王东
中国水利水电第五工程局有限公司 四川成都 610066
摘要：引水竖井施工是电站工程重要的施工内容之一，水竖井施工的有效性和安全性,将直接影响整个电站工程的质量，因此，文章结合广东清远抽水蓄能电站引水隧道竖井开挖方法及施工工艺进行研究分析。
关键词：抽水蓄能电站；引水隧道竖井；开挖；施工工艺
1. 工程概况
广东清远抽水蓄能电站位于广东省清远市的清新县太平镇境内，地理位置位于处于珠江三角洲西北部，直线距广州75km。装机容量4×320MW。工程担负为承担广东电网调峰、填谷、调频、调相以及紧急事故备用等任务。
竖井工程位于上库进出水口下游75m处，包括1#施工支洞和引水隧洞竖井两部分工程的施工。1#施工支洞位于引水隧洞的上方(它是隧洞竖井开挖和支护材料运输的主要通道)。1#施工支洞高程为EL.533.0～595.0m，总长62m。引水隧洞竖井段高程为EL.325～533.0m,总长为208m。1#施工支洞与引水隧洞共长270m。均为圆形断面，开挖洞径10.4m。
该竖井工程通过上下弯段连接上平洞和中平洞，是整个水道系统的重要组成部分，同时也是清远抽水蓄能电站中难度最大、风险最高的工程。
竖井段以Ⅱ类围岩为主，1#施工支洞以Ⅲ类围岩为主。
2. 施工方法
2.1 开挖方法简述
根据竖井地质情况，采取先导井、后扩挖的方式，先进行导井开挖，待导井开挖完成后再进行扩挖施工。
导井开挖采用反井钻机先自上而下钻一个229mm导孔，而后在中平洞换装钻头向上反扩形成一个1400mm直径溜渣导井。
扩挖采取正向大断面一次扩挖至设计断面。
2.2 导井开挖
?本工程施工采用的主要钻孔设备为芬兰汤姆洛克生产的反井钻机,型号为Rhino400H型,其主要技术参数为:导孔直径229mm、扩孔直径1400mm,最大钻孔深度400m,工作扭矩75kN,最大扭矩99kN,扩孔拉力1920kN,钻杆直径203mm,钻杆有效长度1220mm,主机总功率100kW。监测仪器为Fle-ITG型测斜仪。
施工分四个阶段进行：准备阶段→导孔钻进阶段→扩孔阶段→收尾阶段，具体流程见工艺流程图：
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导井开挖工艺流程图
①准备阶段
具备相应水电条件后，将反井钻机安装在预先浇筑好的混凝土基础上，连接好各部分液压系统管路和电气管路，进行运转调试。
②导孔钻进阶段
驱动钻机，自上而下钻进导向孔，主轴的扭矩和推进缸的轴向进给通过钻杆传递给导孔钻头，形成逐渐加深的导向孔，导向孔直径为290mm，自钻杆中心压入的泥浆液，携带破碎的岩渣通过钻杆与导向孔间的环形空间从井口排出，导孔和中平洞贯通后，导孔施工完成。
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④收尾阶段
溜渣导井全部扩透后，经过钻头吊装、拆机//清理工作面、进口防护等工作后结束施工。
2.3 正井扩挖
正井扩挖采取自上而下一次扩挖至设计断面，扩挖直径10.4m圆形断面。正井扩挖前必须做好锁口支护及锁口砼施工。待龄期达到设计指标全面进行扩挖，人工经矿用提升系统下至掌子面采取钻孔爆破方式。每茬炮进尺控制在1.5m以内，防止爆破方量过大堵塞溜渣导井，每循环开挖完成后及时进行支护。
正井扩挖施工工艺流程为：测量放线→锁口施工→人工手风钻钻孔→装药爆破→通风排烟及安全处理→人工扒渣→锚喷支护→下一循环。
2.3.1 施工放样
竖井正向全断面扩挖施工时，为控制竖井轴线，在竖井顶部测设四个控制点（用锚筋锚入基岩形成），将成对角的两点均用弦线拉起，两弦线的交点即为竖井中心点，每次钻孔施工时，用弦线挂重锤对准该中心点，即可放出掌子面处的竖井中心点。对该四个控制点，测量人员每隔3～5个循环进行一次校核，当洞挖施工人员发现有异常时，可随时要求测量人员检查复核。
竖井高程控制采用在井壁上设高程点，用钢卷尺测量的方法进行高程的传递。
2.3.2 钻爆出渣
①钻孔爆破
引水竖井开挖钻孔爆破遵循“短进尺、弱爆破”原则。钻孔施工采用YT-28手风钻，配一字型合金钻头进行人工钻孔作业，钻孔采用湿式凿岩法。
爆破炸药选用选用直径φ32mm的乳化炸药。爆破孔装药结构：主爆孔采用不偶合装药，辅助眼及周边孔采用连续装药结构，引爆采用非电毫秒雷管引爆。
②出渣
正向扩挖出渣采取人工扒渣，通过导井溜渣至中平洞，用ZLC-50装载机，装渣，20t自卸汽车出渣。
中平洞内堆渣高度控制在≤3m范围，避免堆渣高度过高，堵塞导井出渣口，同时在中平洞下游10m范围设置安全警示标志，禁止进入。
2.3.3 通风排烟
正井扩挖施工时，溜渣导井已经贯通，具备自然通风条件。
2.3.4 安全支护
①安全处理
通风排烟后及时对岩壁进行排险处理，凿除岩壁上悬石、浮石并检查爆破断面，符合要求后，及时采取支护。在整个施工过程中，设专职安全员跟班作业。
②支护施工
正井扩挖完成后及时按设计要求进行支护处理。竖井支护顺序：施工准备→施工放样→钻锚杆孔→清孔→锚杆安装→喷C20混凝土→下循环开挖及支护
喷混凝土：施工采用湿喷法，人工操作TK961湿喷机进行施工。喷射混凝土集中由布置在高程595.0m平台的混凝土拌制机拌制。
锚杆施工：锚杆施工按照设计图纸规格、布置的钻孔位置、孔深进行施工，材料由钢筋厂集中加工运至现场，钻孔采用YT-28手风钻钻孔。
锚杆注浆采用GS20型注浆设备，人工辅助施工，注浆施工时注浆管插至距孔底50mm，随水泥浆的注入缓慢匀速拔出；注浆浆液配合比按照设计图纸要求拌制。
3. 反井钻机施工中遇到的问题与解决方法的尝试
由于地质条件不明因素多，在反井钻机扩挖至170m处（高程495.0m），发生了卡钻事故，钻机通过自身一系列调整后，钻杆与钻头均无法提升、下放、转动，为处理这一问题，工程参建人员进行了一系列方法的尝试，现列举出来，供同类工程参考：
方法①：在操作平台处通过钻机中心的预留孔，穿入绳子至中平洞底部，从底部提升炸药至卡钻部位，拟通过炸药的冲击力来松动钻头周围岩石的摩阻力，实施过程中因装药量估计不足，未能达到效果，被炸断的绳子将钻杆中心孔洞堵住，无法进行第二次引爆松动。
方法②：通过钻杆与导向孔间的环形空间往钻头处添加润滑剂，润滑剂添加完成后，钻杆仍无法提升与转动。
方法③：考虑到不清楚什么原因导致卡钻，需要探明卡钻部位的具体情况后，再研究具体的方案才切实可行，探明装置采用氢气球携带微型摄像机与微型手电筒组成简易电视摄像装置通过已完成的导井上升至卡钻部位进行取证，在氢气球上升50m后，由于氢气球表面吸附导井内的渗水量过多使得自重增加，无法继续上升。
方法④：经过反复研究后，决定在竖井开挖范围内再增加一台反井钻机另外施工一个导井（2号溜渣导井），该导井施工完成后作为检修通道，人工通过吊笼进入卡钻位置横向钻爆打通至被卡钻导井进行钻机解救，经过不懈的努力，被卡钻机成功解救，重新开钻，顺利完成导井扩挖施工。
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钻机解救示意图
4. 结束语
该工程施工难度大，通过施工实践证明施工采取反井钻机进行导井的开挖方法，确保了工程的施工安全与进度，提高了工效，从技术上是成熟的，值得借鉴和推广。下面就深竖井反井钻机施工的优势，总结出几点，供参考：
①施工安全
和其它反井施工方法相比，反井钻机施工时，工作人员不需要进入工作面，进行钻孔、装药和临时支护等工作，工作人员都在环境和安全状况较好的上部，施工人员不在受落石、淋水和有害气体的伤害，避免了安全事故的发生。
②工作效率高
反井钻机施工为机械化连续作业，速度快，比其他施工方法提高工效5-10倍。为后期施工创造了良好的条件，其综合效益显著。
③工程质量好
反井钻机采用滚刀机械破岩，对围岩破坏小，井壁光滑，有利于全断面扩挖溜渣、通风、排水。
④反井钻机采用液压传动控制，操作简单，工人劳动强度低。
渣料管理是反井钻施工中的一项空白，尤其是导孔阶段的渣料管理非常关键，建议在导孔钻进过程中，在岩渣和泥砂进入沉砂池之前把其捞出来，取样并计算其数量。这样做的好处是：可以随时掌握地下岩石情况，便于操作手及时调整钻进参数；如果这项工作能够及时完善，本工程施工中出现卡钻问题就能够避免。
通过实践证明，在反井钻机自身无法解决问题的时候，采用方法④处理卡钻问题是最基本，也是最行之有效的方法，虽然增加了施工成本，但也同时由于增加了一个溜渣导井，很大程度上避免了全断面扩挖施工时的堵塞导井问题，间接的加快了施工进度，对施工也是有利的一面。