正反向結合開挖深豎井施工技術

許東升

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

一、工程概況

古瓦水電站調壓井豎井為埋藏式豎井，主要由穹頂和井筒組成，穹頂上部為球冠型，開挖高度為15.20m；豎井為圓柱形，開挖深度為131.2m、直徑為14.20～15.20m。由于豎井深度較大，使用大直徑、大扭矩的反井鉆機開挖溜渣導井存在鉆桿被扭斷的風險，而使用小直徑、小扭矩的反井鉆機開挖出的導井又存在溜渣堵塞的風險，所以要選擇合理的方法保證豎井的順利施工。

二、施工過程中的關鍵技術

（一）在豎井井口位置安裝吊運設施，吊運設施既要滿足豎向運輸又要滿足水平運輸。

（二）在導井擴挖前，先對其進行初步支護。制作一個能夠自動分料、支護的設施完成導井初步支護，降低人在員井內操作的風險。

（三）導井擴挖時，自下而上進行到井擴挖，沿井壁自井口部位向下斜向鉆孔，整條豎井全部鉆孔完成后再進行爆破作業；爆破作業由導井底部開始，逐層向上爆破。

（四）導井擴挖完成后，自上而下進行井筒擴挖；井筒擴挖時采取防止升降鋼絲繩纏繞的措施以完成吊運作業。

（五）施工過程中經過正向鉆中導孔、反向鉆溜渣導井、反向支護導井、正向鉆擴挖孔、反向爆破擴挖導井、正向擴挖支護豎井井筒等正反向多次結合的程序，將豎井開挖支護完成。

三、實施措施

（一）實施流程

反井鉆機開挖導井→豎井井口安裝吊運設施→導井初步支護→導井擴挖→安裝吊運設施的防止鋼絲繩纏繞裝置→豎井井筒擴挖。

（二）施工工藝

1.反井鉆機開挖導井

由于導井深度較大，使用大直徑、大扭力的反井鉆機開挖導井存在鉆桿扭斷的風險，所以需要使用小直徑、小扭力的反井鉆機進行開挖?？蛇x擇直徑D=1.4m 的反井鉆機，D=216mm 鉆桿。

2.豎井井口吊運設施

（1）吊運設備組成

吊運設備按最大吊重為小反鏟（6t），為保證安全吊運設施按12t 設計。吊運設施由八個主要部分組成：①單輪滑車；②3t 單輪滑車；③10t 滑車（2*2）；④Φ40mm鋼絲繩；⑤Φ16mm 鋼絲繩；⑥升降卷揚機；⑦平移卷揚機；⑧龍門架。卷揚機安裝位置在井口外側，距調壓井口10m 左右，基礎高程為井口高程。

（2）吊運設備工作原理

下放吊籃時，吊籃在上室1 井口處起吊，通過平移卷揚機拉動平向行走滑輪在承重鋼絲繩上行走，到達豎井中軸線位置；再通過升降卷揚機下放吊籃至井底工作面；提升吊籃時運行程序相反。該吊運設備既可以豎向運輸又可以平向運輸，滿足施工要求。

吊運設備具體情況見圖1。

圖1 吊運設備及防纏繞裝置示意圖

（3）吊運設備受力計算

吊運設施安裝之前要對其龍門架橫梁、龍門架立柱受力、承重鋼絲繩、升降鋼絲繩等分別進行受力計算，確保吊運設施設計可靠。吊運設施安裝完成后要經過試運行方可投產。

（4）安裝施工

吊裝設備采用現場組裝，先固定承重鋼絲繩，然后安裝卷揚機、滑車，最后安裝起升鋼絲繩和牽引鋼絲繩。吊運設施安裝完成后要經試運行合格后方可用于施工。

3.導井初步支護

使用鋼板制作一個圓錐形分料盤，分料盤尖端設置吊環，底部設置抹光圈，抹光圈以上安裝四個行走輪，行走輪緊貼井壁行走，既能保證分料盤正在井內順利提升，又可以支撐分料盤防止其偏移。

支護時，使用吊運設施將分料盤吊運至導井井底，利用Φ108 溜管將水泥砂漿輸送至分料盤上，同時提升分料盤，分料盤自動將水泥砂漿均勻的抹光在導井井壁上，厚度為3cm。分料盤工作示意圖如圖2。

圖2 分料盤工作示意圖

水泥砂漿的配合比要經過試驗確定，既要保證溜管不堵塞，又要保證砂漿能夠穩定粘結在井壁上。分料盤提升速度要結合溜管輸送砂漿速度，保持分料盤上有30cm 深度的砂漿，使支護砂漿可以連續不中斷。

4.溜渣導井擴挖

溜渣導井直徑為D=1.4m，斷面較小，在溜渣過程中存在堵塞的風險，所以對導井進行擴挖，增大其溜渣斷面以滿足溜渣。

（1）吊籃安裝施工

吊籃為直徑為D=1.2m 的雙層吊籃，使用Φ16 鋼筋及厚度δ=1.5cm 鋼板制作而成，頂部設置吊環，由吊運設施提升，并設置防墜裝置。

（2）導井擴挖鉆孔

導井直徑由1.4m 擴挖至3.0m，以保證能夠順利溜渣。使用YT-28 鉆機斜向下鉆孔，鉆孔角度與水平呈30°夾角，鉆孔深度1.0m，孔徑Φ42，每0.6m鉆一環孔，每環鉆孔8 個。自井口沿井壁向下鉆孔，整條導井全部鉆孔完成后再進行爆破作業。

（3）導井擴挖爆破作業

爆破作業由導井底部開始，逐層向上爆破，每層爆破長度不得超過20m。爆破渣體溜向導井底部，自導井底部出渣。本次與開挖輪廓線尚有較大距離，所以不需考慮光面效果；導井是自下而上爆破擴挖，擴挖完成段不會有人員進入，所以也無需再考慮安全支護。

導井擴挖施工示意圖見圖3。

圖3 調壓井溜渣導井擴挖施工示意圖

5.升降鋼絲繩防纏繞裝置安裝

為保證在深豎井吊運過程中升降鋼絲繩不發生纏繞，需要增加一套防纏繞裝置，參見圖1。

（1）防纏繞裝置安裝方式

沿豎井軸線方向在井壁兩側各安裝一根帶豁口的鋼管作為滑軌，鋼管豁口方向正對豎井中心，鋼管無豁口側與井壁連接牢固。井內滑軌必須豎直，隨豎井開挖深度增加而向下延伸，滑軌底部設置活動式擋板。在滑軌井口處要彎出15cm，轉彎處做成圓弧形，彎出的滑軌豁口方向向上，無豁口側與井口平面連接牢固。井口處滑軌示意圖見圖4。

圖4 井口處滑軌示意圖

選擇兩個拉力大小合適的彈簧，彈簧兩端連接鋼絲繩，一端的鋼絲繩尾部連接一個拉鉤，另一端鋼絲繩的尾部連接一個鋼球，鋼球大小應能夠在豁口鋼管內自由滑動但不會被拉出鋼管的豁口為宜，該組合體作為防纏繞裝置的拉線。拉線示意圖見圖5。

圖5 拉線示意圖

在拉線上距鋼球1m 左右部位綁扎一軟繩，軟繩不少于20m 長。

（2）防纏繞裝置工作原理

拉線拉鉤與吊籃底部拉環連接，拉線的鋼球鑲嵌在豁口鋼管制作的滑軌內。吊籃提升或下放時，拉線與水平方向會呈一定夾角，拉動鋼球在滑軌內移動，拉線在吊籃提升或下放的全過程對稱受力，使吊籃不會平向轉動，從而保證升降鋼絲繩不發生纏繞。

1）當吊籃在井底準備起吊時，井下人員檢查拉線的鋼球要鑲嵌在滑軌內、活動式擋板已擋在滑軌下口。

2）當吊籃提升至井口時，拉線的鋼球到達鋼軌井口轉彎處，此時井口兩側工作人員使用鐵鉤將拉線上的軟繩勾起，一手拉近軟繩，一手將拉線的鋼球自滑軌內取出。之后，開動平移卷揚機使吊籃向上室1 方向平移，上室2 的人員松開拉線，隨吊籃的遠離緩慢松放軟繩，此時拉線隨吊籃遠離自己，但軟繩控制在自己手里；同時上室1 的人員松開拉線，隨吊籃的靠近緩慢收緊軟繩，直至吊籃平移至上室1 井口處，兩側的人員固定軟繩，之后離開。

3）當吊籃準備下放時，將工作人員將鋼球鑲嵌在滑軌轉彎處，程序與2）相反。

6.豎井井筒擴挖支護

調壓井溜渣導井擴挖完成后，導井直徑達到3.0m，將井筒自上而下擴挖成型，井筒擴挖面要呈漏斗狀，方便溜渣，對于無法自然溜渣的石渣由人工扒除。每開挖完成一個循環及時按設計圖紙進行支護。

四、結語

深豎井施工相對一般豎井施工難度更大、安全風險更高、存在問題更多，為滿足深豎井施工安全、施工進度，本文提出“正反向結合法”開挖深豎井的施工管理思路，能夠對類似工程提供有益的經驗。