金添
中国水利水电第六工程局有限公司 辽宁沈阳市 110179
摘要：夏特水电站枢纽工程引水隧洞水室式调压井是工程重要施工项目，该井室设计较为特殊，为双级变径竖井，对比常规的单级竖井，本工程施工难度较大。调压井井口高程2238m，调压井总深99.17m，由上井室、连通段及下井室组成，其中上井室深40.5m，开挖直径27m，衬砌厚度2m，连通段深56.03m，开挖直径11m，衬砌厚度1m，下井室为水平城门洞型。调压井处地表基岩裸露，围岩为Pt的千枚岩夹石英片岩，云母片岩，弱风化，极薄～薄层状，岩性软弱。
关键词：调压井空腔处理；强支护技术措施应用；
前言：由于调压井围岩岩性软弱，在上井室开挖完成后，连通段发生塌方形成空腔，因空腔贯通连通段至底部出渣洞及超挖范围不明，为保证施工安全，针对现场特殊性，提出空腔回填处理后沉渣式出渣方案和强支护措施，根据后期的安全监测数据显示，处理措施安全可靠且满足施工需要。
一、施工中遇到的主要技术难点
(1)薄层～极薄层千枚岩，围岩自稳能力差导致导井塌方延伸至井室外形成超大空腔，施工安全风险大等突出问题。(2)空腔范围由上至下贯通，导致连通段不具备继续开挖条件。
二、调压井空腔处理及强支护技术措施应用
1.先回填后沉渣式开挖技术方案。(1)确定回填方案。空腔形成后，由于无法探明具体空腔范围，仅发现空腔与出渣导井形成整体且超出连通段井室断面半幅并向外延伸，造成的空腔已经不具备机械开挖条件。为保证后续具备施工条件，制定封闭空腔利用底部引水隧洞沉渣式开挖方案，即先对空腔进行回填施工，待空腔全部回填后，在引水隧洞底部进行出渣，然空腔回填料下沉，使空腔逐层显示出来的方案。(2)回填料下料系统设计。因为调压井连通段距离调压井平台高达40m，底部出渣距离平台高99m。考虑到回填料回填高度较大，会形成较大冲击力，为保证下料系统的耐用和降低冲击破坏，通过控制回填料粒径和入料速度方面进行控制。所以在回填料中应掺入粘土或粉土，并且设置缓冲挡片。经过设计，在平台设置一处下料系统，下料系统由δ=9.0mm厚Q235钢板拼装组成，钢管直径30cm，每隔9m设置一处缓冲片，两节钢管之间通过Ф25圆钢焊接连接，整个下料系统通过钢丝绳进行固定，端部孔口处设置弯头直接对准空腔中心，由于回填料包含土壤，在回填过程中会形成粉尘，在平台上方设置降尘喷雾装置。(3)回填料的选择。结合下料系统的设计理念，选用流动性较大、粒径较小、密实性较好的骨料，同时在骨料中掺入粘土或粉土，让粉土包裹骨料，降低下料系统的摩擦和对空腔的冲击，回填料分层回填，每回填20m3停止2min，启动除尘喷雾系统，降尘后再恢复空腔回填施工，直至将整个空腔回填满后停止施工。(4)出渣。出渣采用液压反铲在调压井底部引水隧洞内进行施工，出渣方量按照连通段断面进行计算，同时通过对讲机沟通保证连通段每层显现高度。
2.调压井空腔支护参数确定。结合国内外超大直径调压井的开挖支护经验，及本工程原设计支护参数，保证空腔内的支护参数能与井室原支护有机结合，采用整体式钢支撑框架结构加固。(1)空腔支护施工。因为调压井岩体相对较差，主要为Ⅴ类围岩。将每层空腔开挖揭露后，对空腔设置I18钢拱架并且与原井室I18钢拱架形成整体，同时对空腔的拱架加固成三角形，且对空腔位置由原来的6m锚杆调整为9m长锚杆，增加锚固深度，同时层与层之间由间距1m的连接筋调整为0.5m连接筋，并对空腔井壁采取挂网喷锚联合支护措施。水泥砂浆锚杆施工：锚孔孔采用履带式液压潜孔钻施工，注浆前先将注浆管插到孔底，然后退出50～100mm，通过MZ-30 注浆机开始注浆，注浆管随砂浆的注入缓慢匀速拔出，注浆深度约为孔深2/3。注浆完成后，人工将运送到施工现场的锚杆安装入孔内，并反复插捣，送至孔底，孔口用干硬性水泥砂浆封口。挂网及喷锚施工：钢筋网与壁面设计间距3～5cm，局部钢筋网设计至少与4 根锚杆连接，并保证喷射混凝土时钢筋网不晃动。相邻铺设的钢筋网应搭接，搭接时纵横钢筋网对应，搭接长度不小于200mm。(2)安全监测管理。
在整个连通段井室空腔分层开挖及支护过程中，采用多点位移计进行了空腔范围内拱架变形观测，并且结合围岩内永久应力计进行双重监测。(3)空腔揭露后预加固措施。在整个空腔分层开挖及支护完成后，对最后一层空腔范围内进行固结灌浆施工，固结灌浆孔深入岩4m，灌浆压力为1.2～2.0MPa，增加固结灌浆能充分保证后续开挖的安全和稳定，同时提高周边围岩的稳定。灌浆前先对空腔范围内先浇筑1m厚C25混凝土，浇筑混凝土期前预埋Ф90PVC管作为定向钻孔管，然后采用地质钻机进行造孔施工，分序灌浆。(4)混凝土下料系统设计。下料系统采用溜筒组成，溜筒全部采用δ=2.5mm厚Q235钢板制作成，溜筒为圆台形式，底面直径为27.5cm，顶面为20cm，每节溜筒长1.25m。溜筒底面两侧设置挂钩，顶面设置挂耳，两节溜筒之间通过挂钩和挂耳连接，溜筒连接后有效长度为0.95m，钢丝绳贯穿溜筒两侧挂耳进行连接。溜筒长度根据衬砌高度提升进行拆除，随着混凝土浇筑工作面的上升，进行溜管的拆除。钢丝绳布置在溜管及溜筒两侧。钢丝绳穿过溜管、溜筒预留吊耳，由下至上进行组装，钢丝绳型号为6×19-12（圆股），在钢丝绳与吊耳、挂耳绞结地方设置14号卡扣进行固定连接。可以通过牵引钢丝绳，实现溜筒入仓位置调整，以提高混凝土入仓质量和浇筑范围。(5)空腔区域与井室分层衬砌施工。空腔区域及井室结构全部采用钢拱架支护，空腔区域高达38m，后续开挖还剩垂直高度为18m及水平方向15m高城门洞型下井室，考虑到后续空腔下方平洞施工安全及连通段井室稳定。在固结灌浆结束后，对空腔区域和连通段井室结构进行混凝土衬砌，因不具备整体衬砌条件，所以将永久衬砌分期施工，分期衬砌能对井壁起到加固作用，提升井室的稳定性。原井室衬砌厚度为1.0m，先进行0.5m衬砌与空腔一并回填，由于井室混凝土有钢筋的存在，所以不具备滑模条件，所以通过P3015钢模板拼装一周，按照小角度进行拼装，然后采用Φ48mm*3mm钢管沿井壁环向一周布置双排落地式脚手架，脚手架起到支撑模板作用，同时每层布置平台板作为人员通道。空腔部位设置加强拉筋固定模板，空腔混凝土与结构混凝土不是同标号，回填空腔时在结构与空腔分界位置安装免拆模板作为格挡，并设置环向钢筋固定，避免免拆模板变形。混凝土浇筑过程中，为避免了混料。先进行空腔混凝土施工，混凝土浇筑通过可移动式下料系统进行分段下料，每层混凝土浇筑完成后，及时采用人工手持铁锤进行凿毛，保证凿毛后的表面与剩余50cm井室结构混凝土能良好结合。
3.施工安全技术。(1)运用施工现场自制的“垂直楼梯”下井，爬梯通过系统锚杆外漏钢筋焊接完成，跟进开挖支护同步作业完成。楼梯每隔8m设置一个休息平台，护栏外侧采用钢筋网加安全网封闭。(2)混凝土直溜系统由进料系统、溜送系统、分料系统组成。为了控制混凝土的溜送速度，确保直溜混凝土速度受控、不离析，施工中经过反复试验，研制了焊接式混凝土溜管缓冲器。
4.施工中需注意的问题。(1)回填骨料应充分拌和，控制空腔回填速度，并且严格落实防尘喷雾设置。(2)空腔回填分层开挖支护期间，工序衔接、班次安排应尽可能紧凑，同时应尽可能快速的形成开挖作业面的变形位移观测系统。空腔内拱架一定紧贴岩面加固，层与层之间拱架连接必须焊接连接，同时每隔几层设置变形观测点，每天早中晚分别进行变形位移观测系统。同时控制底部出渣速度和出渣量，保证每层空腔揭露高度在1.5m以内。(3)施工作业过程中应充分注意施工安全问题，应指派专职安全人员进行全程作业的监控，并定期对起吊设施、安全防护设施、人员上下爬梯等设施进行检查，发现问题及时整改落实。(4)应由设计人员编制专项施工期调压井安全检测技术要求和图纸等设计资料文件，以便于现场进行操作作业。(5)混凝土浇筑顺序按照先施工空腔混凝土后结构混凝土，每层浇筑时不断移动下料系统，保证混凝土均匀上升，以便于混凝土浇筑作业和浇筑质量的控制。混凝土拆模后立即开展凿毛施工，凿毛要充分，保证与后续混凝土结合面质量。
结束语：
依托该工程，实现了夏特水电站深大调压井空腔处理安全、快速开挖支护施工及分层浇筑施工技术应用，采用的空腔回填沉渣出渣处理技术手段安全可靠，对于破碎围岩深大调压井对于突发空腔提供了有效的处理手段。
参考文献：
[1] 曹勇. 福堂水电站调压井开挖与支护施工方法[J]. 水电站设计，2019（3）：65-71.
[2]周建平，党林才. 水工设计手册第8卷，水电站建筑物[M]. 北京：中国水利水电出版社，2019.