金寨抽水蓄能电站引水调压井施工技术.pdf

15金寨抽水蓄能电站引水调压井施工技术焦忠帅吴金华王淑莹/中国水利水电第六工程局有限公司【摘 要】金寨抽水蓄能电站引水调压井施工过程中先利用TR-3000反井钻机一次性高精度成型2.4 m直径导井后，再自上而下进行二次扩挖至成型断面。采用“反井钻机施工大导井、二次扩挖技术”的施工方法，不仅降低了扩挖过程中的堵井风险，避免了狭小空间内人员并内作业的安全风险，而且保证了导并高精度贯通质量，提高了工作效率，达到了安全、高效、快速的施工目的，具有广泛的推广应用价值。【关键词】金寨抽水蓄能电站占引水调压井二次扩挖TR-3000反井钻机1工程概况金寨抽水蓄能电站坐落于安徽省金寨县境内，由地下厂房系统、上水库、下水库、输水系统及地面开关站等建筑物组成，总装机容量为1 2 0 0 MW。输水系统采用两洞四机布置方式，在引水隧洞的末端露天式布置阻抗式引水调压室。引水调压井大井开挖直径为1 8.0 m、开挖高度约为9 4.7 m，小井开挖直径为6.0 m、开挖高度约为1 0.6 m。金寨抽水蓄能电站三维示意图如图1 所示。库挡水顶上库进出水口1号引水隧湖引水调压片主厂房2号升水隧洞主变洞尾闸洞排水麻道通风兼安全洞下库进/出水口母线洞地面开关站500kV出线润进广交迪洞下库挡水坝下库溢洪道图1金寨抽水蓄能电站三维示意图2工程地质引水调压井井身段围岩为角闪斜长片麻岩、二长片麻岩，围岩以微弱风化为主，围岩类，局部为IV类，成井条件较好。f122断层从引水调压室下部通过，与井壁夹角约2 0，且倾角陡，与其他结构面切割组合，井壁围岩可产生薄片状掉块，施工时须采取喷锚支护处理。3引水调压井井口设施布置为了满足引水调压井扩挖施工的需要，在调压井井口设置提升系统和辅助设施。引水调压井需进行6 m导井扩挖和1 8 m大井扩挖两次扩挖成形，因两次扩挖井径16地下工程不同，相应的井内吊盘、封口井盖、施工机具及材料数量有所不同。考虑最不利条件，选择以1 8 m大井井内吊盘运行荷载为计算基础配置提升系统。3.1井身段吊盘提升系统布置在引水调压井井口地面高程布置两根钢桁架梁，作为升降井内吊盘（吊盘下部悬吊封口井盖）的受力梁。吊盘通过钢丝绳、梁顶安装的导向轮与1 0 t卷扬机连接形成吊盘井内提升系统。结合吊盘设计自重及吊盘工作荷载，在井口外部地面每根桁架梁两端各布置1 台1 0 t卷扬机可满足提升要求。3.2载人提升系统布置为满足施工人员安全顺利进出井内，采用载人吊笼作为垂直运输工具。在井口平台布置吊笼起吊门架，并在门架上部设置导向轮，以5 t卷扬机作为载人吊笼在井内的升降系统。3.3井内安全逃生爬梯布置当提升系统出现故障无法运行时，为保证作业人员可以顺利到达地面，在引水调压井井壁上设置爬梯，作为井内安全应急逃生通道，爬梯随着开挖面跟进布置。爬梯采用g25mm螺纹钢筋制作，爬梯宽度为5 0 cm，与设计开挖边线距离为2 5 cm，步距2 5 cm。3.4井口安全防护设施布置引水调压井两次扩挖时，在井口周围1 m范围设置1.2m高安全防护栏杆，防护栏杆底部设置高1 0 cm、宽10cm的挡水基础，并悬挂“当心坠落、禁止翻越”等警示标牌。利用井口布置的钢桁架梁作为辅助支撑，在井口上部搭设脚手架并覆盖安全网和苦布将井口封闭，防止雨水及高空意外落物至井内。4主要施工方法4.1引水调压井导井施工采用TR3 0 0 0 反井钻机进行引水调压井导井施工。引水调压井2.4 m直径导井成井施工分两步，首先由上至下进行3 1 1 mm导孔钻设，待引水调压井上部平台与下部引水隧洞贯通具备条件后，在引水调压井下部的引水隧洞内拆除导孔钻头并安装导井反拉钻头，然后由下至上采用TR-3000反井钻机反拉成2.4 m直径导井，反拉成井的石渣自落至引水调压井下部的引水隧洞内，利用3.0 m装载机挖装2 0 t自卸汽车运至指定地点有序堆存。TR-3000反井钻机g311mm导孔开孔应缓慢匀速、低压力钻进，开孔推力控制在1 2 0 0 1 3 0 0 psi，开孔转速控制在2.5 r/min左右，开孔扭矩控制在1 0 0 1 5 0 psi，开孔钻进深度一般为3 m。待开孔完成，更换稳定钻杆和钻头后正常钻进。正常钻进转速一般控制在2 1 2 6 r/min，正常钻进推力控制在1 4 0 0 1 8 0 0 psi，正常钻进扭矩控制在2 0 0 7 0 0 psi。导孔贯通后，在引水调压井下部的引水隧洞内拆除导孔钻头，更换成2.4 m直径的扩孔钻头进行自下而上的扩孔施工。扩孔起始转速一般控制在3.75r/min左右，扩孔拉力控制在2 0 0 5 0 0 psi，扩孔钻进扭矩控制在3 0 0 8 0 0 psi。正常扩孔转速一般控制在3.757.5 r/m i n，正常扩孔拉力控制在7 0 0 1 8 0 0 psi，正常扩孔钻进扭矩控制在8 0 0 1 4 0 0 psi。一般情况下，岩石较软时取小值，反之取大值，并结合围岩情况适时调整钻进速度和钻进压力等。4.2引水调压井一次扩挖施工4.2.1一次扩挖施工方法引水调压井一次扩挖施工主要是将2.4 m直径导井扩挖至6.0 m直径。一次扩挖由上至下采用手风钻分层钻孔爆破，人工扒渣。2.4 m直径导井施工完成后，将反井钻机撤离井口，然后开始引水调压井一次扩挖。采用正井法由上至下分层爆破开挖，分层高度为2.0 m，部分爆破石渣落在井底引水隧洞内，剩余石渣人工扒渣经溜渣井落至井下引水隧洞内，所有爆破石渣由引水隧洞经施工支洞运至指定地点有序堆存。引水调压井一次扩挖时，井口向下深度1 5 m范围利用汽车吊吊运封闭井盖进行2.4 m直径导井（溜渣井）井口安全封闭，作业人员利用在井壁设置的安全爬梯作为进出工作面的通道。井口1 5 m范围开挖支护完成后，在井口平台安装进出井内的提升系统及井内吊盘等辅助设施。超过1 5 m井深范围利用载人罐笼作为人员进出井内的运输工具，井内吊盘作为人员进出井内工作面的中转平台及施工机具存放平台，2.4 m直径导井井盖利用钢丝绳将其悬挂在吊盘底部，并根据需要进行就位与撤离。4.2.2一次扩挖钻爆设计6.0m导井采取正井法由上至下进行分层扩挖，为保证井下施工快速、安全，充分发挥手风钻的效率，扩挖分层高度为2.0 m，周边采取光面爆破，以降低爆破对井壁围岩的挠动破坏，保证井壁围岩稳定及成型效果。一次扩挖采用YT2 8 手风钻钻孔，钻孔深度2.2m，平均单循环进尺2.0 m，崩落孔选用g32mm乳化炸药，孔距8 0 9 0 cm，连续装药；周边光爆孔选用$25mm乳化炸药，孔距5 0 cm，间隔装药。一次扩挖严格控制爆破，确保每一循环爆破后掌子面自然形成近似正V形漏斗式作业空间，减少扒渣量。一次扩挖爆破设计参数见表1，一次扩挖爆破设计图如图2 所示。17金寨抽水蓄能电站引水调压井施工技术表1一次扩挖爆破设计参数单孔总装钻孔总序孔数孔径孔深孔距药径孔名药量药量延米号/个/mm/m/cm/mm/kg/kg/m1崩落孔12422.289321.3215.8426.42崩落孔19422.280321.3225.0841.83光爆孔37422.250250.518.581.4合计6859.42149.62O6$2.4m导井图2 一次扩挖爆破设计图（单位：m）1、2、3 一爆破的起爆顺序4.3引水调压井二次扩挖施工4.3.1二次扩挖施工方法引水调压井二次扩挖主要是将6.0 m直径导井扩挖至1 8.0 m直径成型断面。二次扩挖时利用手风钻进行钻爆法施工，采用手风钻由上至下分层扩挖，开挖分层高度为2 m，每层分4 块分区进行开挖，利用6.0 m直径导井作为溜渣井，爆破石渣部分自落至井底引水隧洞内，掌子面剩余石渣以人工扒渣方式溜至井下引水隧洞内，所有爆破石渣由引水隧洞、施工支洞运至指定地点有序堆存。6.0m导井扩挖完成后，拆除井口提升系统及井口安全设施，继而进行1 8.0 m大井扩挖施工。引水调压井二次扩挖时，井口向下深度1 5 m范围利用汽车吊吊运封闭井盖对6.0 m导井（溜渣井）井口进行安全封闭，作业人员利用在井壁设置的安全爬梯作为进出工作面的通道。井口1 5 m范围开挖永久支护完成后，在井口平台安装进出井内的提升系统及井内吊盘等辅助设施。井口以下深度超过1 5 m范围利用载人吊笼作为人员进出井内的运输工具，井内吊盘作为人员进出井内工作面的中转平台及施工机具存放平台，6.0 m导井井盖利用钢丝绳将其悬挂在吊盘底部，并根据需要进行就位与撤离。4.3.2二次扩挖钻爆设计由于大井扩挖直径较大，爆破施工时采取分区进行，大井扩挖整体划分为4 个扩挖爆破区。二次扩挖采用YT-28手风钻钻孔，钻孔深度2.2 m，平均单循环进尺2.0 m，崩落孔选用g32mm乳化炸药，孔距7 0 100cm，连续装药；周边光爆孔选用$2 5 mm乳化炸药，孔距5 0 cm，间隔装药。二次扩挖严格控制爆破，确保每一循环爆破后掌子面自然形成近似正V形漏斗式作业空间，减少扒渣量。二次扩挖单个扩挖区爆破设计参数见表2，二次扩挖分区及单个扩挖区爆破设计图如图3 所示。表2二次扩挖单个扩挖区爆破设计参数单孔总装钻孔总序孔数孔径孔深孔距药径孔名药量药量延米号/个/mm/m/cm/mm/kg/kg/m1崩落孔9422.275321.3211.8819.82崩落孔8422.296321.3210.5617.63崩落孔9422.298321.3211.8819.84崩落孔12422.290321.3215.8426.45崩落孔11422.2100321.3214.5224.26崩落孔13422.2100321.3217.1628.67崩落孔14422.290321.3218.4830.88光爆孔29422.250250.514.563.8合计105114.82231扩挖一区扩挖二区$6.0m导#扩挖四区扩挖三区（a）二次扩挖分区图8中76D5中43扩挖区2D1D&6.0m导井0.70.70,810,810,80.80.70.7（b）单个扩挖区爆破设计图图3 二二次扩挖分区及单个扩挖区爆破设计图（单位：m）18一爆破的起爆顺序18地下工程4.4引水调压井支护施工引水调压井支护施工随开挖面跟进施工，严格按“一炮一支护”的原则进行，每次响炮出完渣后立即对出露井壁进行锚喷支护，确保井壁围岩稳定，满足安全作业环境。引水调压井支护形式分为两种：一种是在调压井一次扩挖时为满足施工安全而进行临时性支护，主要以喷素混凝土及随机锚杆支护为主，遇到不良地质段增加喷混凝土厚度；另一种是调压井二次扩挖至设计断面时所进行的永久系统支护。一次扩挖临时支护采用$2 5 mm锚杆，长度约3.0m，入岩2.9 m，间距1.5 m1.0m，喷5 cm厚的C25混凝土，局部不良地质段喷1 0 cm厚的C25混凝土。锚杆采用YT-28手风钻钻孔，人工安插锚杆，TK-700湿喷机喷射混凝土。二次扩挖永久支护采用3 2 mm锚杆，长度约9.0m，入岩8.0 m，间距1.5 m1.0m，端部弯折20cm，挂设g6.515mm15mm钢筋网，施喷C25混凝土等。施工时根据现场所揭露的围岩条件，选取既定支护形式组织施工。锚杆采用1 0 0 B轻型潜孔钻钻孔，人工安插锚杆，TK-700湿喷机喷射混凝土。5结语采用TR3 0 0 0 反井钻机施工金寨抽水蓄能电站引水调压井可高精度一次性成型2.4 m直径导井。导井形成且具备条件后，利用二次扩挖技术合理控制爆破，确保每一循环爆破后掌子面自然形成近似正形漏斗式作业空间，可减少作业面爆渣堆积量，极大地减少了扒渣工作量。利用“反井钻机施工大导井、二次扩挖法”施工技术，不仅降低了扩挖过程中的堵井风险，避免了狭小空间内人员井内作业的安全风险，而且保证了导井高精度贯通质量，提高了工作效率，可为类似工程提供借鉴。参考文献1钟金盛，张鹏，袁翔。金寨抽水蓄能电站边坡支护形式研究J人民黄河，2 0 2 2，4 4（S1）：1 6 0-1 6 1.2焦忠帅长甸水电站全排孔水下岩塞爆破施工技术浅析J水利建设与管理，2 0 2 0，4 0（1 2）：53-59.3梁剑，阙晓琼。小断面高竖井开挖施工方法J.水利建设与管理，2 0 2 0，4 0（1 1)：2 6-3 2，1 6.4马琪琪荒沟抽水蓄能电站超深长斜井开挖施工技术J水利建设与管理，2 0 2 1，4 1（1）：4 2-4 6.5成少君基于不良地质条件下调压室开挖施工工艺J黑龙江水利科技，2 0 1 8，4 6（2)：1 2 3-1 2 6.6杜利平。反井钻机在超长斜井溜井施工中的应用JI建井技术，2 0 1 8，3 9（3)：4 9-5 1，4 5.7何金星荒沟抽水蓄能电站引水斜井开挖施工技术云南水力发电，2 0 2 2，3 8（6)：1 7 4 1 7 9.8王淑莹不良地质段地下厂房岩锚梁开挖技术探究J 水利建设与管理，2 0 2 2，4 2（1 0）：5 7 61,69.