反导井施工技术在纳子峡水电站引水洞竖井开挖中的应用

丁海军 赵莉

【摘要】在水利水电竖井施工中，经常要进行导井的施工（即溜碴井），导井施工一般采用反导井钻机、人工正导井和人工反导井施工法。纳子峡水电站引水发电洞竖井成功采用人工反导井施工法，即节约成本又保证了工期，可供类似工程参考。

【关键词】纳子峡水电站、竖井导井、施工技术

1工程概况

纳子峡水电站位于青海省门源县苏吉滩乡和祁连县默勒镇交界处的大通河上游末段，距青海省西宁市的公路里程为186.16km。工程以发电为主。水库正常蓄水位3201.5m，水库总库容7.33亿m3。电站总装机容量87MW，保证出力16.6MW，多年平均发电量为3.106亿kW？h。工程规模属二等大（Ⅱ）型。引水发电洞上弯段、竖井段、下弯段位于发电洞桩号0+257.57m～0+292.13m。岩性为黑云母石英片岩夹花岗片麻岩，灰色，块状结构，片状构造，局部片麻状构造，岩层产状为NNW3200、NE500，岩体完整性差，节理裂隙较发育，局部围岩稳定性差，上弯段洞底高程为3166.03m，埋深37～51m，竖井段顶高程为3151.55m，底高程为3112.27m，竖井高39.28m，直径7.2m。下弯段底高程为3091.69m，洞顶埋深99m。引水洞平面布置图1

2反导井施工方案的设计与施工

（1）竖井工程采用"反导井"法施工总体方案为：在引水洞上弯段开挖出工作平台，利用地质钻机沿竖井圆心竖直往下钻孔至引水洞下弯段顶板，形成施工作业用吊篮钢丝绳穿绳导孔，人工在吊篮平台上往上钻爆开挖2米直径的溜碴导井。反导井施工法示意图2：

竖井"反导井"开挖提升系统设置在引水洞上弯段施工作业平台处，既有足够的空间进行相应的设施布置同时又不至于影响竖井混凝土衬砌施工。提升桁架最简便的方法就是在穿绳导孔上方用型钢架设支架，顶部设置天锚作为倒向吊点。天锚采用6根Φ25孔深6.0m砂浆锚杆（每根锚杆至少可承受25KN的拉力，完全满足要求），在天锚上焊接Φ25圆钢筋做成的吊环，将倒向用的滑轮固定在吊环上，根据牵引钢丝绳直径及牵引力的要求，倒向滑轮采用100KN。从使用情况上看，由于倒向滑轮在运行过程中牵引钢丝绳对其轮轴的摩擦会产生一定的损耗，因此倒向滑轮应选择较大型号。卷扬机在3166.03m平台上钻设的Φ25孔深1.5m砂浆锚杆作為地锚固定。考虑足够的安全系数，提升钢丝绳选用Φ18.5、6×19mm+1-170kgf/mm2的钢丝绳。

（2）钢丝绳布置在导孔直径为120mm圆内，孔向垂直向下，由于此孔又是"反导井"人工开挖的导向孔，直接关系到反导井开挖的方向定位，因此，务必保证其钻孔的垂直度。施工前，首先由测量人员精确测放出孔位定线，然后将地质钻机固定于打孔位置，调整钻杆为垂直角度，随后进行钻设，并在钻设施工前期随时调整纠正钻孔方向。整个钻孔过程较为顺利，日进尺7～8m，钻孔的偏差也较小，能够满足施工要求。

（3）施工吊篮

该工程导井开挖断面直径为Φ2000mm，为了保证施工人员方便且有足够的空间进行作业，吊篮设计空间直径为Φ1300mm的圆形吊篮操作平台，用160工字刚和80槽钢焊接成钢框架，用5mm厚的花纹钢板铺底，四周设置钢护栏，吊篮顶部四周用Φ20圆钢做成钢丝绳吊耳。为了避免吊篮上下运行中"反导井"岩壁可能松动的岩块威胁到吊篮施工人员的安全以及放炮后的作业面危石排除作业，同时又能在掌子面固定位置时钻机操作等方便，在吊篮的上口设计制造一个活动顶盖，顶盖上有四个危石检查、排除孔，方便施工人员观察并进行危石清理工作。

（4）通风排烟

由于"反导井"施工空间狭小，空气流通不畅，因此，保证施工过程中良好的通风排烟尤为重要，实际施工中，在引水洞下弯段设置一台吸出式功率为11kw的通风机，在"反导井"内侧将Φ60的风管接至掌子面处，用空压机供风进行通风，将烟尘压至下弯段处通过风筒和吸出式通风机工作将烟尘排出洞口。

为了解决部分烟尘通过钢丝绳导孔和电话线导孔上升进入上弯段施工平台，在引水洞进口处设置一台功率为5.5kw吸出式通风机风筒连接至上弯段施工平台，当部分烟尘上升至上弯段施工平台后，通过风筒吸出式通风机工作将烟尘排出洞外。

（5）施工运输道路

引水洞下平段已经开挖完成，导井施工中所用的材料设备以及爆破料运输均通过下平段实现运输任务。

（6）施工爆破弃料

当爆破时吊篮方下，拆除在吊篮上的钢丝绳给钢丝绳挂Φ80钢棒作为配重预防钢丝绳空载收绳无法正常缠绕同时避免钢丝绳出槽，将钢丝绳收回至上弯段施工平台。将电话线从电话机上拆除和施工作业面照明灯一同从电话线导孔收回至上弯段施工平台，爆破后，爆破料由于地形重力的作用全部掉落在下弯段，用一台ZL50侧翻装载机装料，自卸汽车拉出洞外至弃渣场。

（7）施工照明

在"反导井"底部安装两台移动镝灯，向上照明，放炮前，撤到洞外，作业人员全部配置矿用头灯，并配给两把大功率强光手电，做为临时应急照明，通过电话线孔从上弯段施工平台放至吊篮施工平台，实现作业面照明，即可满足整个工作面的施工照明。

（8）支护施工

为了保证吊篮施工人员的安全，根据平洞开挖实际围岩情况，在每个开挖循环后，立即进行素喷混凝土对导井内已开挖岩石进行封闭。

（9）爆破施工

炸药在"反导井"开挖时选用2#岩石乳化炸药。"反导井"的掏槽孔和主爆破孔均采用连续装药结构，用非电塑料导爆管起爆。光爆孔采用不偶合间隔装药结构，选用导爆索同时起爆，导井周边孔间距为50cm。（爆破参数详见图3）

（10）反导井施工

通过电话联络，上弯段施工平台卷扬机操作人员将提升吊篮的钢丝绳从中心穿绳导孔中落下，下弯段施工人员将钢丝绳系牢于已装上风水管钻机等设施的吊篮吊耳上，两名施工人员进入吊篮（一人为施工人员，一人为通信等施工辅助人员），通过电话联络，提升吊篮，同时开动空压机，通过供风管向"反导井"内输送新鲜空气。在吊篮提升的过程中，电话一直保持通话，以便遇到紧急情况时可以随时停车。当吊篮提升至掌子面可施工位置时，停止提升，施工人员用长短合适的钢管将吊篮相对固定于四周岩壁，以便钻孔施工时吊篮摆动，"反导井"的钻孔采用一台YT28气腿钻钻孔，钻孔深度经试验1.5m最合适。钻孔完成后，通过信号联系，将吊篮下放至底部，装上已准备好的火工材料重新提升至掌子面，装药连线，完成后下放吊篮将导线引至下部通道安全位置的起爆控制器，同时将吊篮钢丝绳同吊篮分离开用装载机吊至爆破范围影响以外，一切就绪后起爆。爆破完成后往反导井内吹入空压机的压缩空气加速排烟，待烟尘排完并至少等待30min后洞内岩体相对稳定时装载机出渣完成后才能进行下一个循环的施工。

（11）工期及强度分析

导井顶部高程为3166.03m，底部高程为3097.89m，开挖总高度为68.14。导井开挖工期为2012年5月1日～2012年5月25日，施工总工期为25天，考虑不利因素影响，有效施工天数按20天计算，则日平均进尺需3.4m/d。循环进尺1.7m，日循环数2个循环，每循环所需时间为12小时。导井开挖循环作业时间见表

（12）资源配置

根据施工进度计划和开挖强度要求，机械设备的配置满足竖井段石方开挖施工需求，但部分机械设备在一定时段内可协调、统一使用，保证设备配置在满足施工需要的前提下不闲置。竖井段开挖及支护工程施工主要机械设备配置见表3、人力资源配置见表4

3安全保證措施

反导井开挖支护施工中，确保安全是关键，为了保证工期、人员、设备安全，制定如下措施：

（1）进行"反导井"钻孔施工时，在施工人员进入工作面之前，必须先开动空压机对施工作业面进行通风30min分钟以上，确认工作面已将烟尘排除干净后，施工人员才能进入工作面。在施工人员开始进入工作面直至撤出工作面为止不得停止空压机供风，以保证工作面有新鲜空气补给，当施工人员在进入工作面的途中，感觉工作面烟尘尚未排除干净或无足够新鲜空气，应返回安全地带，延迟进入工作面的时间，防止人员缺氧或中毒。

（2）"反导井"爆破后，开动13m3空压机，向工作面供风，以排除井内的烟尘，并同时开动下平洞内的吸出式通风机，通风30min以上并确认已将下平洞内烟尘排除干净后，出碴人员才能进洞出碴。但竖井通风仍继续进行，以切实保证将洞内的烟尘排除干净，尤其当竖井施工10m以上时，还要适当延长通风时间。

（3）进入竖井工作面进行施工时，必须进行登记记录，否则不得进入洞内。

（4）每排炮施工后，安全员要带领竖井洞挖施工人员对已开挖段进行安全评估和处理，清除松动岩石，当确认安全后，才能进行下道工序的施工。

（5）在进行"反导井"施工时，吊篮中的所有施工人员必须佩带安全带并将安全带牢固拴在在吊篮吊钩上，竖井内施工人员必须按规定正确佩带安全帽，才能进入工作面施工。

（6）"反导井"施工作业时，在竖井底部（下平洞内）派人进行值班，同时在下平洞进入导井施工区域内悬挂安全警示牌，提示导井有人作业、严禁闲杂人员出入等。

（7）经常检查供照明的绝缘电缆表面有无破损，发现破损的地方必须予以更换。吊篮施工平台上的照明必须使用低压安全照明装置，确保电线漏电不会伤及吊篮中的施工人员。

（8）洞内作业前，每班人员对施工设备进行检查、处理，特别是机械上照明设备的检查。

（9）每班安全员重点检查，导井底部两侧围岩情况，勤观测岩石有无松动、掉块或者滑动现象的发生，防止因爆破振动和地质原因而造成塌方事故发生。

（10）如导井顶部或侧壁岩石破碎，必须停止"反导井"施工，进行素喷混凝土对破碎围岩进行封闭且安全后方可复工。

4施工效果

通过"反导井"法的施工，导井开挖历时18天完成了既定的目标，满足了工期要求，为整个竖井扩挖赢了宝贵时间，也为整个引水洞按期完工提供了保障。

5结束语

纳子峡水电站竖井导井开挖工作在常规方案不成立的条件下，经过方案的比选与优化，创造条件进行施工，并成功采用人工"反导井"开挖施工技术，为工程节点目标的实现创造了条件，同时也相对节约了施工成本。通过此次工程实践本人总结了以下几点体会和改进措施，供参考：

（1）严格按安全技术操作规程进行施工是保证"反导井"顺利施工的关键。

（2）良好的上下通信联络是保证安全施工的前提。该工程采用有线电话实时联系，克服了以往对讲机联系不可靠以及工程电铃等信号联系不确切的问题。

（3）在卷扬机控制上，本人认为如果再增加一个由吊篮上操作人员可以直接控制的双控系统将更好。

参考文献：

[1]胡忠英，叶明.溪洛渡水电站左岸导流洞2、3号闸门竖井开挖施工[J].水利水电施工，2014（1）：37-39.

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