海南琼中抽水蓄能电站斜井开挖施工技术

开挖成形，并且通过改善爆破参数和控制反井钻机施工精度来降低溜渣井堵塞和减小扒渣量，即省去溜渣导 井形成后从下至上的一次反井法扩挖施工及提升系统拆除等施工环节，降低施工安全风险的同时.提高施工

总体效率。【关键词】长斜井反导井施工方法安全装置F有地下水，局部地下渗水集中，整体地质条件较差。1工程概况2提升系统布置方案1.1工程特性海南琼中抽水蓄能电站位于海南省琼中县境内，安 装有3台单机容量200MW的可逆式水泵水轮发电机组，

斜井提升系统主要包括井口平台、提升设备等

部分。总容量600MW,为口等大(2)型工程。枢纽建筑物主要 由上水库、输水系统、发电厂房及下水库等4部分组成。引水隧洞一级斜井长247.958m,二级斜井长

2. 1 井口平台井口平台根据《钢结构设计规范》(GB 50017—

227.118m,均由上弯段、直线段、下弯段组成，直线段 倾角均为55°。一级斜井直线段长192.461m,上弯段长 为27.299m、下弯段长为28.198m；二级斜井直线段长 170. 122m,上弯段长为28. 198m、下弯段长为 28.798m,斜井开挖断面为圆形断面，开挖洞径均 为 09. 6mo1.2地质条件海南琼中抽水蓄能电站一级斜井大部分为n ~ni2003),结合以往施工经验自行设计、加工。井口平台 由工字钢做骨架，上面满铺钢板。平台下用36根6寸

钢管做支撑立柱，立柱底部与基础混凝土预埋钢板焊 接，平台周边安装防护栏杆。井口平台布置详见图1。2.2提升设备斜井直线段开挖、支护施工所需小型设备和材料的 运送，采用提升设备牵引运输小车来完成。扩挖施工所 需作业平台，亦由提升设备牵引下放至掌子面。根据《建筑卷扬机》(GB/T 1955—2008)的相关规

(1) 类围岩，局部断层贯穿，围岩破碎。二级斜井ii- in (1)类围岩长65m,占二级斜井总长的28.6%; DI(2) 类围岩长110m,占二级斜井总长的48.4%； IV类 围岩长52.118m,占二级斜井总长的23%。两条斜井多

条断层和岩脉穿过，围岩破碎，节理发育，均不同程度

定，并参照类似工程的成功经验，提升设备选用符合

《煤矿用JTP型提升绞车安全检验规范》(AQ 1033-

2007)的单绳缠绕式绞车。绞车采用新购的12.5t和15t无级变速绞车，绞车 的参数和技术要求见表1»[1]• 1 •地下工程00提升运输小车钢丝细（规格\"32mm〉o0g61o.0+012.5t0双筒绞车基础90转向潸轮 扩挖台车平衡轮

+0而

-\\运输小车nr»\\平禽轮提升运输小车? 115t单筒绞车基础15t单筒绞车基础襲提升扩扭台车毅

转向潸給施工支洞4n7提升扩挖台车钢丝绳（规格“40mm）Ht^

口#

图1斜井提升系统与绞车安装扩挖布置图（2） 平台运输轨道布置。扩挖台车及运输小车采用

表1

绞车的参数和技术要求表同一轨道运行，在安装扩挖台车前首先要进行轨道安

装。轨道使用P38钢轨，轨距4.5m。轨道使用锚杆固

项目参数参数备注定、安装。轨道随着掌子面的开挖向下延伸。斜井直线 最大牵引力150kN段又分固定轨道及活动轨道两种，固定轨道安装在距掌 15t单筒绞车最大行驶速度0. 75m/s子面至少30m以外，活动轨道在每排炮爆破后安装。JTP1. 6X1. 5P钢丝绳直径40mm（3） 安全装置。按照《水电水利工程施工通用安全技

容绳量344m双层术规程》（DL/T 5370—2007）第9. 2.3条第二款及《水电 最大牵引力125kN水利工程斜井竖井施工规范》（DL/T 5407—2009）第 12. 5t双筒绞车最大行驶速度0. 80m/s12. 0. 5条的规定，本方案提升系统设置以下安全装置：2JTP1. 6X1. 2P钢丝绳直径32mm1） 限位保护装置。运输小车在井口平台设置限位

容绳量343m三层器，机械和光电限位器各一组。限位器信号线采用五芯 线，下限位器信号线沿斜井一侧人员上、下楼梯布置并 设计制造厂家生产的提升机必须符合国

家规程、规范要求；绞车为可调速（无级 固定牢固。变速），工作级别为重级；厂家在配备电器

2） 牵引失效保护装置。牵引钢丝绳在靠近扩挖平台/

设备时要充分考虑海南地区湿度大、洞内 运输小车动滑轮的地方，分别在动滑轮两侧的钢丝绳上 空气污染大等特点；绞车出绳方向为下出 各布置一根安全绳，安全绳一端和牵引钢丝绳用U形卡

绳；要求设计有专用的起吊吊点。要求绞

连接，另一端固定在运输小车车体底盘上。安全绳要留 技术要求车配有两套制动系统：两级盘式制动器； 要求绞车配有限位器、超速器、限载装置、 有一定的裕量，安全绳裕量要能够保证运输小车动滑轮

排绳器；电气控制要求配有过载保护、过

对调整两侧的钢丝绳不产生任何影响。当发生断绳时, 流保护、通信信号、紧急安全开关，所有 未断绳一侧的安全绳将被拉紧，从而达到制动的要求。电器必须为防水型产品；有两套操作柜： 3） 信号联络系统。扩挖平台/运输小车上安装有电

一套为单动柜，一套为联动柜；操作柜与

铃，同时绞车操作工和扩挖平台/运输小车上的指挥人

绞车安装位置之间要求可移动25m员可通过手持对讲机进行联系。2.3提升系统布置4） 紧急安全开关。在运输小车、绞车上均设置紧

急安全开关，在紧急情况下，可通过开关直接将绞车断

（1）总体布置。每条斜井布置3台无级变速单绳缠

电制动，停止运行。绕式绞车作为提升设备。其中2台15t单筒绞车分别布

5） 过速保护装置、超载保护装置及供电控制柜。

置在平洞两侧，牵引扩挖平台作为开挖人员作业、摆放 生产厂家在绞车上安装有过速保护装置、超载保护装置 机具和堆放少量材料的施工平台。另外1台12.5t双筒 及供电控制柜，使绞车在超过规定速度、超载或电路系 绞车布置在平洞右侧，牵引运输小车搭载操作人员、材

统漏电、短路、过电流、欠电压等异常情况时，自动将

料至扩挖平台进行施工。钢丝绳锁紧，使提升系统停止运作。・2・海南琼中抽水蓄能电站斜井开挖施工技术挖，然后进行直线段开挖。斜井上、下弯段开挖采用手

3施工程序斜井总体开挖顺序：先进行上、下弯段开挖及扩

风钻钻孔爆破施工，斜井直线段开挖采用反井钻机施工

02.0m的导井，再用手风钻以正井法扩挖至设计断面。 斜井导井开挖见图2；斜井提升系统与扩挖布置见图3。装地脚螺栓，然后浇筑二期混凝土固定。待钻机基础和

4施工方法4.1反井钻机导井施工本次反井施工采用LM- 250型反井钻，反井钻施

预留孔槽二期混凝土达到设计强度的70%后，安装转盘

吊和翻转架，再调平钻机。先导孔施工时，用高压泵将 水压入孔内，作为排渣及冷却钻头用水，导孔内钻出的

岩粉进入沉渣池，沉淀后人工挖至堆放位置。导井的位

置直接关系到扒渣量的大小，导井位置的合理确定将有 效加快斜井开挖速度。为确保先导孔的钻孔精度，控制

工分为先导孔施工、扩孔施工两个步骤，反井钻机施工

工艺流程见图4。先导孔偏斜率，反井钻施钻时应遵循以下原则：(1)先导孔施工。根据测量定位，先浇筑钻机施工

平台基础，基础浇筑完成后，安装反井钻机底座，并安

1)施工过程中往往受钻机安装精度、钻压、钻进

速度、地质情况、钻进深度等因素影响，反井钻机在贯• 3 •—地下工程施工钻孔速度为0.5-0. 7m/h,钻压为800〜1200kN,

转速为7〜8r/min,回转扭矩50〜60kN • m。在卸钻杆过程中，钻杆接头无法松动时，使用辅

助卸扣辅助动力水龙头反转。如果使用辅助卸扣装置 也不能松动接头时，则在待松动的接头四周用氧焊烘

烤，边烘烤边反转动力水龙头直至松动为止。如果使

用氧焊烘烤还是不能松动接头时，则在第一根钻杆的 下边缘用钢锯锯除2〜3mm,再反转动力水龙头松动

接头。(3) 完孔。当钻头钻至距基础2.5m时，要降低钻

压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现

象。如果基础四周出现裂缝，则停止钻进，停机，小心

将钻头固定。在确保安全时小心拆除钻机。最后用风镐 挖掉松动基岩，取出钻头。图4反井钻机施工工艺流程图(4) 拆机。钻机正常结束施工后，将扩孔钻头卡固

在钢轨上，拆掉钻机的前后斜拉杆和各种油管，将主机 通斜井后底部钻头往往会偏离设计钻进轴线位置，如果 从钻架上拆掉，将钻架主机车和一些辅助设备拆下。将

偏向斜井顶拱位置，会导致斜井开挖至井底时掘进速度

扩孔钻头吊牢，将轨道拆掉，再将钻头提出孔外。®放缓，扒渣量大幅提升。因此，施工过程中应根据地质

条件合理控制反井钻机掘进速度，及时安装稳定钻杆， 4.2斜井石方扩挖将导井施工的偏差降到最小。(1) 井口开挖。反井钻机拆除后，即进行斜井上弯 2) 为减小后续开挖施工时的扒渣量，先导孔在靠 段剩余部分和直线段前30m范围的扩挖。扩挖采用手风

近开挖线底部、距斜井中心1.0m位置开孔，开孔角度 钻。出渣采用自卸车出渣和导井溜渣相结合的办法。扩 为 54. 5。。挖过程中，在斜井左侧岩壁安装钢制楼梯，作为人员

3) 开孔钻具组：先接6根稳定钻杆，随后接3根 上、下斜井的通道。W普通钻杆，接1根稳定钻杆，再放3根普通钻杆，1根 挖完后，安装临时轨道，将制作好的运输小车、扩 稳定钻杆，共使用稳定钻杆8根。也挖台车沿轨道放入斜井中，用锚杆固定牢靠，再在上弯

4) 先导孔开孔时的钻孔速度控制在0.5-0. 8m/h, 段安装井口固定平台。推进力为20〜150kN；转速为12~18r/min；正常钻孔 (2) 直线段扩挖。过程中为1.0〜1.5m/h,推进力为250〜270kN,转速 1) 井口平台安装完成后，安装在平洞的绞车引岀

为15〜20r/min,回转扭矩5〜15kN • m。的钢丝绳，穿过井口平台上的滑轮组，分别与运输小

5) 钻孔倾斜度测量：开孔钻具组钻进1〜2m校核

车、扩挖台车连接牵引其上下移动。扩挖平台从上往下

一次开孔倾角(用全站仪测量)，第一次换钻头或钻进

移至掌子面，开始钻孔作业前，绞车将牵引钢丝绳锁 100m左右测斜一次；钻孔过程中视实际情况决定是否

紧.然后，另用钢丝绳将扩挖平台与固定轨道的锚杆系

增加测量次数。牢，作为绞车断绳保护装置。另将扩挖平台上的井盖放 6) 导孔在距离孔底约有5〜8m时，为防止石块坠

下，盖住¢2.0m导井，防止人员落入井中。全部安全

落伤人，在下平洞入口位置设置围栏，禁止人员进入。措施完成后，作业人员方可开始施工。(2)扩孔钻进。2) 溜渣井直径较小，如果布孔间距太大，造成爆

1) 02.0m扩孔钻头连接。导孔钻透后，将扩孔钻

破后石渣块径较大，容易堵塞溜渣井。布孔间距太小，

头和导孔钻头拆卸工具运到下口。通过对讲机或电话上

打孔时间过长，炸药及起爆器材使用量大，不利于成本

下联系，配合拆下导孔钻头，接上扩孔钻头。控制。开挖进尺的大小决定了每循环爆破后的石渣量， 2) 在扩孔钻头还未全部进入钻孔时，为防止钻头

进尺过大，爆破后大量的石渣会在瞬间将溜渣井井口堵

剧烈晃动而损坏刀具，应使用低钻压、低转速，待钻头

塞，给施工带来较大的安全隐患。通过生产性试验及现

全部钻进时，方可加压钻进。场实际施工总结，适合斜井02.0m溜渣孔全断面开挖 3) 卸钻杆。钻杆上升过程中，待第二根钻杆上卡 施工的布孔参数设定为每排炮进尺不大于2m,周边孔 位升至卡座上方约20cm,卡住第二根钻杆的上卡位，

间距为50cm,主爆孔间距为80cm,排距60〜70cm, 下降动力水龙头，使下卡进入卡座内，反转动力水龙头

间、排距允许最大偏差不超过5cm。直线段扩挖采用手 一圈，固定第二根钻杆，即可进行扩孔钻进。正常扩孔

风钻造孔，032mm岩石乳化炸药爆破开挖。炮孔方向• 4 •海南琼中抽水蓄能电站斜井开挖施工技术平行于导孔轴线，扩挖后达到设计断面尺寸。爆破设计 详见图5。为防止导井堵塞，斜井下弯段集渣场在溜渣

证的炮工严格按批准的钻爆设计进行施工，并严格遵守 爆破安全操作规程。结束后，尽快组织出渣。光爆孔将小药卷捆绑于竹片上间隔装药。崩落孔和 其他爆破孔装药要密实，堵塞良好，按照爆破设计图进 行装药，用非电雷管联结起爆网络，最后由炮工和值班 技术员复核检査，确认无误，撤离人员和设备，炮工负 责引爆。光面爆破须达到以下要求：1) 钻孔孔口位置、角度和孔深应符合爆破设计的

要求。2) 除不良地质段外，炮眼残孔率应在80%以上。3) 相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震

裂隙。4) 相邻两茬炮之间台阶的错台不应大于15cm。5结语海南琼中抽水蓄能电站一、二级斜井采用02m反 导井一次扩挖施工方法较常规采用两次扩挖的施工方

法，省去一次扩挖施工时提升系统布置、一次扩挖施工

及提升系统拆除等施工环节，降低施工安全风险的同 时，节省一次扩挖施工时间，提高斜井开挖总体施工效

4.3相关控制要求率。一级斜井开挖支护计划节点完成时间为2016年6 月30 H ,实际完成时间为2016年5月25 H ,节省工期

(1) 测量放线。洞内导线控制网和施工测量放样的

仪器均采用全站仪，由测量专业人员实施。扩挖每排炮 后进行斜井中心线、设计规格线检查，并根据爆破设计

参数点布孔。开挖断面检查在喷混凝土前进行，检查间

距5m。定期进行导线点检查、复测，确保测量控制精

36d；二级斜井开挖支护计划节点完成时间为2016年2 月20 0 ,实际完成时间为2016年1月20日，节省工 期 31do实践证明，斜井采用02.0m反导井一次扩挖施工

方法，可减少斜井开挖环节，加快施工进度，确保电站 发电目标，降低施工成本的同时，保证业主按期发电。

度。同时，随斜井开挖、支护进度，每隔10m在两侧洞 壁设一明显的桩号标志，并做好保护。(2) 钻孔作业。由熟练钻工严格按照测量定出的开

挖轮廓线进行钻孔，各钻工分区、分部位定人定位施 钻。每排炮由值班技术员按“平、直、齐”的要求进行

另外，通过改善爆破参数，控制反井钻机施工进度和位 置，降低了斜井溜渣孔堵塞率，获得良好社会效益。参考文献检査，做到炮孔的孔底落在爆破规定的同一个垂直断面 上；为了减少超挖，周边孔的外偏角控制在设备所能达 到的最小角度。周边孔应在断面轮廓线上开孔，其他炮 孔孔位偏差不得大于5cm。扩挖轮廓线均采用光面爆

破。光面爆破是控制洞室开挖规格的重要手段，其质量

的好坏将直接决定洞室开挖规格的优劣，因此严格控制 钻孔精度是保证开挖质量的前提。(3) 装药爆破。装药前用高压风冲扫炮孔，炮孔经

检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞和 起爆网路的联线应由经考核合格并持有爆破员作业资格

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水斜井开挖及支护工程施工技术EJ1水利水电施 工，2017 (2).[3] 金治华，王艳军，李志红.反井钻机在竖井或斜井

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