吊炮法开挖施工技术在调压井开挖中的应用

吊炮法开挖施工技术在调压井开挖中的应用

许良

610122198611073430，中国水电建设集团十五工程局有限公司，邮编712000

摘要：在水利水电工程中，竖井与斜井的开挖多运用正井法与反井法。以广西驮英水库枢纽工程为例，其灌溉发电引水隧洞调压井的开挖直径达到13.84米，开挖深度为46.182米。该区域的地质构造主要以泥质砂岩为主，围岩等级为IV类。在调压井的开挖过程中，我们采用了吊炮法施工，这种施工方法不仅提高了施工速度，还显著降低了安全风险，为项目的实施带来了显著的经济效益。

关键词：吊炮法    调压井    开挖    施工技术

1. 概述

广西左江治旱驮英水库及灌区工程是一项重要的水利基础设施，其核心组成部分为驮英水库及其灌区。该工程旨在满足灌溉和供水需求为主，同时兼顾发电等多元化利用，属大（II）型水库规模。其建设内容涵盖了多个关键工程要素，包括沥青心墙堆石拦河大坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电引水隧洞、电站厂房等主体设施。此外，还包括总长约28公里的总干渠渠首至那佳3#渡槽出口段的渠道工程，以及与之配套的机电、水土保持和环境保护等辅助工程。

关于工程的调压井设计，其位于灌溉发电引水隧洞GY1+134.000m处，采用阻抗式结构。该调压井在衬砌后的直径为12米，井底高程为190.566米，顶部高程则达到238.1米。阻抗孔的设计直径为D=2.1米。为确保调压井的稳定性和安全性，井壁采用了钢筋混凝土进行衬砌防护。具体而言，位于高程237米至217米之间的井壁围岩属于全风化至弱风化类型，其衬砌厚度为0.8米；而位于高程217米至190.566米之间的井壁围岩则为弱风化类型，其衬砌厚度为0.6米。

在调压井的开挖过程中，为确保施工安全及稳定性，采取了系统锚喷支护作为初期支护措施。喷锚混凝土的厚度控制在100至120毫米之间，砂浆锚杆的直径为Φ25，其间距为1.5×1.5米，采用梅花型布置，单根锚杆的长度为4米。其结构布置图见下附图：

以上所述的结构布置详情，可参考所附的结构布置图进行更深入的了解。广西左江治旱驮英水库及灌区工程是广西地区水利建设的重要里程碑，其设计和施工均遵循着严谨、稳重、理性的原则，旨在确保工程的安全、稳定和高效运行。在调压井的施工过程中，严格按照施工图纸和规范进行作业，确保每一道工序都符合设计要求，从而保障整个工程的质量和效益。

此外，工程还注重环保和水土保持工作，采取了一系列有效的措施，减少对环境的影响，保护当地的生态环境。同时，工程的机电、水保、环保等配套设施也经过精心设计和施工，确保工程能够长期稳定运行，为当地经济社会发展提供有力的支撑。

广西左江治旱驮英水库及灌区工程的建成将极大提升广西地区的灌溉和供水能力，为当地农业生产和居民生活提供可靠的水资源保障。同时，工程的发电功能也将为当地能源供应做出贡献，推动经济社会持续健康发展。

总之，广西左江治旱驮英水库及灌区工程是一项具有深远意义的水利工程，其严谨、稳重、理性的设计和施工理念将确保工程的高效、安全和稳定运行，为当地经济社会发展注入新的活力。

2. 调压井原计划开挖方案

调压井的开挖工作拟定在引水隧洞下游段桩号GY1+184.00m处进行。为确保施工安全，调压井顶部的土方开挖将采用反铲挖掘机进行作业，并通过自卸汽车将挖出的土方运往指定的弃渣场。对于石方开挖，计划采用LM-200反井钻机，从上至下逐步开挖导井。当导孔与下部引水隧洞连接后，将更换扩孔钻头，自下而上进行扩孔作业，形成直径为1.4米的导井。导井开挖完毕后，将进行3.5米深的溜渣井开挖。溜渣井的开挖方向为自上向下，直至与底部引水隧洞贯通。随后，将对整个断面进行扩挖，以满足设计要求。对于竖井扩挖段的石方开挖，将采用手风钻自上而下进行作业。在扩挖过程中，已开挖的导井将作为出渣通道，使用2m³侧卸装载机进行装渣，并通过10t自卸汽车将渣土运至弃渣场。在整个开挖过程中，我们将严格遵循工程安全操作规程，确保人员和设备的安全。同时，为了保障施工质量和进度，我们将加强现场管理，确保施工工序的有序进行。

在调压井开挖期间，我们还将密切关注地质变化情况，采取必要的工程措施，防止因地质变化引起的安全事故。此外，我们将定期对施工现场进行检查和维护，确保施工环境的整洁和设备的正常运行。

在完成调压井开挖后，我们将按照设计要求进行后续工序的施工，确保整个引水隧洞工程的顺利进行。我们承诺，将全力以赴，精益求精，为工程的顺利推进贡献我们的力量。

3. 优化后调压井开挖方案

  （1）为确保吊炮法开挖导井及调压井开挖石渣的顺利进行，需首先开挖灌溉发电引水隧洞下游至桩号GY1+184.00处，并完成洞内初期衬砌工作，以此构建一条运输通道。

  （2）为确保调压井在开挖过程中，施工设备和人员的安全，我们将对井口EL237.0m至232.0m段的土石方进行专业处理。具体而言，我们将采用挖掘机与破碎锤相结合的方式，进行直接开挖作业。同时，我们将调配20吨级的自卸汽车，将挖掘出的土石方运输至指定的弃渣场。待井口开挖工作完成后，我们将严格按照设计图纸的要求，进行井口段的衬砌工作，以确保在后续开挖过程中，井口的安全性和稳定性得到充分的保障。

  （3）为确保调压井中心环形布置的爆破孔施工精确无误，我们采用地质钻机进行钻孔作业，确保钻孔过程垂直度达到要求。待钻孔完成后，我们将按照自下而上的顺序进行分段装药和分段爆破作业，以完成导井（溜渣井）的开挖工作。这一流程将确保施工过程的严谨性、稳定性和安全性。

  （4）鉴于调压井所处地质环境以泥质砂岩为主，为确保在掘进过程中周边岩体的稳固性，我们对调压井的开挖方式进行了精心设计。我们采用了分段光面爆破技术，每个梯段的高度控制在2.0至2.5米之间。在钻孔环节，我们选用了TY-28型手风钻。至于石渣的开挖工作，我们则依赖SY205C型挖掘机高效完成，将挖出的石渣直接转运至溜渣井进行排渣。在整个过程中，支护工作将紧随其后，确保施工安全进行。

（5）石渣经由溜渣井滑落至灌溉发电引水隧洞内部后，我们将调派一台50侧翻装载机，辅以20吨级自卸汽车，共同协作将石渣运送至指定的弃渣场进行处置。

4. 具体的施工方法

（1）施工流程

为确保施工过程的严谨性和安全性，我们将按照以下步骤进行井筒施工：首先进行井口段的开挖工作，随后对进口段进行必要的支护措施，以确保施工过程的稳定性。接下来，我们将进行导井的开挖工作，并在完成后对调压井井身进行扩挖。最后，我们将对井身进行衬砌工作，以提高井筒的整体强度和耐用性。在整个施工过程中，我们将始终遵循理性的施工原则，确保每个步骤的顺利进行，并严格按照官方规定进行施工操作。

（2）井口段开挖

进口段垂直开挖深度为5米，为确保施工安全及效率，需根据挖掘机的作业范围实施分层挖装。针对上部2.5米深的土层，挖掘机可直接进行挖装作业；而针对下部2.5米深的岩层，则需采取分层爆破的方式进行处理。在爆破完成后，石渣需先由挖掘机翻倒至井口，再进行二次装车外运。在每层开挖完成后，必须及时进行井筒四周的系统锚喷支护工作，并立即进行井筒筒壁混凝土的施工，以确保井口四周围岩的稳定性。

（3）导井吊炮法开挖

导井的开挖方法采用深孔分段爆破技术，即吊炮法。在导井直径为2.0米的条件下，钻孔工作采取自上而下的方式一次性完成。随后，实施自下而上的分层爆破，并在洞内完成出渣作业。鉴于导井钻孔的深度较大，为确保钻孔质量并防止调压井下部抗阻孔的超挖现象，导井开挖过程中采取了以下措施：

①为确保工程的质量和安全，必须严格控制爆破孔的开孔精度。在实施钻孔作业时，每个爆破孔的初始位置必须准确无误。在钻孔过程中，必须采取有效措施防止漂钻现象的发生。完成钻孔后，所有孔位应保持平行，严禁出现交叉或开档现象，以确保爆破作业的安全性和有效性。

②在钻孔作业过程中，必须确保钻孔设备稳固牢靠，以防止设备移位或倾倒。同时，应由技术熟练的专业工人负责操作钻孔设备，确保他们以精细且稳定的手法进行钻孔作业，并控制钻机以匀速进行工作。

③在完成吊炮孔的钻孔作业之后，需进行爆破操作。在爆破之前，必须严格对吊炮孔的孔底实施封堵处理。孔底封堵的效果直接关系到后续爆破作业的效果。为确保封堵效果，需先采用与钻孔孔径精确匹配的编织袋进行封底作业。随后，利用吊绳将编织袋稳妥地固定在孔底预设的封堵位置。紧接着，将黄土倒入孔内，并使用竹竿进行充分捣实，以确保封堵层的紧密性和稳固性。在封堵长度的设置上，必须充分考虑其抗冲击能力，确保在爆破过程中能够有效承受冲击压力，保障整体作业的安全与顺利进行。

④在爆破装药过程中，务必将乳化炸药以间隔捆绑的方式稳妥地固定在竹片上。装药的结构和药量必须严格按照预先制定的爆破设计方案执行，不得有丝毫偏差。随后，以缓慢而稳定的方式，将装好的炸药送入爆破孔内。装药的长度应根据每次爆破的具体需求来确定，通常建议为2至2.5米。为确保安全，每次爆破后，封堵的长度应至少达到50厘米，建议使用粘土进行封堵操作。在整个过程中，务必保持严谨、稳重和理性的态度，确保所有操作均符合官方规定和安全标准。

⑤封堵的紧密程度直接关联到爆破的最终成效，因此，使用木棍等工具对封堵的粘土进行充分捣实是至关重要的。在进行这一操作时，必须保持高度警惕，严防对导管管或导爆索造成任何损伤，从而确保整个爆破过程既安全又高效。

（4）调压井开挖施工

在导井实现贯通之后，可随即展开调压井的挖掘工作。为确保挖掘过程的精确与安全，我们将采用光面爆破技术，自上而下，分梯段逐步进行。每个梯段的单次爆破高度将严格控制在1.5米至2.0米之间。同时，TY-28手风钻将用于制造爆破孔，以确保孔洞的精确性和爆破效果的最大化。

在爆破作业完成后，我们将利用25吨的汽车吊，将SY205C挖掘机垂直运输至施工作业面。随后，挖掘机将负责将爆破产生的石渣甩入导井，并通过导井将石渣滑落至灌溉发电引水隧洞洞内。在导井的下部，我们将使用侧翻装载机和自卸车，将爆破石渣运输至指定渣场，以确保施工现场的整洁与安全。

为确保调压井四周围岩的稳定，每完成一段开挖，我们将立即进行一段支护工作。开挖与支护工作应依次循环进行，严禁在未进行支护的情况下进行下一循环的开挖。这一严谨的施工流程，旨在确保整个调压井挖掘工程的安全与质量。

（5）竖井的支护施工

①锚杆施工：随调压井开挖高程的下降，人工利用钢钎撬除坡面上松动的浮石。采用100B潜孔钻机造孔，造孔完成后用高压风水枪将孔内岩屑冲洗干净，采用“先注浆后安装锚杆”的程序安装锚杆。锚杆在钢筋加工场加工制作成型，用50装载机运送至现场。锚杆注浆采用UBJ-1.8G型锚杆注浆机灌注，注浆管插至距孔底50mm~100mm，随砂浆的注入缓慢拔出，直至孔内砂浆饱满为止。孔内砂浆注满后立即将锚杆插入，锚杆插入后，若孔口无砂浆溢出，及时补注。

②挂网喷护施工：挂网钢筋用调直机调直后，在坡面上绑扎连接成网状，并与开挖面锚杆连接牢固。坡面及钢筋网安装验收合格后采用湿喷法喷射混凝土。喷射混凝土按分段分片依次进行，喷射顺序自下而上进行，喷射时喷头与坡面垂直，喷距控制在0.6m~1.0m范围，喷射作业紧跟开挖工作面，混凝土终凝至下一循环放炮时间不少于3h。

5. 结语

在调压井的开挖过程中，通常首选反井钻机施工法。然而，广西驮英水库枢纽工程调压井成功运用了“吊炮法”，为同类工程提供了宝贵的经验。该方法具有以下显著优点：

（1）在进行挖掘作业时，采用“吊炮法”相较于使用反井钻机施工，在速度方面具有显著优势。具体来说，反井钻机施工需要配备大型设备及相应场地，这不仅增加了施工成本，而且对专业技术要求较高，辅助工序也较为复杂。这些因素综合起来，使得施工进度难以加快。而相比之下，“吊炮法”施工所需的机具相对简单，施工准备时间较短，因此能够更快地完成挖掘任务。总体来说，在追求开挖速度的背景下，“吊炮法”施工具有明显优势。

（1）施工成本显著降低。在采用“吊炮法”进行施工时，无需依赖大型机械设备，且所需辅助工具相对较少。相较于“反井法”，该方法对施工技术人员的技术要求较低。经过详细核算，采用“吊炮法”施工至少可节约30万元的成本。

（3）安全性卓越。通过采用“吊炮法”进行导井开挖，从钻孔、装药、起爆到调压井扩孔开挖的整个过程，主要在井口这一相对安全的工作环境内完成。这一方法不仅减少了大型设备，尤其是反井钻机和龙门吊等设备的使用，从而降低了潜在的安全风险，还避免了在出渣垂直运输过程中可能遇到的危险环境。因此，该方法显著减小了安全风险。

经过综合评估，调压井的开挖方式众多，实际应用时需根据现场具体条件灵活选择。然而，在综合考虑施工安全、施工进度及成本等因素后，结合对比“吊炮法”开挖调压井施工技术，发现该法具有施工技术工艺简便、施工周期短、安全风险低、成本节约等诸多显著优势。因此，对于类似工程，建议参考借鉴“吊炮法”开挖调压井施工技术。

参考文献：

1、向红卫，文敏安，王薇。金河水电站调压井开挖施工技术管理[J].水利发电，2005（10）；

2、张广宪，徐占军。反井法施工调压井技术[J].企业技术与开发，2003（14）；

3、吴昊，水电站调压井设计与施工技术研究[J].河南水利与南水北调，2013（7）；