角度偏移可控。选择有经验的操作人员很重要，随着钻孔深度的增大，要合理的调整钻机压力和转速，以免压力过大发生偏移。要随时观察孔口返水、返渣的情况，以便及时判断岩层地质条件。先导孔施工完成后要对其终孔位置进行测量，确保偏移满足要求。
5.2 导井反拉施工
在导孔底部更换钻头后开始自下而上反拉施工，这个时候要慢速提升钻头，直到滚刀开始接触岩石，用最低转速提升，确保钻头滚刀不受大的冲击力而破坏，等钻头全部进入岩石后才能正常反拉扩孔。由于是反拉施工，钻机的负荷、压力值较大，虽然不需要再考虑钻进的角度，但是由于无法察看孔内返水、返渣情况，需根据操作人员的经验来判断孔内异常情况。在保证钻机正常运行的情况下，控制好反拉速度，当出现异常时，要检查孔内及钻头磨损情况。
5.3 钻爆法施工
为缩短直线工期，加快施工进度，在保证安全生产的前提下，引水压力竖井遵循“相邻两个竖井不同时开挖支护”的原则。在掌子面利用手风钻施工爆破孔，爆破孔钻孔严格执行爆破设计图，在施工过程中所有爆破设计均为初拟参数，需根据实际爆破效果进行调整优化。为了提高爆破质量，在爆破孔钻进过程中应严格控制周边孔的钻孔角度，周边孔采用光面爆破。主爆孔应严格控制孔距，防止间距过大造成大块石的出现从而堵塞导井，若过程中出现大块石堵塞导井，则需要进行补孔及第二次爆破。另外，爆破时应在爆破点周边的重要位置选取多个震动监测点进行监测，根据距离计算出监测结果，根据结果调整爆破参数，并严格控制最大单响药量，防止震动过大对周边构筑物造成破坏。
5.4 出渣
出渣分为掌子面出渣和竖井底部出渣，为了提高出渣效率，本项目掌子面出渣主要利用在乌干达当地采购的小挖机（型号：HITACHI-ZAXIS33U，吨位需满足吊装要求），现场利用龙门吊或者塔吊将小挖机调入井内。在调入前，先人工在浮渣表面清理出一个平台，方便小挖机就位。待小挖机清理完成后剩下的则由人工清理干净，竖井底部则根据下部空间大小选择合适的出渣设备，竖井底部在堆渣前应估算出堆渣量，并根据爆破的虚方量及时安排设备进行出渣作业，防止发生堵井事故。
5.5 系统支护
引水压力竖井支护随开挖同时进行。遵循“边开挖边支护”的原则，开挖完成后及时支护，待各类支护完成后方能继续往下扩挖。
锚喷支护一般施工程序为：
开挖完成→随机支护（包括排水孔，如需要）→型钢拱架（或钢筋拱肋，如需要）→挂钢筋网→系统锚杆施工→喷混凝土。
地质条件较差时，应先初喷混凝土封闭，然后再进行系统支护。
5.5.1普通砂浆锚杆采用“先注浆后插杆”施工工艺。其工艺施工流程如图2：
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图2 “先注浆后插杆”施工工艺流程图
5.5.2 引水压力竖井排水孔为随机排水孔，根据开挖后的渗水情况现场确定位置。排水孔必须在喷混凝土施工前完成，且每个排水孔都应用排水软管引排至边墙底部或引至衬砌混凝土外，以便衬砌结束后用水泥浆液将其进行回填。排水孔用手风钻造孔，人工安装。
5.5.3 挂网喷混凝土施工
1、喷射混凝土
喷混凝土采用干喷工艺，PZ-7D混凝土干喷机进行喷混凝土作业，拌和系统拌制喷混凝土料，自卸车运至工作面。
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图3 干喷混凝土施工工艺流程图
喷射混凝土强度采取机口取样检查，还可根据要求在指定位置取芯检查；厚度通过预埋厚度标志或钻孔测深检查，外观质量通过肉眼检查评定。
2、挂钢筋网
钢筋在加工厂调直、除锈、切割，并加工成2m×2m的片状，井内拼装，利用锚杆头加密固定，使钢筋网紧贴壁面。
6 施工重点、难点
6.1 先导孔精度控制
先导孔的精度控制和竖井的深度、竖井底部的开挖断面有较大的关系，孔越深精度要求越高，一般竖井要求控制偏斜率不超过1%，本项目的控制标准为一般要求。为了保证一次成孔，在钻进过程中要进行严格控制，一是严格检测保证钻机的平稳性、钻杆的垂直性；二是严格控制钻进速度和压力；三是及时进行偏斜检测，如不符合要求，用砂浆或混凝土进行回填，等强后重新钻孔。
6.2 超欠挖控制
超欠挖的控制能体现开挖水平的高低，竖井在开挖过程中受技术条件的影响允许适当超挖，受钻孔精度及地质的影响容易出现超欠挖的情况。超挖过大造成施工成本大大增加，欠挖则需要进行二次处理，费时费力，所以在施工过程中要做好超欠挖的控制工作，一是做好钻机操作人员的岗前培训，提高其技能水平；二是勤测量，做好光爆孔的点位放样及超欠挖的检测，欠挖部分一定要在下一层开挖时一并处理完成，以免增加处理难度及影响支护工序。
6.3 安全控制
安全是企业健康发展的生命线，除需严格执行相关安全技术方案外，以下几个细节也需要注意，一是要做好爆破后的飞石隐患排查以及对已完工作面的安全检查；二是固定好各类施工管线，防止脱节或断裂造成坠落；三是交叉、爆破作业涉及的人员多、范围广，要有足够细心、耐心；四是加大安全防护。
7 结束语
导井+钻爆开挖施工工艺具有较高的实际应用和理论研究价值，适用于各类尺寸大小的竖井开挖。同时本工程的施工安全、开挖质量、施工成本、施工进度都得到了有效的控制，创造了良好的经济效益和社会效益，对类似工程有很好的指导意义和借鉴作用。
论文作者:何磊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：竖井论文; 乌干达论文; 混凝土论文; 钻机论文; 压力论文; 钻头论文; 钻孔论文; 《基层建设》2018年第29期论文;