某电站压力管道斜井开挖施工
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摘要：某水电站压力管道地质条件极为复杂，岩体极破碎，裂隙极发育，且伴有裂隙水存在，洞室围岩稳定性极差，极易产生坍塌。对此类复杂地质条件下的压力管道斜井开挖及安全临时支护，施工难度很大，本文阐述了该水电站压力管道斜井导井及斜井扩挖施工方案。
关键词：压力管道斜井、Ⅴ类围岩、开挖及支护、施工、安全
中图分类号：TV732.4文献标识码： A
1工程概况
某水电站装机容量2×38.4MW，由挡水建筑物、泄水建筑物、7.277Km引水隧洞、调压井、调压井前后渐变段、250m压力管道、主副厂房、安装间、GIS楼、860m尾水渠等建筑物组成。
压力管道采用埋管方案，用一条主管分为对称“Y”形分岔2条支管向2台机组联合供水的方式以使水流进入厂房对称均匀。压力管道管线全长240.00m，由上平段、斜管段、下平段组成，钢管在下平段分叉。
压力管道采用钢管外包钢筋C20微膨胀砼的型式，砼衬厚除管道始端10m长之内为1.0m以外其余均为60cm。埋管外包混凝土与基岩接触部分全线管道顶部120°范围采用回填灌浆，管道围岩全断面进行固结灌浆。
2地质条件及设计支护参数：
斜管段长65.901m、倾角45°，埋深45～50m。根据设计文件：岩体主要为泥质粉砂岩及砂岩薄层，强、弱风化带厚度分别为25m和22m，围岩弱风化～新鲜，层状～薄层状结构，位于地下水位以下，围岩分类为Ⅳ1类。实际开挖过程中提示为：岩石为T23xj层深灰色薄层粉砂质泥岩、炭质页岩偶夹薄层状泥质粉砂岩，偶见层间挤压，岩石质软，并有微量裂隙水呈滴状、浸润状渗出，局部呈涌状流出，裂隙极发育，岩体极破碎，洞室围岩稳定性极差，极易产生坍塌。
3.1 施工规划及施工程序
由于压力管道的斜井坡度为45°，且地质条件极差，在无辅助手段情况下难以成井，故不适用反井钻机开挖。因此，在上弯段开挖及临时支护完成后，先采用人工从上自下开挖一个3.0×3.0m城门洞型导井，导井贯通后再自上而下人工利用YT28手风钻造孔，采用钻爆法施工，人工扒碴溜至下弯段，50C装载机装碴至下平洞口装15 T自卸汽车经2#机改道公路运至碴场。
无论是导井开挖或是斜井扩挖，施工过程中均须适时跟进并加强钻爆前超前支护及钻爆后的临时支护，以确保施工过程中人员、设备的安全。临时支护措施为：钻爆前超前锚杆、钻爆后及时素喷C20砼封闭岩面，再架工字钢或格栅拱架并进行锚喷临时支护。遇垮塌部位及时回填灌浆进行充填，防止垮塌进一步加大。
3 .2 施工布置
3.2.1 施工道路
导井施工及斜井扩挖时人员及材料运输道路为：上平段 6#+1支洞6#支洞洞外；斜井扩挖出碴道路为：下平段 2#机改道公路 尾水反坡段、渐变段乡村道路 碴场。
3.2.2施工供风、供水、电
施工用风、水、电均由上、下平段就近位置直接引入工作面即可。
3.3.3通风散烟
斜井导井施工时采用压入式通风，导井贯通后为自然通风。
3.3.4施工排水
导井施工排水由潜水泵抽至6#+1支洞后自流出洞外溪沟内，扩挖时由下平洞自流至洞口，由潜水泵经集水坑抽排至溪沟内。
3.4开挖施工方法
3.4.1导井施工
从斜井扩挖施工安全角度考虑，斜井导井采用正井法上导井施工，开挖时保证顶部按设计断面开挖，并及时跟井临时支护，以减少扩挖时的重复支护和对顶部的扰动。
卷扬机选型为JM-5型电动卷扬机。
1、钻爆开挖
人工持YT-28手风钻钻孔，周边光面爆破，契形掏槽方式，孔深1～1.2m，周边孔孔距30～40cm，崩落孔间距50～70cm，人工装药2#岩石乳化炸药，非电毫秒雷管爆破，周边孔原则上用导爆索光面爆破。局部段内由人工持镐直接挖凿成型。人工装自制装碴料斗，由由卷扬机提升系统经槽钢轨道拖至上弯段卸料，胶轮斗车接料运至附近存放，装载机装15T汽车运至碴场。
2、安全支护
由于导井开挖支护的重要性及本处地质条件的特殊性，对整个斜井段导井开挖坚持超前锚杆、锚喷支护、工字钢拱架或格栅拱架相结合的支护原则。支护参数为：钻爆前在开挖边线以外10cm按4～5°打入Φ25@30cm，L=3m超前锚杆，超前锚杆压接长度以不小于150cm为宜；爆破后立即喷5cm厚C20砼封闭岩面，按70cm左右间距架设钢筋格栅拱架，打入Φ25，L=3m锁脚及固拱锚杆，加挂φ6.5mm@20×20cm钢筋网，再喷10cm厚C20砼进行支护；对特差地质条件洞段，将超前锚杆改为注浆花管，打入后及时注浆预固结，然后再钻爆开挖并支护，或将格栅拱架改为I16工字钢拱架。
为了保证导井顶部在后期扩挖过程中的安全，顶部锁拱锚杆施工质量尤为关键，不仅要保证锚入深度，并且要保证药卷的饱满度，锚杆与拱架之间的焊接质量也至关重要。
3.4.2斜井扩挖施工
斜井导井开挖、支护完成后，进行压力管道斜井扩挖施工。因地质条件差，由下至上扩挖安全威胁太大，只采用单头进尺多断面（垂直于轴线方向）同时跟扩挖的方式进行。
扩挖过程中，将上半圆有意识的领先一定距离，让导井口始终略低于后面，以利将扒碴面形成个前低后高的面。
1、爆破扩挖
人工持YT-28手风钻钻孔，周边光面爆破，契形掏槽方式，孔深1.5～1.8m，周边孔孔距40～60cm，辅助孔间距70～90cm，人工装药2#岩石乳化炸药，非电毫秒雷管爆破，周边孔原则上用导爆索光面爆破。局部段内由人工持镐直接挖凿成型。
2、安全支护及清碴
爆破后人工及时扒除两侧边墙部位爆碴，及时喷5cm厚C20砼进行岩面封闭，人工抬格栅拱架至工作面沿原导井顶拱拱架对应分段顺弧接下，然后根据需要打、灌Φ25，L=3m锁拱锚杆，与拱架作牢固焊接后，再加挂φ6.5mm@20×20cm钢筋网片，再喷10cm厚C20砼进行支护。为尽可能保证拱架的整体性，将拱架断面垂直于轴线方向，整榀拱架分2～3次接下。然后再人工扒除撑子面爆碴沿导井溜下。
实际施工过程中，因斜井坡度为45°，且岩石为薄层粉砂质泥岩、炭质页岩偶夹薄层状泥质粉砂岩，岩石质软，爆碴难以沿溜碴面自然溜至下弯段出碴面，经常有将导井堵住的现象发生。所以采用了水力冲碴的方法，很好的解决了这一难题，使人的劳动强度也得到了很大程度上的降低。
4质量与安全控制
1、安全方面
爆破过程中，“短进尺、多循环、弱爆破、强支护、循序渐井”的原则必须贯彻始终，安全支护参数的确定和支护的及时性必须有效予以落实，切忌盲目追求进尺而忽略安全。
施工过程中，每位施工人员上、下斜井都应有意识地对沿途已支护好的部位进行观察，对变形部位及时告知相关人员，以便对其进行及时有效的处理，保证施工人员和施工设备的安全。
施工设备选型必须满足施工需要，且要保证相应的安全系数。使用过程中必须专人负责，严格按操作规程进行操作。
2、质量方面
锚杆、挂网、喷砼的质量必须严格把关。拱架的焊接质量关系到整榀拱架的整体性，进而也关系到整个斜井在开挖过程中、压力钢管运输和安装过程中以及后期回填砼施工的长期安全。焊接后就由质检人员进行严格把关，不合格焊缝未经处理不进行下道工序施工。
因压力管道开挖牵涉到后期压力钢管运输，所有钢管均须由下平洞拉进并逐节到位，则要求开挖断面绝不能有欠挖现象存在，且处理欠挖对已支护好拱架等均有相当大的安全威胁。因此在开挖控制过程中有意识对开挖断面在设计断面基础上进行半径增加15cm左右放大，以保证后期压力钢管的顺利运输。
5结语
在施工过程中，针对本工程地质情况的特殊性，采取上导井开挖，然后进行斜井扩挖并及时跟井安全支护的施工方案，在支护过程中针对特殊洞段采用了注浆花管先注浆后开挖或在支护后再注浆等系列措施，目前压力钢管已全部安装完毕，斜管段、上、下弯段、回填砼已全部浇筑完毕，施工过程中无人员、设备安全事故发生。实践证明：在此种复杂地质条件、特殊结构的压力管道斜井开挖过程中，所采取的质量、安全措施是行之有效的，所选定的支护参数也是可行的。