卡基娃大直径调压井施工

Ｎｏ．３　Ｓｅｐｔ．２０１２　ＧＥＺＨＯＵＢＡ　ＧＲＯＵＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．１０３　

卡基娃大直径调压井施工　

柳君安　卢　俊　廖振华　

摘要　以木里河流域卡基娃水电站调压井为例，介绍大直径调压井开挖和前期支护施工中存在的难题和　解决方法。　关键词大直径调压井；开挖支护；加强支护；导井堵塞　

１　工程概况　

卡基娃水电站系木里河干流开发方案中的第　

二级电站，位于四川省木里县唐央乡，总装机容量　

４４０ＭＷ，单机容量１ＩＯＭＷ。调压井布置于右岸，采　

用露天阻抗式，由井筒、阻抗孔等组成。井筒底板　

顶高程２７６３．６０ｍ，井口顶高程２８９８．ＯＯｍ，井筒高　

１３４．４ｍ、内径１７ｍ、开挖直径２０．２４ｍ；围岩类别以　

Ⅳ类为主，多为灰黑色千枚岩，夹杂少量石英砂岩。　

２　施工工艺　

２．１反井钻施工　

２．１．１钻机安装与调试　

２８　在调压井上室开挖反井钻机基坑，并清理到完　

整岩石上后，浇筑混凝土，埋设钻机地脚螺栓。安　

装轨道，吊装反井钻机，用测量仪器反复校正钻机，　

使钻孑Ｌ方向精确对准竖井中心线。　

校正方法：全站仪精平以后用竖丝对准机身外　

棱，上下摆动镜头，调整机身油缸，直至全站仪竖丝　

不偏离机身外棱为止。　

２．１．２导井施工　

首先用ＬＭ一３００反井钻机在调压井中心钻一　

（Ｉ）２５０ｍｍ导孔，导孔打通后，在竖井底部安装钻机　

扩孔钻头，采用反井钻机钻取一（Ｐ１．４ｍ反导井。　

ＬＭ一３００反井钻机导孔、导井开挖如下图所　

示：　

图ｌ　ＬＭ一３００反井钻机导孔、导井开挖示意图　

在竖井口设置６ｍ高的型钢制作的“ｎ”型桁　架梁，５Ｔ卷扬机提升吊笼，吊运工人及设备下井，

　２０１２年９月第３期　葛洲坝集团科技　总第１０３期　

在吊笼中实施钻爆作业。手风钻人工自下而上进　

行导井一次扩挖，扩挖直径为中３．０ｍ左右。造孔　采用手风钻环向水平造孔。因施工空间较小，所以　

选用短钎进行造孔，孔向下倾斜８～ｌ０。角，孔深为　１．２ｍ，孔距控制在１．５ｍ左右，排问距ｌｍ，５—６排　

为一个爆破循环。　这一开挖方式虽然解决了材料运输、钻爆作业　

平台搭设等难题，但安全、卷扬机操作误差等问题　

比较突出。针对这些问题，需要采取以下措施：　（１）吊笼上部安装一块可旋转重合的铁皮，防　

止吊笼上部的危石及掉块伤人；　

（２）卷扬机安装完毕后进行动载、静载等相关　

试验和检验检测，以保证卷扬机及各部件的性能安　全可靠，派专人加强卷扬机现场操作的监督。同　

时，为防止卷扬机发生意外事故，在井台上设置手　

摇式轱辘，与卷扬机钢丝绳形成整体，并在卷扬机　

上设置锁死装置；　（３）为防止平台上人、物资设备坠入导井，以　导井中心为圆心设置一道舛ｍ，高１．４ｍ实体围　

栏。井口设置一钢筋网井盖，在每次造孔作业前，　

先用卷扬机将井盖吊人井口盖好，再进行钻孔作　

业，起爆前将井盖吊至安全高度。　２．３竖井扩挖支护　全断面扩挖前，先对井周范围进行锁口锚杆及　

混凝土浇筑，锁口完成之前严禁进行全断面扩挖。　

为防止边坡危石滚落伤及平台施工人员，沿圈梁设　

置一道高１．４ｍ围栏。围栏采用钢筋或者钢管焊　

接，围栏下部设置０．５ｍ高的铁皮踢脚，以防石块　等杂物滚入井内。　

大井扩挖采用自上而下扩挖，导井溜渣的施工　

方法。钻爆采用ｌ０台ＹＴ一２８手风钻由上至下分　

层开挖，外台阶设计轮廓线实施光面爆破，人工配　

０．３方液压反铲扒渣，分层进尺２．５ｍ，不良地质段　进尺缩短为１ｍ，爆渣下落到引水隧洞内，然后用　

３ｍ？装载机配１５Ｔ自卸车出渣。　

为防止爆破对其造成破坏，井内反铲在爆破时　

建议先用弹性橡胶垫或废旧轮胎将反铲覆盖，尤其　是对油压系统的保护。　

在实施的过程中，有两个技术难点：①调压井　

断面大，一次支护工程量大，系统支护锚杆数量多，　

且均为６ｍ、９ｍ长的锚杆，锚杆施作速度不可能跟　

上开挖的速度。如搭设钢管架，成本高且搭拆耗费　时间长，不可避免影响开挖进度。②大直径调压井　

人员上下交通，国内常用：一是采用直爬梯，二是引　

进建筑专用的工业电梯来满足施工所需。直爬梯　

将会削耗施工人员大量的体力，虽经济，但在深井　

中作业人员难度太大，且工效不高，特别是给现场　

管理人员对质量和安全巡查工作带来极大不便；工　

业电梯施工成本太高，且受爆破影响较大。　为扩挖支护同步进行，加快进度，我们由用于　

高层建筑的外墙施工、幕墙安装、和维修清洗外墙　

的建筑吊篮得到启发，制作一种吊篮作为调压井支　

护施工的平台。有搭设速度快、脚手架材料用量　

少、省劳力、操作方便、灵活等优点。采用卷扬机吊　

篮法可边扩挖边支护，最大单月进尺３５ｍ，同时系　

统支护３５ｍ，使调压井开挖既保证了工程安全又满　

足了施工进度。　

３　地质不良地段的处理　

３．Ｉ　加强支护体系作用机理　

对岩层破碎带采取小导管注浆、钢支撑和锚喷　联合支护体系以确保开挖安全。其作用机理如下：　

（１）梁效应：小导管打入围岩后，其前端支撑　

于岩体，后端支撑于钢支撑。这样，每根小导管都　

成为１根梁，承受了其上岩体的荷载，从而减少　

了围岩的变形，避免了岩体局部掉块。　

（２）加固效应：通过注浆使导管周围一定范围　

内的破碎松散岩体裂隙中充满浆液，形成一弧形加　

固层。　（３）隔层效应：由注浆小导管形成的加固层，　

对爆破开挖时的冲击波起到阻碍作用，加上爆破　

时采取控制措施，使岩石破碎只限于隔层之下。　

３．２施工工艺流程　

爆破开挖后，如发现井周岩石松散破碎，先对　

井周松散岩石进行排险清理，然后再素喷３ｃｍ的　

混凝土以防止石碴掉落砸人；对开挖面喷混凝土封　

闭后钻孔安装小导管，密封导管尾部端口，拌浆注　浆。　

用风钻施作系统锚杆及锁脚锚杆孔，先注浆再　安装锚杆，保证锁脚锚杆在一个水平面上。挂钢筋　

网，钢筋网应与锚杆连接牢固。　

吊运钢拱架至作业面，安放于锁脚锚杆的外露　

头上，拼装钢拱架，并与外露于洞壁的锚杆尾端焊　

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接；小导管的后端应焊接于钢拱架上；钢拱架支护　

范围应超出断层破碎带上下各一榀，以确保支护效　

果。用Ｃ２０喷射混凝土充填拱架。　

３．３施工方法及支护参数　

小导管采用外径４２ｍｍ，Ｌ＝６ｍ，壁厚３．５ｍｍ　无缝钢管制作，在小导管的前端做成约ｌＯｃｍ长的　

圆锥，在尾端焊接直径６．５ｍｍ钢筋箍；距后端　

ｌＯＯｃｍ内不开孔，剩余部分按环间距１５ｃｍ梅花形　布设直径６ｒａｍ的溢浆孔。　

小导管钻孔安装前，对开挖面喷射３ｃｍ厚的　混凝土封闭，以防跑浆。注浆顺序由高位到低位，　

若发生其它孑Ｌ串浆，先将孔口堵塞即可，轮到该孔　

注浆时，清除堵塞物及管内杂物后再进行注浆。　

小导管支护具体参数：环向间距ｌＯＯｃｍ，沿掌　

子面周边径向均匀布置，径向向下倾角ｌ０。，竖向　

间距Ｌ＝ｌＯＯｃｍ。通过特别破碎地段时根据现场情　况必要时增加设置。小导管插入后应外露约２０ｃｍ　

左右，以便连接注浆管。　在浆液类型的选择上，既要考虑其结石体的耐　

久性，还要考虑控制浆液的扩散程度及分散程度。　注浆主要采用纯水泥浆，水泥选用Ｐ．０．４２．５水　

泥，水泥浆水灰比控制在０．８：１～１：１之间，根据现　场试验后最终确定，孔口设置止浆塞；注浆时先注　

无水孔，再注有水孔。　

根据前期开挖情况，井筒内有大范围涌水，反　

井钻机施工时，大量水顺裂隙从山体渗出。如大断　面开挖，千枚化板岩遇水易软化发生大范围垮塌。　

如渗水量大，为迅速固结，采用水泥一水玻璃浆液　

堵漏，水玻璃浓度选用３０—４Ｏ波美度，模数为２．４　

～３．０的水玻璃。水泥浆与水玻璃的体积在１：Ｏ．４　

—１：１之间进行调整。　注浆施工中，如单孔出水量较大或地层裂隙发　

育，可适当加大注浆量。　注浆压力是促使浆液在岩层裂隙中流动扩散　

的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩体内　

天然水头压力和地层裂隙阻力，才能使浆液充分扩　

散填充，达到加固堵水的作用。因此，在浆液的黏　

稠度固定的情况下，注浆压力直接与岩层的裂隙宽　

度和粗糙度、裂隙发育程度、裂隙水头压力有关。　压力过高亦会劈裂岩体，因此根据类似工程经验，　

注浆压力一般控制在０．５～１．ＯＭＰａ。　

型钢支护具体参数为：　

３０　（１）拱架：采用Ｉ２０ｂ工字钢，通过冷弯机加工　成圆弧后吊运至井身内施工平台焊接拼装，轴间距　

５０ｃｍ，拱架间采用０２８纵向连接筋，间距ｌＯＯｃｍ。　

（２）钢筋网：沿拱架外翼范围挂网，钢筋网采　

用　．５钢筋焊接，网格间距１５ｃｍｘｌ５ｃｍ。　

（３）锁脚锚杆：采用Ｍ２０砂浆锚杆，配合系统　锚杆布置在拱架底部，０２８，Ｌ＝４．５ｍ，入岩石４．　

１ｍ，并设弯钩与拱架焊接，间距２．５ｍ，每榀布置２５　

根。　

（４）喷射混凝土采用Ｃ２０喷射混凝土，厚度　为２５ｃｍ（拱架和岩壁喷射３ｃｍ混凝土，外加拱架　

外２ｃｍ保护层厚度）。根据导井开挖揭示，考虑到　

岩石较破碎，实际施工过程中对于局部超挖较严重　

部位采用Ｃ２０喷射混凝土提前回填，并与拱架喷　

射混凝土连成整体。喷射时应严格按先下后上的　

顺序进行，以减少混凝土因重力作用而引起的滑　动或脱落。　

４　防止导井堵塞措施　

（１）竖井扩挖时，减小炮孔间距、排距、深度，　

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）竖井扩挖时，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，下平洞堆碴不得超过　

洞顶高度；　（４）导井一旦堵塞，处理难度较大，通常处理　

办法是：向导井大量注水，使爆碴充分湿润，先将粉　

碴和小碴冲落，架空大块石碴，减小岩块与岩块间、　

岩块与井壁间摩擦，依靠重力使其自由下落而疏　通。本工程由于岩性关系，注水后粉碴和小碴填塞　

大石块间隙，反而越堵越紧。经过研究，后来采用　堵塞处放炮震动的方法，可以较好解决堵塞问题。　

【作者简介】　柳君安男　葛洲坝集团第五工程有限公司　助理工程师　湖北　宜昌４４３００２　卢　俊男　葛洲坝集团第五工程有限公司　工程师　湖北　宜　昌　４４３０ｏ２　廖振华男　葛洲坝集团第五工程有限公司　助理工程师湖北　宜昌

４４３００２