斜(竖)井施工技巧分享

在抽水蓄能电站地下洞室群中，常见的斜(竖)井主要有引水系统中的长斜井、进出水口的闸门井、厂房的通风排烟竖井及交通井等。由于斜(竖)井的施工工作面窄小、通风困难，施工人员高空作业、受到炮烟、落石、淋水和粉尘的危害等不安全因素较多，因此斜(竖)井的施工素有“咽喉工程、死亡之谷”之称。

5.3.2.1　斜(竖)井的导井施工

斜(竖)井的开挖一般采用“先导井、后扩挖”法。导井的开挖施工，主要有吊篮正导井开挖法、吊篮反导井钻爆法、VCR 爆破法、反井钻机开挖法和爬罐钻爆法等。

(1)吊篮正导井开挖法。

吊篮正导井开挖法即采用手风钻自上而下实施钻爆开挖，并采用吊篮出渣，如图5-2所示。

图5-2　吊篮正导井开挖法示意图

吊篮正导井开挖法在钻孔作业时相对安全，但爆破后由于施工人员在井底装渣，采用吊篮自下而上吊渣出井时，有落石的危险，且由于是人工装渣，施工速度慢，仅适宜于竖井深度较小的导井开挖。在抽水蓄能电站的斜(竖)井开挖中，正导井开挖法常综合应用于斜井的爬罐钻爆法施工中，即在自下而上实施爬罐钻爆法开挖反导井的过程中，同时按正导井法自上而下开挖部分导井，以减少爬罐钻爆法施工反导井的长度，以利缩短工期。

(2)吊篮反导井钻爆法。

在井的上口平台利用地质钻机平行井的轴线自上而下钻设两个导孔，然后在井上口平台安装卷扬系统，将卷扬机的钢丝绳沿其中一个孔向下投放，在井的下方安装作业平台(即吊篮)，另一个孔则自上而下投放风管、水管、电缆及通信等管(线路)至作业平台。通过卷扬系统牵引作业平台，施工人员在作业平台上，利用手风钻向上进行钻孔，钻孔完成后进行装药、联网作业，然后，撤出作业平台，实施爆破。在井的下方出渣完成后，重新安装作业平台，继续进行钻爆作业，如图5-3所示。

图5-3　吊篮反导井开挖法示意图

吊篮反导井钻爆法投入的大型设备较少，且通过导井向下溜渣，施工速度明显快于吊篮正导井钻爆法。但施工人员需站在吊篮平台向上进行钻孔作业，难度高于正导井钻爆法，而且，对两个导孔的精度也要求较高，即导孔应与导井轴线基本平行，否则作业平台无法安装。因此该方法适应于井深较短(一般以不超过50m～60m为宜)的斜井或竖井开挖。

(3)VCR 爆破法。

VCR 爆破法也称深孔导井爆破法，即在井的上口平台对导井进行全断面钻孔，所有钻孔均应钻穿整个井段，孔向与导井轴线平行。然后自下而上分段装药爆破，直至导井贯通。由于爆破孔为贯穿孔，每段装药上下端均需进行封孔，以保证充分利用爆能使岩石破碎爆落，如图5-4所示。

VCR 爆破法与吊篮反导井钻爆法相比，免去了导井内的人工钻孔作业，在施工安全上更有保障，但VCR 爆破法是一次性钻完导井全部爆破孔，对钻孔精度的要求较高，否则孔与孔之间在孔的中下部可能空中交叉而导致串孔，影响装药和爆破效果，所以VCR 爆破法适用抽水蓄能电站的进出水口闸门井、泄放洞闸门井等井深较短的井段开挖。

图5-4　VCR爆破法开挖法示意图

(4)反井钻机法。(www.xing528.com)

反井钻机法是一种较为先进的斜(竖)井开挖方式，分为先导孔施工、扩孔施工两个步骤，如图5-5(a)、(b)所示。

图5-5　反井钻机法开挖法示意图

①先导孔施工。

先导孔施工一般先在井口浇筑基础混凝土，然后测量定位，安装钻机，沿导井轴线钻自上而下钻设先导孔，钻孔初始以及钻进的不同过程中，加强钻孔孔向、孔斜的测量，确保先导孔的钻孔精度，防止先导孔发生偏斜。

②扩孔施工。

国内的反井钻机一般采用直径为1.4m扩孔钻头进行扩孔，即在导孔钻穿后，在斜(竖)井底部安装扩孔钻头，自下而上进行扩孔施工，直至整个导井贯通。

利用反井钻法施作导井，施工人员不必身处开挖工作面上作业，只需在上部钻机平台操纵钻机即可，因此，反井钻法具有工作环境好、施工安全性高、劳动强度低、施工进度快等优点。

但反井钻机法也存在不足之处:一是国产反井钻机所形成的导孔直径仅有1.4m，如直接作为扩挖的溜渣通道其直径偏小，导孔易造成堵塞，所以一般需对导孔进行一次扩挖，如图5-5(c)所示，扩挖后的导井直径为3.0m左右，因此施工人员仍需下井进行扩挖钻爆作业，安全性自然有所下降;二是反井钻机对先导孔的钻进精度同样要求较高，国产反井钻机先导孔的钻进精度为1.0%～1.2%，而对于抽水蓄能电站引水系统的长斜井而言，其斜井长一般达300m～400m，断面直径一般为5.0m～6.0m，如采用反井钻机钻设先导孔，其孔底偏差将达到3m～4.8m，则先导孔的孔底很有可能钻至设计断面之外而不得不大量超挖斜井的下反弧段，方能安装扩孔钻头。所以反井钻机用在抽水蓄能电站引水系统的长斜井的案例并不多(惠州、蒲石河等抽水蓄能电站引水系统的斜井采用了反井钻机施作先导井)，而是多用在井深不大于300m的竖井开挖上，或是与爬罐钻爆法综合用于斜井的导井施工上。

(5)爬罐钻爆法。

爬罐钻爆法采用爬罐作为作业平台，自下而上实施导井的钻爆开挖，爬罐以瑞典生产的阿里马克爬罐居多，如图5-6所示。爬罐钻爆法劳动强度低，适用性强，开挖速度较快，已成为长斜井导井开挖的主要方式之一。

图5-6　斜井反导井爬罐钻爆法开挖示意图

但采用爬罐钻爆法开挖斜井导井时，作业环节较多，每个循环必须铺设钢轨和风、水、电管路，然后进行钻孔、爆破、出渣，施工人员必须亲自到掌子面进行钻孔、装药、铺设钢轨及其他管路等工作，而由于导井洞径小、通风排烟条件差，掌子面作业环境差，安全难以得到保障。有资料表明，当爬罐上升超过250m，且洞内气压低于外界时，洞内排烟除尘困难，易形成“雾”云从而影响测量放线，同时，随着爬罐的上升，虽然通过加强通风可有效改善掌子面的空气状况，但自井下方通往掌子面的通道却往往氧气缺乏，人员上下交通时需配备氧气瓶(或氧气袋)，否则易导致人员窒息。所以当斜井较长时，为缩短井的贯通时间，同时也为了避开爬罐上升至一定高度所形成上述的“死亡之谷”地带，施工时常采用正、反导井相结合的施工方法，即在采用爬罐钻爆法自下而上实施反导井施工的同时，自上而下沿斜井开挖一定深度的正导井，当正反导井掌子面相距15m左右时，停止正导井开挖，由反导井向上掘进贯通。

5.3.2.2　斜(竖)井的扩挖施工

在斜(竖)井的导井开挖完成，则自上而下分段实施钻孔、爆破，并利用导井溜渣，从而扩挖至设计断面，完成井壁的支护。

5.3.2.3　斜(竖)井的混凝土衬砌施工

斜井、竖井混凝土衬砌分为钢筋混凝土衬砌和钢板衬砌两种。钢筋混凝土衬砌通常采用滑动模板技术，国内一流水电施工企业在滑动模板设计及施工工艺方面均已达到国际领先水平，如中水一局自行研制的LSD 斜井滑模系统获“应用型国家专利”，并在多个抽水蓄能电站的引水系统斜井滑模施工中得到了推广运用。