反导井法在羊曲水电站导流洞闸室竖井施工中的应用

　　摘 要：导流洞闸室竖井采用反导井法施工，不仅提高施工效率，而且解决了反导井必须人工开挖的难题，更加安全可靠，为以后同类工程施工提供一定的经验和借鉴。

　　关键词：反导井法；竖井；爆破

　　1 工程概况

　　羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县交界处，库容14.724亿m3，电站总装机容量为1200MW。枢纽工程主要由拦河大坝、左岸泄洪消能建筑物和右岸引水发电建筑物等组成。其中导流洞闸室竖井中心线位于导流洞中上游（桩号导0+450.00m）处。井深约为47.15m，高程范围为？荦2667.00m～？荦2619.85m，开挖断面为：10.2m×24.4m（宽×长）。

　　闸室竖井段结构较为复杂，以弱风化千枚状板岩为主，因其上部通过根玛龙洼沟，隧洞埋深较浅，受地表风化和断层切割影响，岩体相对破碎，为Ⅳ类围岩。其中在桩号导0+308m和导0+434m分别发育F17、F5断层，并存在由F17、F5组与其它组断裂结构面组合的楔形体，局部可能产生掉块现象。

　　2 施工方案选择

　　目前竖井开挖的主要施工方法有：正向全断面开挖法、正导井法、吊篮反向开挖法、反导井法和反孔钻机法等。由于羊曲水电站导流洞闸室竖井开挖断面大（10.2m×24.4m），每循环出渣量大，但竖井深度较小，经过对比分析，最终确定在？荦2667.00m～？荦2657.00m段通过降坡手段将井挖改为明挖，为反导井法创造条件。？荦2657.00m～？荦2619.85m段采用反导井法施工，即先反向开挖直径3.2m的导井，然后再正向全段面开挖，爆破石渣通过导井溜至导流洞，由导流洞装车出渣。反导井法不仅解决了上部采用起吊系统出渣效率低下的难题，同时形成了竖向临空面，改善了爆破条件，有利于爆破施工。

　　反导井法施工具体方法为：采用QZJ-100B潜孔钻一次性造完所有爆破导井爆破孔，爆破孔贯穿导流洞闸室竖井，然后从下向上逐层装药爆破。爆破网络设计时采用毫秒微差起爆网络，严格最大单响和线装药密度，防止对井壁的破坏。

　　3 爆破参数设计

　　由于导井爆破孔均为贯穿孔，需要两端封孔，因此需要有合理的堵塞长度，以保证充分利用爆能使岩石破碎爆落；同时由于导井开挖断面较小，受岩石夹制作用、底部补偿空间等因素影响，因此选用大孔径有利于提高爆破效果。

　　3.1 炮孔布置及孔距

　　选用QZJ-100B型支架式潜孔钻，钻头直径90mm，最大钻孔深度40m，能够满足反导井钻孔要求。导井爆破爆破孔孔径为100mm，内外共布置2排，采用直行掏槽，中间为空心孔。掏槽孔共布置5个，均匀布置在空心孔四周，扩大孔共布置8个，均匀布置在周边。为了有足够的补偿空间，根据爆破理论推导公式：

　　掏槽孔至空孔孔距a1=π/4・（D2+d2）（k+1）/（2D+d）（k-1）=0.5m。

　　式中：D为空心孔直径；d为掏槽孔直径；k为岩石膨胀系数，根据经验取1.26。

　　扩大孔距掏槽孔孔距离a2=11D=11×0.1=1.1m。

　　在特殊情况下可以通过加大药量来增大a的取值，也能取得理想的爆破效果。但炮孔布置的太远，需要加大药量，对井壁一定稳定有影响。

　　3.2 装药和堵塞长度

　　单孔装药量Qd=每米装药量Q×装药长度L。

　　根据爆破原理和现场爆破试验，选定每米装药量为：掏槽孔每米装药量：坚硬岩石QQ=3.8kg/m，软岩Q=3.2kg/m；周边扩大孔每米装药量：Q=3.2kg/m，软岩Q=2.8kg/m。爆破选用2#岩石铵梯炸药或2#岩石乳化炸药。

　　装药长度的确定既要考虑岩石充分破碎爆落，又要保证爆破后井底面较平整，有利于下一次施工。经试验证明合装药长度为：

　　掏槽孔装药长度为：L1=2.2m

　　扩大孔装药长度为：L2=2.0m

　　堵塞能够充分利用爆能，防止冲炮。合理的堵塞长度与炸药品种、药卷直径、岩石性质和装药长度等因素有关。经试验证明，如果下部堵塞超过1.8m就不利于爆破漏斗的形成。如果堵塞长度小于0.6m时，容易发生冲炮，影响爆破效果。合理的堵塞长度如下：

　　掏槽孔下部堵塞长度L=10d=1m，扩大孔下部堵塞长度L=12d=1.2m，装药孔上部堵塞长度L=23d=2.3m。

　　3.3 爆破深度

　　反导井由于开挖断面较小，受岩石夹制作用较大，不能实现一次性爆破。根据爆破理论，反导井爆破是以导井底面为自由面，向下形成爆破漏斗，爆破产生的碎石借助重力坠落。经试验证明，当分段深度小于导井直径时，爆破效果较好。随分段长度增加，爆破效果逐渐变差。因此反导井合理的爆破深度为2.5～3.2m。

　　4 施工要点

　　4.1 钻孔设备选用

　　羊曲水电站导流闸室竖井以板岩为主，节理比较发育，且钻孔深度较大，约为37m，选用QZJ-100B型支架式潜孔钻，能够满足要求。但容易出现卡钻及后期岩粉吹出困难等情况。因此选用高风压供风设备，保证管线的密封性，确保风压充足、稳定。

　　4.2 炮孔检查与疏通

　　反导井采用自上而下分段爆破，炮孔需反复利用，每次爆破后，上部炮孔可能发生掉渣卡孔或堵塞材料残留孔内堵孔现象，这时应用高压气吹通或串接钢管捣通，堵孔严重时须架立钻机钻通炮孔。

　　4.3 炮孔堵塞

　　炮孔下部堵塞采用专门制作的锥形帆布填充体塞紧孔底。具体做法是：用细铁丝从导流洞闸室竖井上部穿过导井爆破孔至闸室竖井底部，施工人员从下部安装帆布填充体，撤离人员后，拉紧细铁丝，使帆布填充体封堵炮孔底部，然后向孔内填适量粘土，已达到封孔目的。锥形帆布填充体上部直径约5cm，下部直径约27cm，长度约为25cm，一般进入炮孔10～20cm。

　　5 爆破效果

　　反导井从钻孔至导井完成，每次爆破石渣均落入导流洞，岩石较为破碎，易于装运，导井井壁较为平顺，无破碎岩石残留，没有大的裂纹，超欠挖在控制范围之内，实现了预期设计目标。

　　6 结束语

　　这次反导井法在羊曲水电站闸室竖井施工中的成功应用，不仅降低了闸室竖井的施工难度，提高了施工进度，并且有一定的经济效益。说明该方法是可行的，所选的爆破参数是合理的，措施是有效的，为以后同类工程施工提供了一定的经验和借鉴。

　　参考文献

　　[1]水利水电工程施工组织手册[M].北京：水利电力出版社，1986.

　　[2]水利工程[M].北京：冶金工业出版社，1992.

　　[3]张天锡.炮孔爆破残孔长度与夹制作用浅析[J].爆破，2000.