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【摘要】在本文中，笔者主要针对长斜井的导井开挖的施工过程就斜井开挖与支护、斜井衬砌等相关施工技术进行阐述,以供大家参考。
【关键词】水利水电工程 ，斜井施工， 施工安全
【 abstract 】 this paper, the author mainly for long the excavation of hydrodynamic well construction process is slope excavation and supporting, slope lining related construction technology is expounded, for your reference.
【 key words 】 water conservancy and hydropower engineering, slope construction, construction safety
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：
1、斜井开挖与支护
1.1准确掌握施工环境的地质资料
在斜井开挖之前必须准确掌握工程地质及水文地质资料,是保证安全施工的一个关键要素。而斜井工程在开挖中出现最多的问题都与地质因素有着密切关系。为此,要全面了解并掌握工程的地质资料,这样才能科学有效地设计开挖方案,确保工程得以顺利施工,进而保证工程的整体质量。
工程地质与水文地质资料主要内容包括:地层岩性、地质构造条件、水文地质条件、易溶岩区、岩体应力状况、地温情况、有害气体或放射性元素的性质、含量及其分布范围、井口处边坡的稳定条件,浅埋、傍山及高水头斜井地段山体的稳定性。斜井开挖和支护方案的确定必须建立在符合地质条件与设计要求的基础上,并结合实际开挖揭露出来的地质情况,进行相应调整。在开挖过程中,若发现实际地质情况与掌握的地质资料有较大差异时,或在开挖过程中出现塌方、围岩变形量大、涌水、岩爆等情况时,要做好记录,并及时提交相关部门,分析原因,研究并及时采取相关处理措施。
1.2施工方法
在斜井开挖时应根据地形条件、交通条件、断面尺寸、长度、倾角、围岩特性、施工技术水平、施工设备与工期要求等因素来确定适合的施工方法。
斜井倾斜角度小于30°时,通过自上而下全断面开挖的方法进行。倾斜角度为在30°～45°之间时,采取自上而下全断面开挖的方法进行,而且要做好井口支护,保证斜井井口的稳定性;若采取自下而上的开挖方法,必须具有扒渣和溜渣的相关措施。若倾斜角度大于45°时,可先挖导井,再自上而下的进行扩挖;若断面尺寸较小,可以不挖导井,采取直接自下而上的全断面进行开挖的方法。
目前,斜井导井的施工设备能力为:爬罐一般不超过400m;反井钻机一般不超过300m。因此,若斜井长度超过450m时,需要开设施工支洞。施工过程中若一条斜井分为上、下两段并同时施工时,应该在上、下两段之间保留岩塞,并且其长度应不小于2倍斜井直径（不小于10m）,其目的是确保上、下两段安全隔离。斜井与施工支洞相交处至少要设25m长的平段,并且该平段与斜井应该在一个铅垂面内,不能出现空间转弯,以保证斜井内人员及材料运输的需要。斜井与平洞连接处,必须加强支护或加固连接段后再进行开挖,确保围岩稳定。
斜井开挖爆破通常采用防水炸药。乳化炸药具有防水性能好,爆破后有害气体少的优点,在斜井开挖施工中普遍采用。起爆雷管通常采用非电雷管,不受杂散电流影响,因此在地下工程中使用较为安全。斜井出渣采用卷扬机向上运输时,铺设在斜坡上的轨道应可靠地固定在岩石上,防止轨道下滑。轨道斜坡段与平段应以曲线连接,并在适当位置设置能够控制的挡车装置。牵引绳应与斜坡段轨道中心线一致,并设地滑轮承托。车辆运行速度不宜超过lm/S。斜坡段应设置人行道与安全扶手,人行道边缘与车辆外缘的距离不宜小于30cm。斜井内宜每隔100m左右设1个避车洞。
开挖导井和扩挖,爆破石渣从下弯段出渣时,要及时出渣,防止石渣堆积堵塞下井口,从而造成井内空气不流通,使井内缺氧,进而威胁井内施工人员的生命安全。
1.3导井开挖
断面面积大于18㎡的斜井,宜先开挖导井,再扩挖到设计开挖边线。导井位置应视斜井断面面积和导井施工方法、钻进精度等因素综合确定。采用爬罐或人工开挖的导井宜布置在斜井断面的下部,距斜井设计开挖底边线70～100cm,以利于爆破后向导井内扒渣,同时为开挖导井时底部留有保护层。采用反井钻机施工的导井,因反井钻机
施工精度的限制,若导井布置在斜井断面的中心外,将使导井的导孔偏出斜井断面以外。
目前,长斜井的导井开挖通常采用的施工方法主要是反井钻机法和爬罐法两种。按照反井钻机和爬罐的技术性能,其施工长度小于250m、倾角大于45°的斜井时,导井开挖宜采用反井钻机,也可采用爬罐;若施工长度大于250m的斜井时,宜采用爬罐开挖反导井。当采用爬罐开挖较长(超过300m)斜井的反导井时,同时采用人工自上而下开挖正导井相配合,是加快施工进度的有效措施;正导井的长度不宜超过150m。
早在20世纪90年代初,我国水电水利工程就引进反井钻机,开始应用于斜井导井施工。反井钻机法的施工程序为:施工准备～钻机基础施工～钻机安装调试～开孔钻进～导孔钻进～拆导孔钻头～安装扩孔钻头～扩孔钻进及井底部出渣～完孔及拆机。反井钻机开挖斜井导井月进尺可达150m左右。
目前采用反井钻机开挖的导井直径一般为1.4m,如果利用这样的导井直接进行全断面扩挖,因导井直径较小,溜渣时容易堵井。而自下而上先将导井扩挖至直径为3m左右,再自上而下进行扩挖,可以避免堵井。导井自下而上扩挖采用吊笼法,施工人员乘吊笼在导井内自下而上钻斜向下的辐射形炮孔,爆破自下而上进行,这种方法既安全,施工速度又快。爬罐法主要采用瑞典制造的ALIMAK爬罐,有电动和内燃两种。采用爬罐开挖反导井的施工程序为:搭设爬罐安装(检修)平台～爬罐轨道安装～爬罐安装～爬罐上行就位～测量放样～钻孔～装药～爬罐下行至检修平台处～起爆～排烟～爬罐上行～安全处理～爬罐轨道接长～爬罐上行就位～测量放样等。ALIMAK爬罐施工反导井工作示意见图1。
图1ALIMAK爬罐施工反导井工作示意
1.4扩大开挖
斜井导井形成后,扩挖应自上而下进行。长斜井因人员上、下交通及材料、机具运输需采用卷扬机牵引的轨道车,该运输系统不便重复安拆,所以应一次扩挖至设计开挖边线。通过设立爬梯可解决短斜井的运输系统。因此,较大断面的斜井扩挖可分上半洞和下半洞两部分进行,以降低施工难度。断面较大(开挖直径超过6m)的长斜井扩挖施工应配备作业台车,其轮廓尺寸略小于斜井开挖直径,其作用是为钻孔爆破、安全处理、锚喷支护作业和存放机具、材料提供一个移动式平台。长斜井直径较小时,可以不专门设置扩挖台车,只设置运输台车。扩挖作业台车宜由1台双筒慢速卷扬机牵引,或由2台同型号慢速卷扬机同时牵引,2台卷扬机应调整到尽量同步。宜采用1根钢丝绳绕过安装在作业台车上的平衡轮与2台卷扬机相连结,保证钢丝绳受力均衡,并在钢丝绳与台车相连处设置保护绳,保证安全。
1.5支护
斜井扩挖时,应对井壁(包括底拱)进行系统锚喷支护。井壁有不利的节理裂隙组合时,应及时加强支护。直径较大的斜井,支护作业应在扩挖台车上进行;斜井直径较小时,可以不专门设置扩挖台车,支护作业可在开挖掌子面和运输台车上进行。斜井内喷射混凝土采用干喷机是比较方便的,喷机可设置在上平段,输料管(大部分采用钢管)接至井下工作面。但从保护施工人员健康的角度出发,宜采用湿喷工艺。混凝土湿喷机宜设置在井口上或扩挖平台车上,输料管除喷头部位采用一定长度的软管外,其余部分宜采用钢管。湿喷机输料方式分为稀薄流和稠密流两种。前者与干喷机输料方式类似,混凝土混合料与压缩空气混合形成稀薄流,物料可以向下输送。而稠密流湿喷机输料管内的混凝土是紧密、连续的,向下输送会造成物料间断和压力不稳定,不能正常施工;除非将湿喷机吊放到井下,混凝土通过溜管供给湿喷机,还需要另外设置吊湿喷机的提升系统,这样就给施工布置带来困难。湿喷机需要频繁地吊人、吊出,对施工进度也将产生很大影响。
2、斜井衬砌
2.1混凝土衬砌
经过20多年的施工实践,滑模已经是陡倾角斜井混凝土衬砌施工成熟的技术。因此,倾斜角度不小于45°的斜井钢筋混凝土衬砌施工应优先采用滑模施工方式。滑模牵引方式宜采用连续拉伸式液压千斤顶抽拔钢绞线,也可以采用卷扬机、爬轨器等。
2.2鋼管衬砌
有钢管衬砌的斜井,钢管作为混凝土的模板,混凝土施工程序和方法相对简单,但也有其特殊性。钢管安装应自下而上实施,并与混凝土施工分段交替实施,这样有利于钢管的稳定,同时可减少浇筑混凝土的难度。钢管连续安装长度不宜太长,否则将增加混凝土浇筑施工的难度,对钢管自身的稳定也不利,一般安装20～30m钢管后,浇筑一次混凝土。在定位节混凝土强度达到设计强度的75%后,可进行相邻管节的安装。钢管外新浇筑的混凝土抗压强度达到5MPa以上,可继续安装钢管。
3、施工安全事项
(1)在斜井开挖之前,专业工作人员需要进行详细的设计测算,确定钻爆的参数,既能控制并减少施工中药量损耗又能减少爆破之后产生的石块,完成爆破后应及时的进行现场清理工作,同时为了确保施工人员的完全,要对施工现场进行支护;(2)及时清理导井井底的溜渣;(3)在施工进行中,进入斜井的所有工作人员必须系安全绳作为安全保障,以免施工作业人员不慎落入井中,严明纪律,专业的作业人员才能使用扩挖台车;(4)卷扬机的作业人员要经过严格的岗位培训,考核合格后方能上岗。输送人员的小车应配有双制动闸,小车系统和输送人员上下卷扬机应经过专业缜密的设计,且必须符合相关规定的要求,这也是对施工人员和施工质量负责的表现;(5)在斜井井口设置1.2m以上的防护围栏,底部距地0.5m处要实施全面封闭;(6)在扩挖时,应准备应急电源,井内施工人员必须备有充电式手持的照明灯,便于应对系统意外停电的事件。
4、结语
水利水电工程的斜井施工是工程的重点,作为工程项目的一项基础工程,为保证工程的整体质量发挥着关键性作用,因此必须科学有效的设计工程方案,积累专业资深人才开展工程准备工作、支护安装工作、维持施工环境稳定及确保安全施工等一系列工作,同时在施工作业中要积极引用科学技术,注重施工的安全性,进而更好的完成施工作业。
【关键词】水利水电工程 ，斜井施工， 施工安全
【 abstract 】 this paper, the author mainly for long the excavation of hydrodynamic well construction process is slope excavation and supporting, slope lining related construction technology is expounded, for your reference.
【 key words 】 water conservancy and hydropower engineering, slope construction, construction safety
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：
1、斜井开挖与支护
1.1准确掌握施工环境的地质资料
在斜井开挖之前必须准确掌握工程地质及水文地质资料,是保证安全施工的一个关键要素。而斜井工程在开挖中出现最多的问题都与地质因素有着密切关系。为此,要全面了解并掌握工程的地质资料,这样才能科学有效地设计开挖方案,确保工程得以顺利施工,进而保证工程的整体质量。
工程地质与水文地质资料主要内容包括:地层岩性、地质构造条件、水文地质条件、易溶岩区、岩体应力状况、地温情况、有害气体或放射性元素的性质、含量及其分布范围、井口处边坡的稳定条件,浅埋、傍山及高水头斜井地段山体的稳定性。斜井开挖和支护方案的确定必须建立在符合地质条件与设计要求的基础上,并结合实际开挖揭露出来的地质情况,进行相应调整。在开挖过程中,若发现实际地质情况与掌握的地质资料有较大差异时,或在开挖过程中出现塌方、围岩变形量大、涌水、岩爆等情况时,要做好记录,并及时提交相关部门,分析原因,研究并及时采取相关处理措施。
1.2施工方法
在斜井开挖时应根据地形条件、交通条件、断面尺寸、长度、倾角、围岩特性、施工技术水平、施工设备与工期要求等因素来确定适合的施工方法。
斜井倾斜角度小于30°时,通过自上而下全断面开挖的方法进行。倾斜角度为在30°～45°之间时,采取自上而下全断面开挖的方法进行,而且要做好井口支护,保证斜井井口的稳定性;若采取自下而上的开挖方法,必须具有扒渣和溜渣的相关措施。若倾斜角度大于45°时,可先挖导井,再自上而下的进行扩挖;若断面尺寸较小,可以不挖导井,采取直接自下而上的全断面进行开挖的方法。
目前,斜井导井的施工设备能力为:爬罐一般不超过400m;反井钻机一般不超过300m。因此,若斜井长度超过450m时,需要开设施工支洞。施工过程中若一条斜井分为上、下两段并同时施工时,应该在上、下两段之间保留岩塞,并且其长度应不小于2倍斜井直径（不小于10m）,其目的是确保上、下两段安全隔离。斜井与施工支洞相交处至少要设25m长的平段,并且该平段与斜井应该在一个铅垂面内,不能出现空间转弯,以保证斜井内人员及材料运输的需要。斜井与平洞连接处,必须加强支护或加固连接段后再进行开挖,确保围岩稳定。
斜井开挖爆破通常采用防水炸药。乳化炸药具有防水性能好,爆破后有害气体少的优点,在斜井开挖施工中普遍采用。起爆雷管通常采用非电雷管,不受杂散电流影响,因此在地下工程中使用较为安全。斜井出渣采用卷扬机向上运输时,铺设在斜坡上的轨道应可靠地固定在岩石上,防止轨道下滑。轨道斜坡段与平段应以曲线连接,并在适当位置设置能够控制的挡车装置。牵引绳应与斜坡段轨道中心线一致,并设地滑轮承托。车辆运行速度不宜超过lm/S。斜坡段应设置人行道与安全扶手,人行道边缘与车辆外缘的距离不宜小于30cm。斜井内宜每隔100m左右设1个避车洞。
开挖导井和扩挖,爆破石渣从下弯段出渣时,要及时出渣,防止石渣堆积堵塞下井口,从而造成井内空气不流通,使井内缺氧,进而威胁井内施工人员的生命安全。
1.3导井开挖
断面面积大于18㎡的斜井,宜先开挖导井,再扩挖到设计开挖边线。导井位置应视斜井断面面积和导井施工方法、钻进精度等因素综合确定。采用爬罐或人工开挖的导井宜布置在斜井断面的下部,距斜井设计开挖底边线70～100cm,以利于爆破后向导井内扒渣,同时为开挖导井时底部留有保护层。采用反井钻机施工的导井,因反井钻机
施工精度的限制,若导井布置在斜井断面的中心外,将使导井的导孔偏出斜井断面以外。
目前,长斜井的导井开挖通常采用的施工方法主要是反井钻机法和爬罐法两种。按照反井钻机和爬罐的技术性能,其施工长度小于250m、倾角大于45°的斜井时,导井开挖宜采用反井钻机,也可采用爬罐;若施工长度大于250m的斜井时,宜采用爬罐开挖反导井。当采用爬罐开挖较长(超过300m)斜井的反导井时,同时采用人工自上而下开挖正导井相配合,是加快施工进度的有效措施;正导井的长度不宜超过150m。
早在20世纪90年代初,我国水电水利工程就引进反井钻机,开始应用于斜井导井施工。反井钻机法的施工程序为:施工准备～钻机基础施工～钻机安装调试～开孔钻进～导孔钻进～拆导孔钻头～安装扩孔钻头～扩孔钻进及井底部出渣～完孔及拆机。反井钻机开挖斜井导井月进尺可达150m左右。
目前采用反井钻机开挖的导井直径一般为1.4m,如果利用这样的导井直接进行全断面扩挖,因导井直径较小,溜渣时容易堵井。而自下而上先将导井扩挖至直径为3m左右,再自上而下进行扩挖,可以避免堵井。导井自下而上扩挖采用吊笼法,施工人员乘吊笼在导井内自下而上钻斜向下的辐射形炮孔,爆破自下而上进行,这种方法既安全,施工速度又快。爬罐法主要采用瑞典制造的ALIMAK爬罐,有电动和内燃两种。采用爬罐开挖反导井的施工程序为:搭设爬罐安装(检修)平台～爬罐轨道安装～爬罐安装～爬罐上行就位～测量放样～钻孔～装药～爬罐下行至检修平台处～起爆～排烟～爬罐上行～安全处理～爬罐轨道接长～爬罐上行就位～测量放样等。ALIMAK爬罐施工反导井工作示意见图1。
图1ALIMAK爬罐施工反导井工作示意
1.4扩大开挖
斜井导井形成后,扩挖应自上而下进行。长斜井因人员上、下交通及材料、机具运输需采用卷扬机牵引的轨道车,该运输系统不便重复安拆,所以应一次扩挖至设计开挖边线。通过设立爬梯可解决短斜井的运输系统。因此,较大断面的斜井扩挖可分上半洞和下半洞两部分进行,以降低施工难度。断面较大(开挖直径超过6m)的长斜井扩挖施工应配备作业台车,其轮廓尺寸略小于斜井开挖直径,其作用是为钻孔爆破、安全处理、锚喷支护作业和存放机具、材料提供一个移动式平台。长斜井直径较小时,可以不专门设置扩挖台车,只设置运输台车。扩挖作业台车宜由1台双筒慢速卷扬机牵引,或由2台同型号慢速卷扬机同时牵引,2台卷扬机应调整到尽量同步。宜采用1根钢丝绳绕过安装在作业台车上的平衡轮与2台卷扬机相连结,保证钢丝绳受力均衡,并在钢丝绳与台车相连处设置保护绳,保证安全。
1.5支护
斜井扩挖时,应对井壁(包括底拱)进行系统锚喷支护。井壁有不利的节理裂隙组合时,应及时加强支护。直径较大的斜井,支护作业应在扩挖台车上进行;斜井直径较小时,可以不专门设置扩挖台车,支护作业可在开挖掌子面和运输台车上进行。斜井内喷射混凝土采用干喷机是比较方便的,喷机可设置在上平段,输料管(大部分采用钢管)接至井下工作面。但从保护施工人员健康的角度出发,宜采用湿喷工艺。混凝土湿喷机宜设置在井口上或扩挖平台车上,输料管除喷头部位采用一定长度的软管外,其余部分宜采用钢管。湿喷机输料方式分为稀薄流和稠密流两种。前者与干喷机输料方式类似,混凝土混合料与压缩空气混合形成稀薄流,物料可以向下输送。而稠密流湿喷机输料管内的混凝土是紧密、连续的,向下输送会造成物料间断和压力不稳定,不能正常施工;除非将湿喷机吊放到井下,混凝土通过溜管供给湿喷机,还需要另外设置吊湿喷机的提升系统,这样就给施工布置带来困难。湿喷机需要频繁地吊人、吊出,对施工进度也将产生很大影响。
2、斜井衬砌
2.1混凝土衬砌
经过20多年的施工实践,滑模已经是陡倾角斜井混凝土衬砌施工成熟的技术。因此,倾斜角度不小于45°的斜井钢筋混凝土衬砌施工应优先采用滑模施工方式。滑模牵引方式宜采用连续拉伸式液压千斤顶抽拔钢绞线,也可以采用卷扬机、爬轨器等。
2.2鋼管衬砌
有钢管衬砌的斜井,钢管作为混凝土的模板,混凝土施工程序和方法相对简单,但也有其特殊性。钢管安装应自下而上实施,并与混凝土施工分段交替实施,这样有利于钢管的稳定,同时可减少浇筑混凝土的难度。钢管连续安装长度不宜太长,否则将增加混凝土浇筑施工的难度,对钢管自身的稳定也不利,一般安装20～30m钢管后,浇筑一次混凝土。在定位节混凝土强度达到设计强度的75%后,可进行相邻管节的安装。钢管外新浇筑的混凝土抗压强度达到5MPa以上,可继续安装钢管。
3、施工安全事项
(1)在斜井开挖之前,专业工作人员需要进行详细的设计测算,确定钻爆的参数,既能控制并减少施工中药量损耗又能减少爆破之后产生的石块,完成爆破后应及时的进行现场清理工作,同时为了确保施工人员的完全,要对施工现场进行支护;(2)及时清理导井井底的溜渣;(3)在施工进行中,进入斜井的所有工作人员必须系安全绳作为安全保障,以免施工作业人员不慎落入井中,严明纪律,专业的作业人员才能使用扩挖台车;(4)卷扬机的作业人员要经过严格的岗位培训,考核合格后方能上岗。输送人员的小车应配有双制动闸,小车系统和输送人员上下卷扬机应经过专业缜密的设计,且必须符合相关规定的要求,这也是对施工人员和施工质量负责的表现;(5)在斜井井口设置1.2m以上的防护围栏,底部距地0.5m处要实施全面封闭;(6)在扩挖时,应准备应急电源,井内施工人员必须备有充电式手持的照明灯,便于应对系统意外停电的事件。
4、结语
水利水电工程的斜井施工是工程的重点,作为工程项目的一项基础工程,为保证工程的整体质量发挥着关键性作用,因此必须科学有效的设计工程方案,积累专业资深人才开展工程准备工作、支护安装工作、维持施工环境稳定及确保安全施工等一系列工作,同时在施工作业中要积极引用科学技术,注重施工的安全性,进而更好的完成施工作业。