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摘 要:严格意义上分析,在水利水电隧洞施工中会遇到竖井开挖的现象,因为竖井开挖的出渣环节所涉及的因素比较多,所以对掘进速度产生影响。其中为进一步分析竖井开挖施工的步骤,在本次研究中笔者结合相关案例,从不同的角度出发,针对性的探究了引水隧洞竖井开挖施工方法与步骤,为其它工程提供理论帮助,提高施工的有效性。
关键词:引水隧洞;竖井开挖;施工技术;步骤;方法
一、工程概述
在本次工程中,竖井中心桩号为DT7+169.772,顶部高程1116m,底部高程936m垂直高度180 m(含兩个圆弧段的高度),隧洞断面为圆形,直径为5m。上部,有一段半径为20m的四分之一的圆弧段与蝶阀室相连;底部有一段夹角为87?,半径为19m的圆弧与下平段相连接;竖井垂直段深度为158.267米。此外,从蝶阀室到竖井通过一段半径为20m的四分之一的圆弧连接(圆弧为隧洞中心线)。竖井起始高程为EL952.375--EL1110.637,深度158.267m,底部通过一段夹角为87?,半径为20m的圆弧与下平段相连接。从下平洞底部到上平洞高差为187.287m,为保证施工安全以及加快施工进度,采用反井钻机钻进施工。
二、竖井开挖的施工步骤
从整体角度分析,在竖井开挖过程中需要遵循基本的步骤,经归纳概述为:①上平洞按照平洞尺寸开挖到竖井顶部→②下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井底部→③做导井施工准备以及反井钻机进场就位→④从上往下钻216mm导孔→⑤从下往上扩挖成直径1.4m导井→⑥按照设计图纸从上往下人工扩挖至设计断面。
上下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井桩号:上平洞与竖井通过一段半径为20m的四分之一圆弧连接,在实际开挖过程中,为方便安装反井钻机,先按照上平洞开挖尺寸开挖到竖井顶部,待导井开挖完成后,再人工开挖圆弧段。
下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井底部:下平洞与竖井连接段为87度半径20m的圆弧,在实际开挖过程中,为方便出渣,先按照下平洞尺寸开挖到竖井底部。
做导井施工准备以及反井钻机进场就位:导井施工准备主要包括主机混凝土浇筑,主机就位,主机二期混凝土浇筑,沉渣池的砌筑,水电道路设施的完善。钻机基础混凝土浇筑2-3天后,将主机轨道铺设在混凝土平台上,轨距为64cm,轨道下垫枕木(20×20cm,长120cm),每个60~80cm垫一根,然后将主机吊至轨道上,调好钻机位置,锁紧卡轨器,竖起架杆,安装后拉杆,调平钻机。钻机调平后,用螺栓将钢垫板连接在钻架上,安装前拉杆及埋设预埋螺栓,再次调平钻机并浇筑二期混凝土。
216mm导孔开挖:反井钻机就位后以及主机混凝土凝结后,开始进行216mm导孔的开挖,216mm导孔从上往下钻进,钻进过程中出渣原理是:利用泥浆泵往孔内注水,在钻进过程中钻头与岩石剪切摩擦将岩石磨成细小颗粒,通过水压,将细小颗粒压出孔,再流入到沉渣池中。在钻进过程中,关键因素是控制钻孔的方向,保持竖直向下,每次钻进8~9m,利用细线末端绑住一个铁锥,然后将铁锥放入孔内,孔口细线处于孔中心位置,且铁锥未与孔壁发生摩擦等现象,则说明钻孔方向为竖直向下。在距离孔底还有4~5m时,将下平洞竖井底部位置设置护栏,防止人员进入,以免导孔穿透时石渣掉落发生人员安全事故。
1.4m导井开挖:在216mm导孔钻孔开挖完成后,将反井钻机的钻头换成1.4m钻头,开始进行导井开挖,导井开挖从下往上钻进,钻进过程中石渣通过冷却水的冲刷以及自重的作用掉落在下平洞。
人工扩挖导井至设计断面:在1.4m导井开挖完成后,人工扩挖导井,一次性扩挖至设计断面(直径5m),采用光面爆破,采取边扩挖边支护原则,如遇破碎岩石或者地质围岩应力比较大的部位,则需安装钢圈以稳定岩体。根据地质工程师地质素描预测围岩类别。此竖井开挖深度达187.287m,井口采用型钢作为支撑架,配合卷扬机,人员机械通过吊篮下方到井底。
三、竖井开挖施工的方法
在本次工程的导井开挖施工中,引进了反井钻机施工技术,从根本上解决了传统的反井施工的安全问题,同时又加快了施工进度,提高了工效。其工艺流程为:首先在竖井井口基岩上施工反井钻机基础并安装反井钻机,当井底平洞段开挖形成出渣运输道路后开始钻导孔,导孔钻头自上而下旋转钻进,钻机加压后的循环水将石渣冲出孔外带人循环水池沉淀;随着导孔钻进,钻杆不断加长直至将导孔钻透;导孔钻透后,在井底将导孔钻头换成扩孔钻头,自下而上旋转扩孔,扩孔石渣掉入井底平洞,并从井底平洞出渣。扩孔形成导井后,再采用钻爆发自上而下井挖到设计断面,开挖石渣顺导井落入井底平洞出渣,导井直径为1.4米。
此外,竖井扩挖在导井开挖完成后开始,从上至下,全断面进行。扩挖竖井时,一次成型到设计直径(5m),采用光面爆破,采取边扩挖边支护原则,循环施工,开挖和支护不超过两排爆。因为竖井深度180m,井口顶部制作型钢支撑架,安装定滑轮,人员和施工工具、小型设备的垂直运输采用调度绞车,调度绞车安装在蝶阀室。
四、竖井开挖施工的基本工艺
根据归纳与整合,将竖井开挖施工的基本工艺概述为以下几个部分:施工准备→测量放样→钻孔作业→装药联网爆破→安全处理→出渣→支护。
①施工准备:井内风、水、电就绪,施工人员、机具、设备准备就位,做好井口防洪栏及井口覆盖。风、水、电从顶部往下接,固定在井壁。
②测量放样:竖井顶部施工平台采用全站仪进行放样控制,下方洞段采用重锤法控制竖井中心线。
③钻孔作业:采用调度绞车慢速将施工人员及设备、材料用吊篮吊至工作面,各钻手分区、分部位定人定位进行钻孔。施工人员均挂安全绳,安全绳直接绑在吊笼或系统锚杆上。
④装药连网爆破:严格按设计及试爆后的每孔装药量装药,采用非电毫秒导爆管进行联网,控制单响药量。起爆雷管采用电雷管。 ⑤安全处理:爆破后1人工清除井壁上残留的危石与碎块。检查上部支护是否变形,风、水、电管线路是否脱落。
⑥出渣:爆破扩挖的石渣随导井掉落到竖井下方,采用3m3装载机装车,10T自卸车运输出渣。避免交叉作业,下部出碴时,停止上部作业。
⑦支护:出渣完成后,对井壁进行清理,通知地质工程师进行素描并确定围岩类型,根据围岩类型进行支护。有渗水部位适当埋设排水管,避免破坏喷砼质量。
五、竖井开挖需注意安全问题
①严禁非施工作业人员进入施工现场;②施工作业人员必须遵守施工安全守则。③人员下到竖井中进行开挖支护时,先将导井封闭,以免人员掉落至井底,封闭导井采用12mm钢筋焊接,间距10cm,直径2m,周边用锚固筋锚固。④井口设置防护栏,防止人员石块掉落至井底
结语:
总而言之,在引水隧洞竖井施工中要明确施工步骤与施工方法,依据实际的施工情况,从不同角度入手,确定施工工艺,做好爆破、支护等工作,积极提高出渣效果,节省劳动力,降低造价,加快竖井的施工速度,这样才能有效提高经济效益与社会效益。
参考文献:
[1]毕国先. 竖井开挖施工技术与质量控制的相关性研究[J]. 建筑技术开发,2019,46(05):65-66.
[2]唐雄,代强. 500 m级超深竖井开挖方案的比选与施工[J]. 四川水力发电,2019,38(03):49-51+70.
[3]孙德望,刁凯. 竖井开挖施工技术[J]. 中国西部科技,2009,8(05):21-23.
[4]Yang zaihua, Yin ziping. Selection and application of tunnel shaft excavation construction technology [J]. Water conservancy construction and management, 2017,37 (09) : 9-12.
[5]zhan jianhua. Construction overview of pressure regulating shaft excavation and support in mulishawan hydropower station [J]. Low-carbon world, 2018 (10) : 48-49.
作者簡介:
全涛,(1985-),男,汉族,大学本科,工程师,主要从事水电站建设项目管理工作。
关键词:引水隧洞;竖井开挖;施工技术;步骤;方法
一、工程概述
在本次工程中,竖井中心桩号为DT7+169.772,顶部高程1116m,底部高程936m垂直高度180 m(含兩个圆弧段的高度),隧洞断面为圆形,直径为5m。上部,有一段半径为20m的四分之一的圆弧段与蝶阀室相连;底部有一段夹角为87?,半径为19m的圆弧与下平段相连接;竖井垂直段深度为158.267米。此外,从蝶阀室到竖井通过一段半径为20m的四分之一的圆弧连接(圆弧为隧洞中心线)。竖井起始高程为EL952.375--EL1110.637,深度158.267m,底部通过一段夹角为87?,半径为20m的圆弧与下平段相连接。从下平洞底部到上平洞高差为187.287m,为保证施工安全以及加快施工进度,采用反井钻机钻进施工。
二、竖井开挖的施工步骤
从整体角度分析,在竖井开挖过程中需要遵循基本的步骤,经归纳概述为:①上平洞按照平洞尺寸开挖到竖井顶部→②下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井底部→③做导井施工准备以及反井钻机进场就位→④从上往下钻216mm导孔→⑤从下往上扩挖成直径1.4m导井→⑥按照设计图纸从上往下人工扩挖至设计断面。
上下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井桩号:上平洞与竖井通过一段半径为20m的四分之一圆弧连接,在实际开挖过程中,为方便安装反井钻机,先按照上平洞开挖尺寸开挖到竖井顶部,待导井开挖完成后,再人工开挖圆弧段。
下平洞按照平洞尺寸开挖到竖井底部:下平洞与竖井连接段为87度半径20m的圆弧,在实际开挖过程中,为方便出渣,先按照下平洞尺寸开挖到竖井底部。
做导井施工准备以及反井钻机进场就位:导井施工准备主要包括主机混凝土浇筑,主机就位,主机二期混凝土浇筑,沉渣池的砌筑,水电道路设施的完善。钻机基础混凝土浇筑2-3天后,将主机轨道铺设在混凝土平台上,轨距为64cm,轨道下垫枕木(20×20cm,长120cm),每个60~80cm垫一根,然后将主机吊至轨道上,调好钻机位置,锁紧卡轨器,竖起架杆,安装后拉杆,调平钻机。钻机调平后,用螺栓将钢垫板连接在钻架上,安装前拉杆及埋设预埋螺栓,再次调平钻机并浇筑二期混凝土。
216mm导孔开挖:反井钻机就位后以及主机混凝土凝结后,开始进行216mm导孔的开挖,216mm导孔从上往下钻进,钻进过程中出渣原理是:利用泥浆泵往孔内注水,在钻进过程中钻头与岩石剪切摩擦将岩石磨成细小颗粒,通过水压,将细小颗粒压出孔,再流入到沉渣池中。在钻进过程中,关键因素是控制钻孔的方向,保持竖直向下,每次钻进8~9m,利用细线末端绑住一个铁锥,然后将铁锥放入孔内,孔口细线处于孔中心位置,且铁锥未与孔壁发生摩擦等现象,则说明钻孔方向为竖直向下。在距离孔底还有4~5m时,将下平洞竖井底部位置设置护栏,防止人员进入,以免导孔穿透时石渣掉落发生人员安全事故。
1.4m导井开挖:在216mm导孔钻孔开挖完成后,将反井钻机的钻头换成1.4m钻头,开始进行导井开挖,导井开挖从下往上钻进,钻进过程中石渣通过冷却水的冲刷以及自重的作用掉落在下平洞。
人工扩挖导井至设计断面:在1.4m导井开挖完成后,人工扩挖导井,一次性扩挖至设计断面(直径5m),采用光面爆破,采取边扩挖边支护原则,如遇破碎岩石或者地质围岩应力比较大的部位,则需安装钢圈以稳定岩体。根据地质工程师地质素描预测围岩类别。此竖井开挖深度达187.287m,井口采用型钢作为支撑架,配合卷扬机,人员机械通过吊篮下方到井底。
三、竖井开挖施工的方法
在本次工程的导井开挖施工中,引进了反井钻机施工技术,从根本上解决了传统的反井施工的安全问题,同时又加快了施工进度,提高了工效。其工艺流程为:首先在竖井井口基岩上施工反井钻机基础并安装反井钻机,当井底平洞段开挖形成出渣运输道路后开始钻导孔,导孔钻头自上而下旋转钻进,钻机加压后的循环水将石渣冲出孔外带人循环水池沉淀;随着导孔钻进,钻杆不断加长直至将导孔钻透;导孔钻透后,在井底将导孔钻头换成扩孔钻头,自下而上旋转扩孔,扩孔石渣掉入井底平洞,并从井底平洞出渣。扩孔形成导井后,再采用钻爆发自上而下井挖到设计断面,开挖石渣顺导井落入井底平洞出渣,导井直径为1.4米。
此外,竖井扩挖在导井开挖完成后开始,从上至下,全断面进行。扩挖竖井时,一次成型到设计直径(5m),采用光面爆破,采取边扩挖边支护原则,循环施工,开挖和支护不超过两排爆。因为竖井深度180m,井口顶部制作型钢支撑架,安装定滑轮,人员和施工工具、小型设备的垂直运输采用调度绞车,调度绞车安装在蝶阀室。
四、竖井开挖施工的基本工艺
根据归纳与整合,将竖井开挖施工的基本工艺概述为以下几个部分:施工准备→测量放样→钻孔作业→装药联网爆破→安全处理→出渣→支护。
①施工准备:井内风、水、电就绪,施工人员、机具、设备准备就位,做好井口防洪栏及井口覆盖。风、水、电从顶部往下接,固定在井壁。
②测量放样:竖井顶部施工平台采用全站仪进行放样控制,下方洞段采用重锤法控制竖井中心线。
③钻孔作业:采用调度绞车慢速将施工人员及设备、材料用吊篮吊至工作面,各钻手分区、分部位定人定位进行钻孔。施工人员均挂安全绳,安全绳直接绑在吊笼或系统锚杆上。
④装药连网爆破:严格按设计及试爆后的每孔装药量装药,采用非电毫秒导爆管进行联网,控制单响药量。起爆雷管采用电雷管。 ⑤安全处理:爆破后1人工清除井壁上残留的危石与碎块。检查上部支护是否变形,风、水、电管线路是否脱落。
⑥出渣:爆破扩挖的石渣随导井掉落到竖井下方,采用3m3装载机装车,10T自卸车运输出渣。避免交叉作业,下部出碴时,停止上部作业。
⑦支护:出渣完成后,对井壁进行清理,通知地质工程师进行素描并确定围岩类型,根据围岩类型进行支护。有渗水部位适当埋设排水管,避免破坏喷砼质量。
五、竖井开挖需注意安全问题
①严禁非施工作业人员进入施工现场;②施工作业人员必须遵守施工安全守则。③人员下到竖井中进行开挖支护时,先将导井封闭,以免人员掉落至井底,封闭导井采用12mm钢筋焊接,间距10cm,直径2m,周边用锚固筋锚固。④井口设置防护栏,防止人员石块掉落至井底
结语:
总而言之,在引水隧洞竖井施工中要明确施工步骤与施工方法,依据实际的施工情况,从不同角度入手,确定施工工艺,做好爆破、支护等工作,积极提高出渣效果,节省劳动力,降低造价,加快竖井的施工速度,这样才能有效提高经济效益与社会效益。
参考文献:
[1]毕国先. 竖井开挖施工技术与质量控制的相关性研究[J]. 建筑技术开发,2019,46(05):65-66.
[2]唐雄,代强. 500 m级超深竖井开挖方案的比选与施工[J]. 四川水力发电,2019,38(03):49-51+70.
[3]孙德望,刁凯. 竖井开挖施工技术[J]. 中国西部科技,2009,8(05):21-23.
[4]Yang zaihua, Yin ziping. Selection and application of tunnel shaft excavation construction technology [J]. Water conservancy construction and management, 2017,37 (09) : 9-12.
[5]zhan jianhua. Construction overview of pressure regulating shaft excavation and support in mulishawan hydropower station [J]. Low-carbon world, 2018 (10) : 48-49.
作者簡介:
全涛,(1985-),男,汉族,大学本科,工程师,主要从事水电站建设项目管理工作。