【摘要】 本文主要介绍了天花板水电站大直径调压井工程的工程特点、施工技术和施工情况。

【关键词】天花板水电站、调压井、施工。

天花板水电站位于云南省昭通市境内的牛栏江天花板峡谷处，为混合式开发水电站，大坝高度为113 m，总装机容量为180MW。引水系统沿牛栏江右岸布置，由岸塔式进水口、引水隧洞、调压井和压力管道等组成。调压井高77.35m，井径Φ23m，开挖直径27m。明挖高度约65米高。此部位设计院勘探结果，岩石以IV类为主,部分为Ⅴ类，岩性为弱风化。

调压井部位为澄江组中厚层至厚层状岩屑石英砂岩夹中薄层粉砂质泥质页岩。岩体受结构面切割，岩体相对破碎，稳定性较差。

井口以上边坡，覆盖层较厚，边坡自稳性较差，加之为确保井身位置，边坡设计较陡（1:0.75～1:0.3），设计中采取强支护方案加固边坡。

在竖井中陡倾角结构面发育的岩体具有不稳定条件，地下水埋藏较深，井壁自稳性差。

后边坡设计开口线在EL1164.84m，井口高程EL1100m，最大开挖高度64．84m；边坡设置三级马道，将坡面分为4级，马道高程分别在EL1150m、EL1135m、EL1120m，宽度2.0m，其中开口线～EL1150～EL1135两级边坡设计坡比为1:0.75，EL1135～EL1120设计坡比为1:0.5, EL1120～EL1110设计坡比为1:0.3。

边坡设计系统支护为15cm厚C20网喷砼＋4.1m长Φ22系统锚杆＋网格梁＋φ50系统排水孔，另外第二、三级边坡设计随机锚索56根（100吨级，30米长）。开口线以外、各级马道和井口外缘设置截、排水沟。

（1）井口锁口

井台高程EL1100m，井口10米高度设置锁口钢筋砼井圈，开挖直径为27米，一期支护形式为15cm厚C20网喷砼＋6.5m长Φ25系统锚杆（55根/层）＋φ50系统排水孔＋35cm厚井圈砼。锁口形成后直径为26米，随后进行以下井挖施工。

（2）井身

    井身开挖直径为26.3～26.9m，垂直高度77.35m，一期支护形式为15cm厚C20网喷砼＋4.5～6.5m长Φ25系统锚杆＋φ50随机排水孔。

主要工程量为：井身石方开挖43113 m³，喷砼1000m³，砂浆锚杆2731根，钢筋制安17.3t。

井身钢筋砼衬砌厚度为1.8～1.5m，衬砌高度为72.32米，衬砌后直径为23米。砼工程量为8430m³。

井筒全高设计系统固接灌浆，入岩深度6米，共计4325米。

由于该调压井开挖直径大（在国内调压井中属于前三名），深度大，地质情况比较复杂，地形陡峭，出碴通道困难，设备及物资运输极为不便。为确保调压井开挖施工顺利、安全，经过参建的监理、施工、设计及业主的工程技术人员的多次研究讨论，形成了如下的施工思路：

2.1.1首先考虑用反井钻机快速开挖形成直径1.4 m的导井，对导井不再进行扩挖，直接用做溜渣井，这样可以节省溜碴井扩挖的时间以及避免扩挖带来的安全风险，但这样很有可能导致导井多次堵塞。为解决这个问题，决定在调压井井口EL1100平台上布置一台塔式起重机，在导井堵塞无法疏通的情况下，采取正井开挖的方法，用塔机起吊从EL1100平台出碴，同时塔机也可以吊运各种设备和物资，并在以后的钢筋混凝土衬砌中起到关键作用。

2.1.2为确保开挖初期安全稳定，在导井施工前，在溜渣井及调压井井口一定高度进行超前固结灌浆措施，对溜渣井固结10m，调压井井口周围固结35m，并在调压井外边缘按圆形分布布设锚筋桩，深入岩层30 m。

2.1.3施工先后顺序为：平台防护挡墙施工→边坡明挖开挖支护→井口周边灌浆施工→导孔施工→导井施工→阻抗孔以下砼施工→井身扩挖及一次支护施工。

（1）按照由上而下，先明挖、后井挖的顺序安排施工。

（2）明挖出渣主要采取卡特320反铲由上而下甩渣至调压井平台上，分三次倒运至渣场的方案。各类材料由上调压井道路运输和人工倒运的方式运抵工作面。

（3）在导井施工前，对溜渣井进行固结灌浆10m，调压井井口固结灌浆35m。

（4）用反井钻机先自上而下形成直径245mm的先导孔，后自下而上形成直径1.4m的导井。

（5）井身扩挖施工，采用半副开挖，半副支护的方式，初期支护形式采用格珊拱架或型钢拱架加网喷等支护措施进行井挖施工，个别岩石较差部位采用倒挂砼施工。

主要内容为井口超前固结灌浆施工，灌浆深度为35m。同时，把灌浆孔做为锚筋桩孔，插入3*32的锚筋桩，入岩30米，这样，调压井周边的岩石将得到有力加固，大大减少了调压井井壁塌方的风险。

主要内容：反井钻机钻进施工、形成反导井，本阶段末期具备井身扩挖施工条件。使用LM-200反井钻机从上而下进行先导孔施工，再自下而上进行扩孔形成直径1.4m的导井。该阶段施工十分顺利，导井很快形成。

主要内容为：锁口段开挖及锁口砼施工、井身扩挖及井身一次支护施工、井口垂直运输设备安装、井身初期支护采用格珊拱架和工字钢拱架加网喷等支护措施进行井挖施工。

井身开挖直径为26.3～26.9m，垂直高度77.35米，设计一期支护形式为15cm厚C20网喷砼＋4.5～6.5m长Φ25系统锚杆＋φ50随机排水孔。考虑到26米的开挖直径，近80米的开挖深度，在结构上相当于是一个直立垂直高边坡，加之本工程调压井自身地质条件较差，井身四周埋深厚度相差极大（靠河侧最薄2m），无法实现井身自身成拱抵消部分侧压力。根据国内类似工程经验，在此地质条件下，原设计支护方式、强度、刚度均略显偏弱。经参建各方讨论，初步支护采用工字型钢拱架加网喷等支护措施进行井挖施工。

井身扩挖前先对开口线以外岩体进行超前固结，再进行井口10米高度锁口施工范围的开挖，进行系统支护，随后进行锁口砼施工。

扩挖施工，每个断面分两次扩挖。一次扩挖断面的一半,再进行另一半的扩挖。在井内留下一台液压反铲及液压钻机，一台岩石破碎锤，每次扩挖一半时，反铲及钻机开到别一半工作面，扒渣与钻孔可同时进行。扩挖时钻孔使用液压钻和YT-28手风钻造孔，采用光面（或预裂）爆破。每次爆破1.5～2m深，爆破完后，进行通风及哑炮处理。再使用反铲配合人工扒渣至溜渣井内,从溜渣井内滑渣至引水洞内,然后用装载机装车，运至指定渣场。扩挖时严格控制装药量和周边孔间距，以免石渣粒径太大,造成堵井。在每次扩挖、扒渣、初期喷砼及下循环钻爆结束后，进行初期支护施工，采用工字钢拱架，拱架间距约50～80cm。每榀拱架之间采用Φ25钢筋连接，间距1m左右，再进行挂网喷砼施工，喷砼厚度与拱架平齐。每层分两个工作面同时进行，使开挖、初支护错开施工。

扩挖时严格控制装药量和周边孔间距，以免石渣粒径太大,造成堵井。注意对溜渣井进行临时封闭保护，避免操作人员误坠井中，装药结束、点炮前撤去临时封闭设施。

扩挖施工，单循环进尺1.5～2.0m，约需42个循环，如使用钢格珊加网喷施工，计划2~2.5日施工1个循环，预计工期96天，平均月下挖进尺25～26米/月。

2.3.5.3 2009年11月下旬，开始进行调压井上井口平台塔机安装，于12月中投产，扩挖及砼衬砌过程中材料运输可通过垂直运输设备吊运。

 

为了保证开挖安全，本工程的重点为井身支护工程，待开挖结束后，立即进行锚喷支护，支护完成后方可进入下循环开挖钻爆施工。

扩挖支护，结合本工程岩石特点，III类围岩采用系统锚杆及锚喷支护施工。在Ⅳ类围岩开挖支护时采用工字钢刚架，刚架间距为0.75m左右。格栅之间采用Φ25焊接成一个整体，连接筋间距拟定于1m左右。其它地方根据岩石情况，适当调整钢架形式或间距。在岩石特别破碎的地段采用自进式锚杆支护，其他部位采用砂浆锚杆支护。支护施工程序为：清理浮石→插筋安装→挂网→清理岩面→喷射砼、养护→打孔、安装锚杆或：清理浮石→打孔、安装锚杆→挂网→安装格构架→清理岩面→喷射砼、养护。

在调压井开挖的实施阶段，开挖到10m的深度时，导井即因为自身围岩塌方而堵塞，经疏通后不久，又发生了更大的塌方以至堵塞厚度达20m，经现场参建各方工程人员研究后决定采用正挖方案：即采用塔式起重机将石碴从井口吊出，用汽车将弃碴从调压井上口运输至碴场。施工过程中施工单位严格按照短进尺、弱爆破、强支护的方针，稳扎稳打，以每天1m的速度将堵井的20m开挖完成，然后疏通导井，重新采用导井溜碴的方法进行剩下的40m井身开挖，并顺利完成整个调压井的开挖施工。

该项目的难点和重点主要在以下几个方面:

3.1.1井口的灌浆处理，调压井断面大，高度高，而井的外缘岩体很单薄，整个调压井部位岩石比较破碎，因此上部35m的超前固结灌浆以及井外缘的锚筋桩非常重要，井身开挖前必须做好以上工作。

3.1.2由于直接利用导井做为溜渣井，井径只有1.4m且井壁未进行支护，从前期用地质钻机进行围岩类别的试探情况来看，在35m范围内岩石情况较差，经常塌孔。因此溜渣井很有可能在开挖过程中塌孔堵塞，且很难疏通。

3.1.3若采用把导井扩挖成直径3.5m做为溜碴井的施工方法，同样存在着塌方堵井等许多不确定性，而且工期必定会延长许多，投资亦会增加。

3.1.4开挖过程中井身的围岩稳定直接关系到整个项目的成败和施工人员的安全，井挖垂直边坡近80米，地质状况复杂，岩石破碎，因此井身支护是保证边坡和井身稳定的关键工序，而支护造孔成孔率是决定整个支护工序的进度与成败的关键。因此调压井开挖施工大量采取自进式锚杆以解决此类地质状况成孔率低、工效低、进度缓慢的弊病，对裸露的岩石开挖面尽快进行了封闭和支护，确保井身围岩的稳定。

在整个调压井开挖过程，未出现任何安全事故，工期和质量也取得令人满意的结果，总结起来，主要是做到了以下几点：

（1）针对项目的具体情况制定了严密的有针对性的施工方案：超前固结灌浆，增强了整个开挖部位岩体的稳定性，是项目成功的关键之一，而且，在项目运行阶段也起到稳定围岩、保证调压井安全正常运行的作用。

（2）使用自进式锚杆，加快了支护进度，克服了围岩破碎、成孔率低的困难。（3）针对岩石倾角倾向井筒，且井口外侧围岩过薄的情况，在该部位使用了锚筋桩，化解了外侧围岩滑动和坍塌的隐患。

（4）对一次支护进行了加强。因为巨大的调压井开挖后，直立的井壁相当于垂直的边坡，只有支护完好无损，在拱的作用下，井壁才是安全的，通过加强一次支护，强化了井壁拱的作用，杜绝井壁因局部出现破坏而导致整个调压井井壁破坏。

（5）对溜碴井堵井有所预见，准备了两套出碴方案。若盲目只靠疏通导井，由于围岩破碎，不可见因素多，安全和工期都无法保障。

（6）施工时段避开雨季，没有遇到恶劣的暴雨天气。尊重自然，充分利用掌握的气象数据，在最有利的气候条件下进行施工，收到事半功倍的效果。