引水系统下竖井开挖与支护施工措施

1引水系统下竖井开挖与支护施工措施1、概述引水系统下竖井包括1#引水下竖井和2#引水下竖井，是引水系统中平洞和下平洞的连接竖井。1#下竖井位于桩号引10+726.027，中心点坐标为X：65732.390，Y：76059.440；2#下竖井位于桩号引20+643.042，中心点坐标为X：65690.821，Y：76035.440。1.1开挖形式引水系统下竖井上弯段圆弧半径25.0m，圆心角88.8542°，L=38.75m。井身为▽205.005～▽28.692，L=176.313m，下弯段圆弧半径25.0m，圆心角为85.4261°，L=37.255m。其中▽195.000～▽189.000，L=6.0m为渐变段。引水系统下竖井上弯段开挖为马蹄型，上部开挖半径3.4m，下部开挖高为3.5m，底宽为5.0m。井身开挖直径：▽205.005～▽195.000为φ6.8m（F220断层带为φ7.0m），▽195.000～▽28.692为φ6.4m（F220断层带时为φ6.6m），井身渐变段开挖直径为φ6.8m～φ6.4m（1#下竖井渐变段处于F220断层带为φ7.0m～φ6.6m）。下弯段开挖为马蹄型，上部开挖半径3.2m，下部开挖高为3.3m，底宽为5.0m。1.2支护形式引水系统下竖井Ⅲ类围岩支护形式：随机锚杆，Φ22，L=300cm，入岩290cm。喷钢纤维混凝土CF25，厚10cm；Ⅳ类围岩支护形式：系统锚杆，Φ22，L=300cm，入岩290cm，＠＝150×150cm。喷钢纤维混凝土CF25，厚10cm；F220断层带支护形式：系统锚杆，Φ22，L=300cm，入岩290cm，＠＝150（100）×150cm。Φ42小导管，L=350cm，环向间距30cm。格栅钢架，14×14cm，钢架间距100cm，喷钢纤维混凝土CF25，厚20cm。1.3工程量下竖井工程量见表12下竖井工程量表表1序号项目名称单位数量备注1石方洞挖m3171282锚杆Φ22，L=3m根32363喷钢纤维混凝土CF25，厚10cmm31105F220断层带厚20cm４Φ42小导管，L=3.5m根12615格栅钢架，14×14cm榀382、地质条件引水系统下竖井断裂构造较发育，且有规模较大的F220断层通过，F220断层带具体出露位置以实际开挖暴露为准。竖井上下弯段为Ⅳ～Ⅲ类围岩；1#下竖井▽205.005～▽196.000为Ⅳ～Ⅲ类围岩，▽196.000～▽189.000为Ⅴ类围岩（F220断层带），▽189.000～▽28.692为Ⅳ～Ⅲ类围岩；2#下竖井▽205.005～▽163.000为Ⅳ～Ⅲ类围岩，▽163.000～▽153.000为Ⅴ类围岩（F220断层带），▽153.000～▽28.692为Ⅳ～Ⅲ类围岩。3、施工方案选择由于下竖井含上、下弯段深达252.318m，在完成下竖井开挖的同时还要完成下竖井上弯段顶部的扩挖及安装钢管所用桥机砼浇筑等施工，之后才能进行裸岩固结灌浆，然后进行钢管的安装及砼回填，不仅施工难度大，而且占用直线工期长，使下竖井开挖已成为本工程的次关键线路。由于进场交通洞移交工作面的推迟，其间还要通过F220断层，预计到2004年2月中旬才能开挖至9#施工支洞，在9#施工支洞开挖时还要利用9#支洞进行6#、3#、4#施工支洞的开挖，9#施工支洞开挖到引水下平洞后，要同时进行下平洞上、下四个面的开挖，相互间施工干扰较大，如果待下竖井下部开挖完成具备反井钻机开挖条件后再用反井钻机进行导井施工，则下竖井的工期将十分紧张，很可能演变成和厂房一样重要的关键线路；如果采取自上而下全断面正井法施工，则通风、排水及施工安全等问题突出，施工难度极大，为保证施工进度及施工安全，考虑从引水下层A3-5排水廊道分别向1#、2#下竖井各开挖一条施工支洞（断面为3×3.2m），作为下竖井开挖出渣通道，增加扩挖方量618.24m3，再由反井钻机钻导井，最后扩挖成型。34、施工条件4.1交通条件材料、人员由1#公路进入8#施工支洞，经中平洞到达下竖井上部井口。垂直运输：人员和材料采用卷扬牵引吊篮运输。水平运输：材料采用5t平板车运输，由1#公路进入8#施工支洞，经中平洞到达下竖井上部井口。出渣：采用扒渣机装小型农用车，经引水下层排水廊道、厂房上层排水廊道，及厂顶施工支洞运至排风竖井底部，再由966F装载机装20t自卸车运至西梅园渣场。4.2布置条件据施工现场的实际情况进行施工用风、水、电以及通风排烟、排水的施工布置。详见下竖井风、水、电布置图。4.2.1施工用风施工用风主要为扩挖时手风钻钻孔、喷射机喷混凝土等用风。最大用风量为引10+726.027引20+643.042引至排水竖井2＂供水管路1#下竖井2#下竖井排至废水处理池4＂排水管路引至500KVA变压器主动力电缆方空压机方空压机配电盘配电盘配电箱集水箱4钻孔时用风。根据施工的总耗风量计算公式：Q=αβγΣηκq式中Q—总耗风量α—管网漏风系数（管网全长小于1km，α=1.1）β—风动机械磨损使耗风量增加的系数，一般为1.1~1.15γ—高原修正系数，500m为1.05，海拔每提高100m系数增加1%η—同型号风动机具使用数量，取10台κ—同型号风动机具同时使用系数，小于等于10台取1.0~0.85q—风动机具耗风量，本工程选用YT-28钻机，耗风量为≤3.3m3/min根据计算得出，最大用风量为41.9m3（两个竖井）。供风系统选用2台20m3空压机供风即可满足施工要求。根据施工作业情况（1#和2#竖井同时钻孔施工或其中一条竖井单独钻孔施工），可选择其中一台进行供风作业（一台备用），或两台同时供风。在8#施工支洞适当位置(1#、2#中平洞之间)布置2台20m3空压机。空压机储气罐接3＂钢管引到竖井上部，根据施工进展情况逐步进入竖井井身。在距掌子面30m左右接胶管。4.2.2施工用水施工用水主要为凿岩机钻孔、喷混凝土（干喷）、喷雾降尘等，最大用水量为钻孔时用水。根据施工用水量计算公式：Q=q1+q2Q—施工用水量，升/秒q1—现场施工用水量，升/秒q1=K1Σp1·V/T1·t·8×3600K1—小时变化系数，现场施工用水取1.5p1—某种作业及其产品得用水标准，凿岩机最大为0.08升/台、秒V—年（季）度工程量，实际开挖量为17000方5T1—年（季）度有效作业日，取300天t—每天作业班数，q2—施工机具用水量，升/秒q2=K2Σp2η1/8×3600p2—施工机具台班用水量标准，手风钻最大为0.08升/台、秒η1—同一类施工机具使用台数，取10台K2—小时变化系数，取1.05~1.10根据计算得出，施工用水量为8.64m3/h，扣除供水管路损耗，供水管路选用2＂钢管即可满足施工用水要求。施工用水从排风竖井的供水管路上接2//钢管至洞内工作面。需2//钢管2250m。4.2.3施工用电施工用电主要为空压机、卷扬机等。根据工地施工用电量估算公式：W=1.10（Kc·ΣPj）/1.10（η·CoSφ）式中W—施工用电总容量ΣPj—可能投入最多施工机械用电量额定容量总和Kc—利用系数（采用0.75）η—每台电动机平均效率（采用0.86）CoSφ—电动机功率因数（采用0.80）根据计算，施工用电主线选用3×185+75mm2铝芯电缆。在8#洞适当位置（1#、2#中平洞之间）设置配电箱。施工用电主线接入配电箱。空压机电缆选用50mm2铜芯电缆，从配电箱直接取用。竖井上部井口适当位置设置配电盘，从主配电箱到配电盘用75mm2铜芯电缆连接，卷扬及照明从配电盘直接取用。施工用电从8#洞口的一局500KVA变压器上接取使用。4.2.4施工通风导井采用反井钻机施工，不需要另外配置通风设施；扩挖施工时，8#施工支洞、中平洞、导井与引水下层排水廊道、厂房上层排水廊道及厂顶施工支洞已形6成通风回路，充分利用自然条件，厂顶施工支洞进风，8#洞排风，满足通风散烟需要。4.2.5施工排水施工排水主要排除地下岩体渗水及钻孔废水。竖井顶部开挖及反井钻机施工排水：在下竖井井口附近适当位置设一集水坑，采用3″水泵通过2＂钢管将废水排至8#洞洞内集水箱内，再由22KW卧泵接4″钢管排至8#洞口已有的废水处理池内，废水处理后直接排放。竖井扩挖时施工排水：施工废水由竖井流入引水下层排水廊道内，利用廊道的自流条件，将水排至与厂顶施工支洞邻近的集水坑内，统一利用已布置的排水系统，将水排出洞外。4.2.6施工通讯竖井开挖施工中应保证良好的通讯，除采用上、下灯信号、铃信号以外，还配置井上井下磁式电话通讯。5、施工程序及方法为保证施工工期，根据现有的工作条件，下竖井采用反井法开挖，施工程序如下：开挖过程中，进行地质条件评定，采取必要的安全监测措施，根据地质预报、安全监测情况，及时采取相应的支护措施。对施工中遇到的Ⅳ、Ⅴ类围岩区域及引水下层排水廊道与下竖井间施工支洞开挖竖井顶部开挖反井钻机施工竖井前20m扩挖井架及卷扬安装竖井剩余段扩挖下弯段开挖7不良地质断面，进行超前支护，采用短进尺、小药量、弱爆破的施工方式，即减小开挖钻孔深度，减少装药量的方法，周边孔光爆，一次支护紧跟开挖面。爆破参数通过爆破试验确定。5.1引水下层排水廊道与下竖井间新增施工支洞开挖、支护及封堵5.1.1施工支洞开挖施工支洞断面为3×3.2m，开挖采用手风钻钻孔、全断面爆破、周边光面爆破的方式，施工支洞布置见附图。进行下一循环施工准备钻孔超前支护超前探测测量放线装药爆破安全处理、支护通风散烟、洒水除尘出渣开挖支护施工程序框图清底厂房上层排水廊道厂右0+006.893厂右0+056.893厂右0+106.8934.0%4.0%下竖井下竖井施工支洞布置图施工支洞需扩挖部分8施工支洞出渣采用0.4m3耙斗式电动装岩机直接装小型农用（自卸）机动车将渣运至排风竖井底部，由3.0m3装载机装20t自卸汽车出渣至西梅园渣场。开挖时，钻孔孔径为42mm，孔深2.0m，有效爆破按85％以上控制，一个开挖循环进尺约1.7m。开挖钻孔采用手风钻钻孔，人工装药，非电毫秒雷管联网起爆。不偶合系数控制在1.6～1.8，周边光面爆破线装药密度控制在150～250g/m内。崩落孔孔内装φ35乳化炸药药卷，等间距、梅花型布置；周边孔采用光面爆破，孔内装φ25乳化炸药药卷，孔间距控制在50cm以内。炮孔堵塞长度一般为40cm左右。炮孔布置如下图爆破参数如表2所示爆破设计参数设计一览表表2序号孔名钻孔参数装药参数孔径（mm）孔深（m）孔距（cm）孔数(个)药径(mm)单孔药量(kg/孔)总装药量（kg）1空孔422.212、3掏槽孔422.220-304351.24.84崩落孔422.06016351.016.05周边孔422.040-5018250.47.26底孔422.0753351.03.0合计38316543232146459断面面积：8.74m2；单耗：2.08kg/m3；开挖作业循环见表3开挖作业循环时间表表3序号项目工作时间(min)1个开挖作业循环（小时）246810121416182022241准备602钻孔3603装药、清理1204爆破、通风605出碴4806其它605.1.2施工支洞支护施工支洞支护型式为系统锚杆φ22，L=2.5m，间排距1.4×1.4m，每排5根，喷C20砼8cm，增加C20喷砼量36.29m3，φ22，L=2.5m锚杆190根。锚杆施工采用YT-28手风钻钻孔，锚杆按“先注浆后安装锚杆”的施工工艺，用MZ-1注浆机注浆，人工将插锚杆插入。喷混凝土料在1#拌和楼拌制，利用小型农用车通过5#公路运送到工地，再经厂顶施工支洞、厂房上层排水廊道、引水下层排水廊道运至喷射机前，由人工上料进行喷射。5.1.3施工支洞固结灌浆引水下竖井施工开挖完毕后，为确保安全，先对施工支洞裸岩固结灌浆，增加固结灌浆量255m。固结灌浆孔间排距1.5×3m，孔深3m，钻孔采用采用YT-27手风钻，灌浆采用BW250/50型灌浆泵灌注,浆液搅拌采用高速搅拌机拌制。灌浆按环间分序、环内加密的