顾鹏飞1 周滔滔2
1.四川公路桥梁建设集团有限公司(大桥工程分公司) 四川省 610000
2.四川公路桥梁建设集团有限公司 四川省 610000
摘要:长江生态系统供水法案是目前我国为了有效维持长江流域内的生态系统而不断做出的流域良性循环的一种重要解决法案方式。众所周知,水资源是整个人类的自然生命之源,如果过度合理开发利用水资源,就一定会对人类水资源环境造成不可磨灭的严重伤害,水资源是一种不可逆的再生资源,因此,我们在过度开发长江流域地区水资源的的同时候,也一定要为保持生态系统的平衡所需要提供资源相应的饮用水量。在现今工业社会当中,对于各种农业给水工程、城市所发展需要的生活需要用水,以及自然生态的需要供水等,所用的具体水量都应该是相同或并列的一个饮用水处理单元。因此,生态供水系统提出的,绝不是一个简简单单概念,而是一种新兴的流域环境的管理方法与思维,它本身更加重视环境与资源之间的内在关系,更加重视水与人以及生态之间的联系。而深水竖井就是一种很好的能够完善生态供水洞的途经,因此,深水竖井建设的方法,以及对于深水竖井建设方法的研究,就显得尤其重要。
关键词:生态供水洞深水竖井建设方法
一 关于生态供水洞
建设生态供水动是为了实现水资源的可持续利用,从而达到维持流域生态系统的目的。通过同时保护黄河流域内水生态系统的自然物理与水生化学的资源完整性,达到同时保护黄河流域内微生物和动植物等资源完整性的主要目的。一条黄河流域的自然生态系统结构是否健全?是否健康?是否完整?都突出的特点表现在人类生物的结构完整性上面。因此,推动生态供水洞的建成就刻不容缓。生态供水洞的建成不是突发奇想,我国也早已在人民代表大会上提出过此想法。绿水青山就是金山银山,国家高度重视健康硫域的建设,也把保护流域的生态健康作为了一个发展的必要性,约束性条件。由此可看出国家对于生态供水建设也是极度重视。因此深入研究生态供水洞的深水竖井建设方法,更好的完善生态供水系统刻不容缓
二 国内外深水竖井技术发展现状
2.1.国外深水竖井发展现状
近年来,随着国内全世界人民保护环境安全意识的逐渐逐步提升,以及工程综合化和机械化的迅速推进发展,国外一些发达国家的大型竖井管道开凿保护工程也逐渐开展增多。为了大大提升我国掘井的工作速度以及各井层方面面的劳动效率,各国都逐渐引起重视和不断加强了对竖井挖掘开发技术的科学研究。将发展现代化工业技术与掘井融合分为三种阶段,第一阶段是使用支护、装岩、钻眼等简单的机械工具,实现较为单一化的机械运作,第二阶段主要是引用更加先进的配套设备,从而实现平行作业。而第三阶段是发展钻井法,实现竖井的机械化运作于开发。而我们现在更趋于使用大型的远程遥控设备,控制竖井组进行远程操控作业,从而进一步的完善深水竖井的建设。对于深水竖井而言,集中化是国外主要的改革方向,全面实施集中化,有利于竖井越挖越大,促进竖井的直径以及深度的日益增加。从而更好的实现生态供水。
2.2.国内深水竖井
相对于国外的大型竖井施工技术的发展而言,我国相对落后一些。大约在上世纪50年代左右,我国的各种工业仅仅处于恢复以及发展初期。而在70年代左右,随着国内外商用竖井加工技术的不断稳步发展以及大型商用竖井井的凿开和井加工设备的不断研究开发与推广应用。例如混合型各种作业机械方式的广泛应用、抓岩机、大型重力提升机,以及大型伞形机和钻架等较为新颖的作业机械形式问世。我国也对大型多孔竖井纵深掘进以及机械化配套钻井作业系统进行了许多相关的基础科研技术攻关与应用研究,并先后取得了百项重要科研成果。以此初步研究奠定了快速工程施工的技术基础。单行自动作业这种方式虽然可以使段高精度增大,也就是可以显著的有效缩短整个工序的自动转换进行时间,但是并没有完全消除太多支护性的工序,而且有一个致命的弱点,就是企业安全度不高。而采用平行挖掘作业的这种方式,对于安全生产管理工作的技术要求相对较高,严重地也制约了对挖掘进场的机械作业能力的充分发挥。从而严重影响管道竖井的正常施工运行速度。但是在经过几十年的科研研究与发展之后,我国的建设竖井技术也得到了许多提升,以及拥有了许多独到之处。其主要特点表现在以下几个主要方面:第一点就是采用一种混合施工作业的支护方式,即取消临时施工支护,从而大量采用简化支护施工工艺,缩短施工时间。第二点,伞形爆破钻头支架自动打眼技术配合辅助爆破驱动技术,大大提高了辅助爆破的使用效果,使各种辅助爆破作业的持续时间大量得到缩减。第三点问题是如何进行有效的作业科学管理,充分发挥企业机械化加工作业的管理优势。
三 对于深水竖井建设的研究
3.1技术特点
（1）.参考深水井筒竖井开口深度以及深水井筒开口直径和当地的自然地质环境条件情况来合理制定施工设备、进度施工计划和培训施工人员。达到教学经济合理、高效率的施工
（2）.深水竖井,井筒开凿后,马上实施临时支护,待完全开挖井筒完成之后再实施永久支护。从而提升施工效率降低成本
（3）.利用断面作业优势,采用大型深入爆破
（4）.采用光面爆破技术,提升爆破效果
3.2.适用范围
（1）.本施工技术适用于良好的水流域,流域内没有多发事故。可提供良好的施工环境以及较为持久的施工时间。
（2）.适用于深水竖井开发时,井筒净直径不小于8m,最大不超过16m。
（3）.对于井筒深度无实质性要求,井筒越深越能提供稳定的施工场所以及施工时间。
（4）.井筒的涌水量不能过大,如若涌水量过大会导致机械无法正常操作,影响施工进程。严重的还会造成安全问题
3.3操作流程
对于深水井底竖井的施工操作管理流程,一般正常情况下施工是根据实际操作情况要求来设计制定的,施工的总设计方案为:前期开挖支护工作进行一个反复的正规操作循环,以前期开挖支护工作为主,待首次开挖支护工作现场准备充分就绪后,由深水井底井口向上向下开始第二次支护开挖操作。控制工程循环率管理是有效提升竖井工程建设工作效率的有效控制手段。总体深水竖井建设的核心就是进行机电设备管理,大大减少辅助影响的时间进程。核心技术包涵大断面技术、综合机械化配套以及大型爆破技术。
先注浆后安装锚杆施工工艺如下：
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关于竖井施工建设基本流程由图表表示为以下
先注浆后安装锚杆施工工艺如下：
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3.4主要技术
（1）.爆破技术
在已有的竖井开发方法中,爆破技术大约分为三种:钻爆法、冰结爆、钻井法。每种爆破方式都有不同的优缺点,对于钻爆法而言,因为其性价比较高,以及适用性较为广泛,尤其是和水流域内岩石质地较为坚硬的工程开挖。然而,钻爆法的关键是光面爆破技术,其缺点就是掏槽效果不好。爆破效率会很低。并且由于深水竖井开挖面具有一定的局限性,从而导致爆破的自由面较少。为了保证达到爆破的预期效果,通常会将炸药量装配的很大,较容易造成超挖的现象。因此复合掏槽于光面爆破就尤为关键。
(2).机械化配套
在深水竖井施工的进程中,往往采用机械化施工的方案,以此来提升效率以及速度,对打眼、出岩等关键程序进行多方面概括于总结。由此达到性能可依、相互促进配套、易维修的目的。进而提升机械化生产力。也就是在一定时间内,配备足够的劳动力与机械设备。深水竖井施工进程是由碎岩、装岩、等多个支护系统构成。因此深水竖井机械在选择时要遵循性价比高、效率可靠的原则。从而寻找合理的施工方案。进行机械化配套是深水竖井建设必不可少的,也是提升建设效率的关键所在。
(3).设备维修
关于主要技术最后一点也是最主要的就是设备维修,在深水竖井的建设过程中由于是在生态流域中进行施工作业,因此就会有大量的水会在施工时涌出。这就大大减短了机械设备的使用寿命。设备维护以及设备维修就显得尤为重要。首先需要诊断设备故障原因。对故障原因进行合理的分析以及提出维修方案。其次要做好设备的撤卸,召集专业型人才对机械进行合理的拆卸,防止在拆卸的同时对机器造成二次损坏。最后就是机械的组装与调试。在机器维修好之后要根据原有图纸进行正确的组装,防止在施工时发生安全事故。组装完成后要调试合理方能运用于施工当中。
（4）.竖井开挖施工
井口15m开挖：根据设计图纸以及现场实际地形可知，竖井井口靠河一侧由于已开挖完成的23#施工便道造成竖井EL.2354.5~EL.2339.5段15m井壁覆盖层较薄，为保证施工安全，此段开挖时需将靠河侧墙壁覆盖层一起开挖掉。此段开挖按照设计图纸尺寸自上而下分层整体开挖，采用手风钻造孔进行浅孔爆破，每层钻孔开挖高度控制在5m内。每层开挖完成后按照设计图纸及时完成支护施工。此段开挖时施工人员上下工作面采用简易爬梯。材料及设备采用25t汽车吊配合吊运。每次爆破完成后人工配合挖机将爆破石渣转运至23#施工便道，再由装载机装入自卸汽车运输至渣场。
导井施工：导井布置于竖井中部洞轴线上，采用LM-200型反井钻机钻孔，首先钻导向孔，导向孔采用导向仪控制孔向并及时纠偏，导向孔完成后更换钻头，反向扩挖形成Ф1.4m导井，导井应保证一次成型。① 反井钻机安装前的准备工作：浇筑反井钻机基础砼，基础尺寸为4×3.0m（长×宽），砼标号为C20，用来固定反井钻机并以此作为操作平台；砌筑清水池（容积约4m3）和泥浆循环池（容积约8m3），均紧邻钻机基础布置，利于导孔钻进排渣及循环供水；用钢板焊制容积为3m3的移动水箱，主要用于主机冷却循环供水。② 钻机基础砼浇筑2~3天后，在基础平台安装轻型轨道，轨距64cm，轨道下垫枕木（20×20cm，长120cm）或I20工字钢，每隔60～80cm垫一根，然后将钻机吊至轨道上，调好钻机位置，锁紧卡轨器，竖起钻架，安装后拉杆，调平钻机。
钻机调平后，用螺栓将钢垫板连接在钻架上，安装前拉杆及埋设预埋螺栓，再次调平钻机并浇筑二期砼。③ 二期砼达到一定的强度后，安装转盘吊和翻转架，对反井钻机进行调试。④ 钻机调试结束后正式进行Ф250mm导孔钻进，导孔施工时采用泥浆泵将水（或泥浆）沿钻杆内壁压入孔内，作为排渣及冷却钻头用水。石渣经排渣槽进入沉渣池，沉淀后人工捞至堆放位置。在施工过程中，如果出现塌孔、返水较小、不返水等异常情况，则需要拌制泥浆，用泥浆护壁。必要时要暂停钻井，取出钻杆后用水泥砂浆进行固结灌浆。随着导孔钻进，为控制钻孔倾斜度在要求范围内，每钻进2～3节钻杆需加一节导正钻杆。导孔施工时配置TBW850/50泥浆泵(850L/min)一台和用于输送循环冷却水的潜水泵2台。⑤ 导孔钻透地层后，在竖井下方用卸扣器将导孔钻头和异型钻杆换下，大致修平平洞顶拱的扩孔钻进范围。用吊车或装载机将钻头运至导孔下方，将上下提吊块分别同钻头、导孔钻杆固定，上下提吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面约20cm，然后固定钻头，下放导孔钻杆，拆去上下提吊块，连接扩孔钻头。在Ф1.4m扩孔钻头未全进入钻孔时，为防止钻头剧烈晃动而损坏刀具，应使用低钻压、低转速，待钻头全部钻进时，方可加压钻进。
（5）.挂网喷砼施工
根据设计图纸洞身挂网喷护支护参数为：挂网钢筋Φ8.0@20cm×20cm，喷C25混凝土，厚15cm。
第一，准备工作。① 清理岩面的浮石、墙脚的石渣和堆积物，处理好光滑岩面和超过规范规定的欠挖岩面。② 用压力风、水冲洗受喷岩面，对遇水易潮化或软化的岩层，采用压力风清理清扫岩面。③ 制作安装移动式工作平台，埋设混凝土喷厚控制标志或用在锚筋上标志层厚控制点。④ 检查好喷射混凝土设备及风、水管路是否畅通，试运行正常后，方可投入生产。洞室内更要做好通风措施和配备充足的照明。⑤ 按设计要求布置排水孔，并完成排水管安装，孔口先进行临时塞堵。⑥ 喷射混凝土拟先进行室内配合比试验及现场喷射混凝土试验，确定相应的喷护参数，然后进行喷射混凝土施工。⑦ 喷混凝土前进行地质资料的收集和整理，并配合监理人及设计地质工程师进行地质素描。
第二，挂网喷砼。施工程序为：岩面清理→挂网→设置喷厚标志→喷射混凝土→养护→清理。① 喷射砼应分段、分片依次进行，喷射顺序应自下而上。喷混凝土厚度大于8cm时，分两次进行喷护，后一层喷混凝土应在前一层终凝后进行。若终凝后再次喷射，则需要高压风水冲洗前一层喷混凝土表面。② 钢筋网（φ8.0mm@20cm×20cm）在支护工作面按结构断面制作（施工期间可根据实际情况适当调整），钢筋由吊篮运至施工部位，由人工在作业平台上铺挂绑扎，网与网之间搭接宽度不宜小于26cm，或采用点焊的方式进行焊接。③ 挂钢筋网时需待挂网锚杆施工完毕，且锚杆灌浆材料达到设计强度70%后方可进行，钢筋网需与锚杆头连接牢固，钢筋保护层厚度不小于5cm。为确保钢筋网挂设牢固，除结合系统锚杆、随机锚杆施工外，现场根据实际情况可采用φ12（或其它型号）的插筋辅助挂设固定。④ 钢筋网铺挂完成后，按照工艺程序喷射覆盖混凝土。⑤ 在喷射过程中应严防混凝土回弹，回弹出来的混凝土不能再使用，且必须从工作面上清除。
（6）.堵井的处理方法
确定溜渣导井被堵后，应立即停止溜渣和爆破开挖，防止堵塞长度增加，根据观测的堵塞情况，分析堵塞性质和堵塞严重程度，若属于开挖石渣堵塞导井，一般的处理方法如下：
人工处理法：堵井一般容易发生在导井的上口和下口。导井上口堵井多是由爆破产生的大块径石造成。可用人工系安全带配合垂直提升系统将一部分松渣清理至井上，尽可能找出堵井大石块，打爆破眼或埋炸药，进行爆破处理。
钻孔爆破法：若溜渣导井被堵较密实，上述方法难以疏通，则只有采用钻孔爆破法进行拆除处理。疏通堵井石渣的钻孔爆破方法，是采用地质钻或反井钻机在堵井石渣上钻炮孔，装入炸药，用双复式导爆索起爆网路起爆；为提高爆破效果，防止漏气，应在炸药底部放置木塞封堵，上部灌水。如果直接在堵井石渣上钻孔易卡钻，可在导井堵渣顶部两侧开挖两个2×2×2m的耳洞，在耳洞内的岩石上自上而下采用YG-300型地质钻机钻两个75mm的孔，钻孔深度超过底部堵渣体lm，钻孔位置距竖井导井边缘1m，钻孔完成后，采用Φ70的炸药将孔底距堵渣底部的1m距离炸通，堵井处理利用两侧75mm的孔，穿入直径4mm的钢丝绳至下平段，在下平段绑扎炸药，利用钢丝绳将炸药提至紧贴堵渣底部起爆。钻孔爆破法具有施工劳动条件好、操作方便、安全可靠等优点，特别适用于在竖井中部的溜井堵塞石渣的拆除。
四 应急预案
结合开挖竖井井在开挖过程施工中的特点,在竖井施工中往往存在诸多危害风险控制因素,主要类型有:①用于爆破作业堵塞过程施工中的较大危害风险控制因素;②用于火工设备材料运输存储及木材运输作业过程施工中的较大危害风险控制因素;③不良施工地质段的山体塌方施工中的较大危害风险控制因素;④用于职业健康中的危害风险因素;⑤用于施工过程用电中的风险控制因素;⑥用于车辆材料运输作业过程施工中的较大车辆风险控制因素;⑦高空物体坠落及撞伤人中的风险控制因素;⑧用于开挖竖井爆破作业堵塞竖井中的风险控制因素;⑨;特别是制定此次的应急风险预案,预案书的制定工作内容主要包括成立应急风险救援工作领导小组、应急风险救援准备工作领导小组;应急响应实施程序、救援实施原则、救援危险物资应急储备、与外界联系、应急救援演练及应急救援演练评价总结等。
4.1.应急与响应工作组职责
主要负责实施开挖挖掘支护工程施工现场安全事故发生应急抢险救援工作预案和并响应应急命令的及时下达,组织开展抢险应急救护专项工作,领导各地抢险救护行动,协调各事故应急救援工作领导小组正常工作运行。
(1)应急协调组:负责事故现场抢险所需的人力、设备、物质材料、车辆等的调配工作。
(2)疏散救护组:负责人对事故现场的应急疏散救护引导,安排事故伤员及时到场进行应急救护,保护撤离事故现场。
(3)通讯联络组:保证现场通讯联系、照明等工具和设施的完好和及时投入使用。
(4)技术保障组:针对事故原因,制定从技术上提出相应的补救措施,并对补救措施的实施情况进行指导监督。
(5)后勤服务组:负责现场应急人员的交通、生活等工作,做好伤者的救护
4.2.应急预案响应程序
(1)发生突发交通安全事故,当班人和施工员应立即向本处相关领导和其他通讯信息联络组成员报告,通讯信息联络组立即向本处应急抢险救援工作领导小组和其他本处应急抢险救援相关工作领导小组成员报告。
(2)应急救援指挥领导小组应立即启动应急预案,应急预案各工作小组立即开始响应,履行各自职责。
(3)应急疏散组和救护组人员到达目前事故现场后,应立即深入了解目前事故发生造成的洞内人员伤亡统计情况和洞内两名被困者的人员伤亡情况,并认真检查观察目前事故现场,对目前事故进展情况及时作出正确判断,并立即组织伤员抢救和人员撤离,并向救援指挥领导小组汇报。
(4)本级应急火灾救援工作方案协调指挥中心工作领导小组协调指挥小组根据本次发生火灾事故现场的实际受灾情况进行研究审议确定本级应急救灾抢险综合救援工作方案。
(5)各级应急抢险协调组根据应急抢险处理方案和发生事故现场的实际情况应当调动现场的应急设备和工作人员及时参加应急抢险和必要的应急避险事件处理,参加应急抢险的工作人员及其设备在完全保证自身安全的必要前提下以及时救人救物为主。
(6)及时疏散现场救护组将现场抢救中撤出的两名受伤医护人员及时交给现场医务人员负责进行现场疏散救护,并对撤离事故现场人员进行安全警戒,同时他们应特别注意观察事故现场的气候变化,对现场周边受伤人员也要进行及时疏散或者撤离,防止突发事故进一步发展扩大。
4.3.应急预案响应程序
（1）突发安全事故，当班施工员应立即向本处领导和通讯联络组报告，通讯联络组立即向应急救援领导小组和其他应急救援工作小组报告。
（2）应急救援指挥领导小组应立即启动应急预案，应急预案各工作小组立即开始响应，履行各自职责。
（3）疏散救护组到达事故现场后，应立即了解事故造成的人员伤亡情况和洞内被困人员情况，并认真观察事故现场，对事故情况作出判断，并立即组织伤员抢救和人员撤离，并向救援指挥领导小组汇报。
（4）救援指挥领导小组根据事故现场的情况确定抢险方案。
（5）应急协调组根据抢险方案和事故现场的情况调动现场的设备和人员参加抢险和必要的避险处理，参加抢险的人员设备在保证自身安全的前提下以救人为主。
（6）疏散救护组将抢救出的受伤人员交给医务人员进行现场救护，并对事故现场进行警戒，同时应注意事故现场的变化，对周边人员进行疏散撤离，防止事故进一步扩大。
4.4.演练
为充分验证现场应急培训准备的有效充分性、测试应急培训的科学有效性和熟练性,提高与场外应急部门的衔接协调沟通能力,每年至少进行一次应急训练与准备演习(具体训练时间根据现场施工实际情况自行确定),演习对象包括市级应急抢险救援工作领导小组和应急工作指导小组的所有工作成员。演习时,应现场设置明显的安全标识并事先明确告知不在演习进行范围内的人员,演习进行过程中,应有专门技术人员到场进行安全监督指导检查,并及时做好安全记录。
4.5.强制条文执行计划
强制性条文执行计划
强制性条文执行表号
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结束语
深水竖井的建设并非一蹴而就,需要的是极大的耐心以及合理的规划。生态系统的健全是我们生存的根本,合理推动生态供水洞深水竖井的建设刻不容缓。在建设时,要把握核心技术的操控。将科学的综合管理思想运用于其中,减少不必要的时间浪费以及经济损失。关于爆破的相关工作也要做好充足的准备,炸药量控制合理。断面选择恰当,这样才能在即安全又快速的情况下达到深水竖井的开发工作。水是生命源泉,水流域的发展也是一个国家发展的核心。相信在国家大力的推动下,社会各界人士的共同努力下。我们与大自然会达到一个共同平衡,相互依赖的美好结局。我们的生态环境也会愈发健全。
参考文献:
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[2]陈丽霞.水库输水洞竖井存在问题分析及除险加固措施[J].农业科技与信息,2020(13):102+110.
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