竖井扩大开挖施工工法.docx

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竖井扩大开挖施工工法

竖井扩大开挖施工工法

中国水利水电第一工程局

遇柏成

1．前言

在水利水电建设中，随着社会的进步，施工技术的发展，竖井开挖的

截面积和竖井深度越来越大。

深大竖井的施工如何保证施工安全、施工质

量及保证施工进度是施工中的一大难题。

小湾水电站地下厂房，设有地下连通上室圆筒阻抗式调压井两

##调压井两井轴线12、32.0m座，调压井尺寸（直径×高）Φ×90.0m。

相距99.5m。

中国水利水电第一工程局在小湾电站竖井施工中，工程技

术人员科学研究、精心施工，掌握并改进了竖井施工工艺技术，解决深

大竖井开挖施工的问题。

为我国大直径竖井开挖施工做出了典范，其在

施工的安全上、开挖质量上、进度上均得到了保障。

2．工法的特点

2．1开挖采用反井钻机进行导井施工

2．2采用六部位分层分区扩挖。

2．3尾水调压井开挖断面大，又有F27断层穿过，施工难度大，

施工安全问题突出。

2．4洞室断面大，开挖需分层分块进行，且一次支护工程量大，

要求及时，施工通道的安排和施工组织协调较为困难。

3．适用范围

专业资料．

大直径、深竖井开挖施工。

4．工艺原理

4.1反井钻机导孔施工完成后，立即安装大钻头进行反导井施工，从而可先期进

行上部开挖施工。

4.2扩挖爆破必须严格控制爆破参数。

4.3由于扩挖分层分区进行，保证了导井出渣的畅通。

4.4随时进行支护，加强施工安全管理。

5．施工工艺流程及操作要点

5．1施工工艺流程：

调压井开挖顺序：

连通上室上层开挖→调压井球冠开挖→连通上

室下层开挖→井筒反导井开挖→导井扩挖→井筒扩挖→安全支护。

5.2操作要点：

5.2.1调压井开挖

一、导井开挖

连通上室下层开挖结束后，首先用反井钻机在每条尾水调压井中

心钻一Φ216mm导孔，然后采用LM-200反井钻机钻取一φ1.4m反导

井。

LM-200反井钻机导孔、导井开挖如下图所示；

专业资料．

LM-200反井钻机导孔、导井开挖方法示意图

二、调压井扩挖

由于尾调井开挖直径大，开挖溜渣量大，为保证导井溜渣顺畅，

对导井进行二次扩挖，扩挖成φ5.0m，采用人工手风钻由上至下分层

开挖，根据开挖揭露的实际地质情况，对岩层破碎带进行随机锚杆和

挂网喷砼支护，以保证导井扩挖安全，人员及材料用吊笼运输。

井筒

每层扩挖分成两半圆、三个台阶共6个区依次开挖，开挖顺序见下图，

内圈、中圈和外圈呈台阶状扩挖，内圈Ф14.0m，中圈Ф26.0m，外

圈Ф34～38m，由内向外依次超前1排炮。

采用手风钻造孔由上至下

分层开挖，外台阶设计轮廓线实施光面爆破，人工配小型反铲扒渣，

分层进尺2.5m，人员及材料用吊笼运输。

遇断层破碎带视情况采取

超前固结灌浆和超前锚杆等措施。

扩挖顺序图扩挖分区图

井筒向下扩挖10米后，在EL1012.9m制作安装一个悬臂平台，

作为人员、材料进入吊笼的通道。

人员和材料上下靠布置在连通上

专业资料．

室廊道的卷扬机通过起吊平台起吊吊笼上下。

爆渣下落到尾水隧洞

3装载机配20T自卸车出渣。

支护紧跟开挖面，每扩挖内，然后用3m

一个进尺后即进行支护。

5.2.2爆破设计

导井形成后，即进行井筒扩挖、内圈、中圈及外圈的开挖。

具

体爆破参数如下：

一、井筒爆破参数：

见表5.2.2-1

井筒爆破参数表

5.2.2-1

部位

孔名

钻孔参数

装药参数

孔径mm

孔深cm

孔距m

炸药单耗Kg/m3

药径mm

单孔药量kg

总装药量kg

筒井

扩挖

崩落孔

50

300

90

0．63

35

2.3

713.0

周边孔

50

300

60

630．

25

0.75

71.25

合计

784.25

二、扩挖爆破参数：

见表5.2.2-2

扩挖爆破参数表

5.2.2-2

部位

孔名

钻孔参数

装药参数

孔径mm

孔深cm

孔距m

炸药单耗Kg/m3

药径mm

单孔药量kg

总装药量kg

内圈扩挖

崩落孔

50

300

120-126

0.66

35

2.2

103.4

圈中扩挖

崩落孔

50

300

119-123

0.67

35

2.2

314.6

井筒

崩落孔

50

300

121-122

0.57

35

2.2

270.6

专业资料．

扩挖

周边孔

50

300

55

0.57

25

0.75

78.0

合计

780.6

井筒扩挖循环5.2.3

。

井筒扩挖循环作业时间见表5.2.3

5.2.3表尾水调压井井筒扩挖循环作业时间表

工序部位

时间单位

测量放线

超前支护

钻孔

装药爆破

通风散烟

安全处理

围岩支护

扒渣

其它

循

环时间

扩挖

H

2

0

5

2

0.5

1

4

5

0.5

20

备注

个区开挖。

2.5m，每层共分61、排炮循环进尺

、月进尺估算：

根据作业循环时间，并考虑断层处理、2

月。

支护影响及时间利用系数等，估计月进尺为50m/

、开挖工艺：

开挖工艺详见第十三章相关部分。

6

5.3）表（见劳动力组织5.3

5.3表劳动力组织情况表

序号

单项工程

所需人数

备注

1

管理人员

16

2

开挖工

40

3

司机

14

4

起重工

6

5

电工

4

6

炮工

8

7

测量工

6

8

空压机工

6

9

其他工种

12

合计

112

专业资料．

6．材料与设备

本工法无需特别说明材料，采用的机具设备见表6.1

表6.1机具设备表

序号

设备名称

规格及型号

生产能力

数量

1

手风钻

YT-28

35m/班

40

2

反井钻机

LM-200

班5m/

1

3

空压机

英格索兰25.5

325.5m/min

1

4

空压机

4L-20/8

320m/min

3

5

装载机

WA-380/ZL-40

333.0m/2.0m

2/1

6

反铲/推土机

CAT320/TY220

31.2m

2/1

7

装载机

ZC-3

30.5m

1

8

汽车自卸车/

/东风解放

12t/5t

8/2

11.1表

9

轴流风机

2×37KW

3

10

变压器

6

11

自制平台

8t

2

12

卷扬机龙门起重机/

40t/10t

2/8

13

水泵

2-4寸

12

7．质量控制

7.1竖井的开挖施工测量控制，在竖井上井口安设2台激光投点仪，开挖工作面

放样根据2台仪器投的点位，利用卷尺确定竖井开挖边线，用红色铅油画出设计开

挖中心点和开挖边线。

7.2下平开挖施工测量挖制，利用全站仪将洞外给定的测量坐标点，导

入到洞中，经反复校核作点，并利用导入作标点进行洞挖放样。

7.3在开挖爆破施工中，精心测量放点，保证断面尺寸。

严格按技术要求施工。

控制光爆孔位、孔距、孔向、孔深及单孔装药量。

专业资料．

7.4竖井施工必须做好支护。

在锚喷支护施工检查过程中，及时纠

正施工偏差，控制锚杆孔位、孔向、孔深、注浆饱满度、砂浆及喷砼配合

比等。

对不符合图纸及规范要求的坚决整改。

7.5竖井施工必须按隐蔽工程作好施工记录。

8．安全措施

8．1认真贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针，根据国家规定、

条例，结合施工单位的实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员、班

组兼职位安全员、工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安

全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工地的安全生产。

8.2施工现场按附合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施

工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。

8.3严格按照法律、法规控制爆炸物品的运输、储存和使用。

8.4锚喷支护随开挖面及时进行,工作面上施工人员必须佩带安全

帽、系好安全带，工作现场要有专人协调统一指挥。

8.4施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规

范》的有关规定执行。

8．6电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必

须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求

进行外，将其布置在专用电杆上。

8．7施工现场的手持照明灯使用36V的安全电压。

8．9建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确

保作业标准化、安全化。

专业资料．

9．环保措施

9．1成立对应施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国

家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章。

加强对施工燃油、

工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火

和废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。

9．2将施工现场和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置，做

到标牌清楚，各种标识醒目，施工场地整洁文明。

9．3对施工中可能影响的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的

实施措施，加强实施中的监测、应对和验证，同时将相关方案和要求向全

体施工人员详细交流。

10．效益分析

10．1将传统一次扩挖施工方法,改为多次扩挖,减少了导井被爆破

石渣堵塞现象.

10．2一次扩挖采用从下而上进行，不需扒碴，极大地降低了竖井开

挖时的人工扒碴量，加快了施工进度。

10．3在竖井扩挖施工中，采用了光面爆破技术和“新奥法”支护，

不但保证了施工安全，控制了围岩松弛圈在50cm以内，而且有效地控制

了超挖量。

10．4由于采用了新工艺、新技术，施工劳动强度和加快了工程进度

并保证了工期和安全。

11．应用实例

小湾电站站尾水系统工程

专业资料．

11．1工程概况

小湾水电站尾水系统调压井采用“三机一井”布置，设地下带

连通上室圆筒阻抗式调压井两座，调压井尺寸（直径×高）Φ32.0m×

##调压井、连通上室及通风洞等工程。

2。

调压井工程包括1、90.0m

#调压室与机组尾水检修闸门室轴1线距离42.5m（厂横

#调压室与机组尾水检修闸门室轴线距离52.5m，2（厂横0+169.500）

0+179.500），两井轴线相距99.5m，连通上室的高程范围是

EL1012.9～1030.173m，将两井相连。

调压井穹顶高程为EL1039.988，

井底开挖高程EL950.000，在EL1001.0～1030.173段井筒开挖直径

φ34.0m，EL986.0～1001.0段井筒开挖直径φ36.0m，EL971.0～

986.0段井筒开挖直径φ38.0m。

连通上室开挖底板高程EL1012.900，开挖断面为方圆型，宽×高

=20×17.273m。

通风洞连通机组尾水检修闸门室与尾调连通上室，机组尾水检修

闸门室一端底板开挖高程EL1029.500，连通上室一端开挖底板高程

EL1022.500，洞长50.45m，开挖断面为方圆型，宽×高=6.5×6.876m。

竖井洞室断面大，开挖需分层分块进行，且一次支护工程量大，

要求及时，施工通道的安排和施工组织协调较为困难；

专业资料．

工程项目及工程量

尾水系统工程主要工程量表

部位工程项目

尾水支洞

检修闸门室

尾水调压井

尾水隧洞

尾水出口

合计

石方洞挖3（含井挖）（m）

175079

106500

193251

532730

1017660

3m）喷砼（

2677

357

2569

5392

11005

3）网喷（m

2422

414

752

4566

7154

预应力锚索（根）

126

53

179

锚杆（根）

7514

6775

2634

15956

227

43437

m固结灌浆（）

200

159

3135

307

3701

3m混凝土浇筑（）

79537

43990

50403

104326

73197

351453

2施工情况11．

11.2.1开挖方法

#程高开上层挖层通进先升坡入到连上室上：

洞工从6施支

，按中，开挖宽20.0m7.673mEL1022.500～EL1030.173，开挖高度

）扩挖跟进的方式开挖。

6m排炮，两侧（宽～）超前部（宽8m23

三臂凿岩台车钻孔，非电毫秒雷管微差爆破，周边线实施光面爆破，

专业资料．

33液压反铲清面。

洞渣经自卸汽车出渣，0.7m装载机挖装，20t4.0m

#施工支洞→尾闸交通洞运至大沙坝存渣区（有用料）或和尚田弃渣6

场（无用料）。

连通上室开挖一直延伸贯穿尾调井，沿尾调井壁侧用手风钻旋转

开挖上升至尾调球冠顶部，小心细致地将球冠盖逐步开挖扩大成型

并及时支护，在中部开挖导井贯通下部通道，从上往下分层扩挖及

支护完成整个球冠的开挖及支护施工。

调压井球冠开挖支护结束后，在穹顶中部安装制作一个吊点平

台，作下部施工的起吊支架平台。

然后转入连通上室下层开挖。

连通上室下层开挖结束后，首先用反井钻机在每条尾水调压井中

心钻一Φ216mm导孔，然后采用LM-200反井钻机钻取一φ1.4m反导

井。

LM-200反井钻机导孔、导井开挖如下图及图10-29所示；

LM-200反井钻机导孔、导井开挖方法示意图

由于尾调井开挖直径大，开挖溜渣量大，为保证导井溜渣顺畅，

对导井进行二次扩挖，扩挖成φ5.0m，采用人工手风钻由上至下分层

开挖，根据开挖揭露的实际地质情况，对岩层破碎带进行随机锚杆和

挂网喷砼支护，以保证导井扩挖安全，人员及材料用吊笼运输。

井筒

专业资料．

每层扩挖分成两半圆、三个台阶共6个区依次开挖，开挖顺序见下图，

内圈、中圈和外圈呈台阶状扩挖，内圈Ф14.0m，中圈Ф26.0m，外

圈Ф34～38m，由内向外依次超前1排炮。

采用手风钻造孔由上至下

分层开挖，外台阶设计轮廓线实施光面爆破，人工配小型反铲扒渣，

分层进尺2.5m，人员及材料用吊笼运输。

遇断层破碎带视情况采取

超前固结灌浆和超前锚杆等措施。

扩挖顺序图扩挖分区图

井筒向下扩挖10米后，在EL1012.9m制作安装一个悬臂平台，

作为人员、材料进入吊笼的通道。

人员和材料上下靠布置在连通上

室廊道的卷扬机通过起吊平台起吊吊笼上下。

爆渣下落到尾水隧洞

3装载机配20T内，然后用3m自卸车出渣。

支护紧跟开挖面，每扩挖

一个进尺后即进行支护。

11．3工程监测与结果评价

11.3.1小湾电站调压井直径为32米～38米，每层开挖量较大。

扩挖

分区分段法很好解决了竖井每层开挖量大的问题。

但在施工中应注意随时

支护，特别在地质不良地段要采取加强支护方案。

专业资料．

11.3.2竖井扩挖分区分段施工法，可以充分利用工作面，既减少每次

爆破石渣量，又可加快施工循环。

11.3.3竖井扩挖采用分区分段施工法后，对保证施工进度，降低工程

成本发挥很大作用。

在常规扩挖方法施工项目中，时常会出现导井被扩挖

石渣堵塞现象，小湾电站调压井采用分区分段扩挖法后，没有出现过导井

被堵塞现象。

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专业资料．