斜井施工工法.docx

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斜井施工工法

中国水利水电第三工程局

施工工法设计

斜井施工工法

编写：

赵刚

皮高华

姬脉兴

中国水利水电第三工程局

二00六年十月十日

斜井施工工法

1、前言

本施工工法旨在明确斜井施工各个环节的具体操作，以规范施工，确保斜井施工快速、安全。

目前采用通用斜井开挖方法为“先导后扩法”即先进行导井开挖再扩挖至设计断面的方法。

在扩挖方法上一般采用从上而下的扩挖方法，基本上采用人工钻爆方式进行施工。

只是在导井开挖上有所区别，按施工导向分为：

正导井法和反导井法；按照采用的施工手段分为：

纯人工开挖法、人工辅助设备施工法、机械施工法。

在斜井施工中比较常用的导井开挖方法为：

人工辅助设备施工法（掘进升降机）和机械施工法（反井钻法）。

目前国内常用爬罐法进行施工，它具有快速、安全、高效、经济等优点。

具有很高的应用前景和推广价值。

通过山西西龙池抽水蓄能电站斜井（目前中国第一长斜井）、北京十三陵抽水蓄能电站斜井施工以及河南宝泉抽水蓄能电站等斜井的施工已经证明了其可靠性和适应性。

2、工法特点

本施工工法特点，爬罐为施工人员提供了一个快速、便捷、安全可靠的施工平台和交通工具，并且可以方便的操控整个系统，快速准确的完成钻爆施工工。

3、适用范围

本施工工法适用于长度超过60m以上，倾斜角度超过350以上的斜井施工。

并且考虑到施工投资经济原则选用此工法。

4、工艺原理

4.1斜井导井施工工艺原理

目的：

在现有的技术条件下难以一次开挖成型或施工难度较大，为减少施工难度，降低安全隐患，先行在开挖作业面开挖一条小型导洞，为扩挖施工提供通同道和爆破临空面。

导井开挖一般分为：

正井法和反井法，人工正导井的方法：

是从上至下的开挖方法，一般施工钻爆开挖，人工或辅助一定小型出渣设备通过导井在导井顶部出渣的施工方法。

正导井法由于钻爆成本高，出渣困难，在实际施工中采用较少；在条件允许的情况下一般选用反导井开挖的方法，与正导井开挖相比反导井开挖具有：

快速、安全、出渣便捷等优点。

而反导井开挖一般选用爬罐法和反井钻施工方法。

4．1.1爬罐导井施工法

爬罐（ALIMAK掘进升降机）法，是利用爬罐作为施工平台人工进行导井钻爆作业的方法，同时也作为施工人员往返于工作面的交通工具。

具体工艺如下：

4.1．2反井钻法

反井钻一般常用于竖井施工，近年来由于设备技术进步和性能的改进，反井钻也常用来进行斜井施工，但受钻孔精度限制，一般施工长度较短，特别是国产反井钻，精度和功率及扩孔钻头的直径都无法满足施工需求。

工艺原理：

①导孔钻进（正钻）使用电力驱动液压控制钻杆及钻头将岩体磨成细小颗粒在用流动水将颗粒携带出地面，导孔一般22cm（国产L300型反井钻）。

②导孔形成后，在将导孔钻头换下，安上扩孔钻头（国产扩孔钻头较小一般1.4m,不超过2m）反拉将导孔扩大成导井。

它的优点是：

无安全隐患，施工速度快，使人员从繁重的体力劳动中解放出来，同时导井面光滑便于溜渣。

爬罐安装运行程序框图

5、爬罐导井施工

5.1、掘进升降机安装与运行培训

5.1.1培训内容：

STH-5《ALIMAK掘进升降机故障排除与修理手册》

STH-5《ALIMAK掘进升降机技术要求》

STH-5《ALIMAK掘进升降机使用维护说明书》

STH-5《ALIMAK掘进升降机安装与掘进作业》

5.2爬罐施工前准备

5.2.1、导井尺寸确定

根据厂家提供的爬罐施工平台的尺寸设计斜井导井的开挖尺寸，设计时考虑安全空间。

5.2.2、爬罐安装平台及安装空间及位置确定

根据工程特点在满足设备基本条件的前提下合理设计爬罐的安装空间及安装平台的设计形式，并保证爬罐运行期间的安全，同时满足施工时作业空间及机械设备运行要求。

爬罐反导井施工

5.2.3、爆破设计

爬罐导井施工中爆破设计也是一个重要的环节，特别是点火方式，在保证安全的前提下，经济高效的点火装置，会提高爬罐施工的效率，降低施工成本。

5.2.4、爬罐施工程序

采用ALIMAK爬罐自下而上进行反导井开挖施工，爬罐安装及施工运行程序见下图。

5.3爬罐安装

①爬罐平台在平洞段用钢架管搭设爬罐平台，平台距顶拱2.8m，宽4m，长10m，平台距导井起弧点5m。

爬罐平台可满足装载机在平台下方行走。

②轨道安装安装高程距拱顶约50cm，先在弯段安装弧形轨道，继而向两端延伸。

轨道采用膨胀螺栓（爬罐自带）固定在岩壁上。

③爬罐安装爬罐组件有5t手拉葫芦吊至已搭设好的平台，组件安装在平台和轨道上进行，安装严格按说明书操作，安装结束经调试运行进入施工循环阶段。

5.4爬罐反导井开挖

5.4.1领先导井开挖爬罐安装前，先在弯段反导井井口开挖领先导井，使爬罐能进入斜井段。

领先导井采用脚手架进行钻孔开挖，开挖深度为6~8m，断面同反导井断面。

5.4.2爬罐反导井开挖（循环时间见表2）

①钻孔爆破利用爬罐爬升至工作面，若需安装轨道则先安装轨道，再利用爬罐工作平台进行钻孔、装药、联线（炮孔布置及爆破参数见附图）。

最后将起爆雷管与起爆装置相连，待爬罐返回平台后启动起爆装置，起爆炸药。

②除渣反导井开挖石渣顺导井溜至平洞，由装载机装入自卸汽车运至指定渣场。

③排烟除尘工作面上采用爬罐自带的高压风、高压水进行强制排烟除尘。

④危石清撬除渣完毕后，爬管升至工作面，先对掌子面浮动岩石进行安全清撬，再进行导轨安装、测量放样及钻孔爆破。

⑤支护在反导井开挖工程中，发现围岩地质条件不好时，会同设计、监理拟定支护方案，按照规范及设计要求进行安全支护。

⑥施工交通及通讯利用ALIMAK爬罐主、副罐上、下井，利用ALIMAK爬罐自带的通讯电话及信号灯进行掌子面工作人员与其他人员的交流。

⑦测量

在阿里玛克爬罐安装时，首先要放出爬罐的安装位置及轨道中心线，待爬罐安装完毕后，用全站仪在掌子面上及拱顶精确地放出洞室的中心线，将爬罐自带的激光定向仪安装，待激光定向仪安装完毕后，打开激光定向仪按激光定向仪射出的激光束的位置，用全站仪检核并调整激光定向仪光束的位置，使其光束与全站仪放出的点在同一位置上。

反导井施工中将采用爬罐提供施工平台。

通过在以往的施工实践，我们确立了采用激光定向仪控制反导井的测量方案，包括爬罐激光定向仪的安装、使用，激光束的定位、检核，放样，收方等，下面就叙述针对采用爬罐施工的反导井测量控制。

5.4.3、反导井近井点的布设

反导井近井点的布置原则仍然是保证精度、便于放样，根据导井中心在各个桩号的设计坐标来设置。

由于爬罐本身的结构，为了便于控制激光，近井点设在下平段与斜井相交处底板上，准备埋设两点，分别埋在中心线偏左约40cm及中心线偏右60cm处，各埋设一块铁板，上面作点，同样纳入基本导线进行施测。

5.4.4采用激光定向仪的优点

在反导井施工中，采用在近井点架设仪器进行测量放样时，每次由于仪器架高不同，测量数据必须重新进行计算，测量比较繁琐。

另外，由于爬罐的结构导致只有轨道两侧可以有空隙通视，这样仪器架设的高度也很难控制，而且每次架设仪器均需对近井点所在之处的堆渣进行处理，增加了测量放样的时间和测量人员及设备的危险性，而且随着开挖深度的增加，通视条件逐步恶劣，为之所需要的通风时间成倍增加，在单个工序上耗时太大，工期会受到严重影响。

而采用激光定向仪后不但可以连续提供中心方向线，又可以定期检测，与施工可以融洽配套，减少了工序，减少了测量危险程度，具有既保证精度，又安全快捷的优点。

5.4.5反井激光定向仪的安装：

在反井开挖一定距离（20m）后，安装激光定向仪。

为了减少爆破石渣对激光定向仪的撞击及便于利用爬罐平台控制及实测激光，激光定向仪安装在距斜井反导井口3~5m的顶拱上，根据多次实践结合本标业主提供柴油驱动爬罐的结构，需要将激光定向仪安装在中心线偏左约40cm的位置上。

为了保护罩能最好的保护激光及便于安装激光定向仪，要求顶拱岩壁开挖平整，根据实际经验及保护罩开孔的最佳位置，需要比设计顶拱超挖约20cm。

安装前，首先在近井点上架设全站仪，后视上一个基本导线点，转至斜井方向。

在预先确定的安装位置上，在仪器的指挥下，先将激光仪安装中心线在岩壁上放出，利用激光定向仪定位板将安装孔位放出，钻孔后，用膨胀螺栓将激光定向仪安装在岩壁上。

同样方法将激光定向仪的两目标孔位点位放出并安装。

5.4.6激光定向仪的控制检查：

激光定向仪安装固定以后，首先通过测设激光管底部末端管中心线的三维坐标及激光管口中心的三维坐标，对激光管进行粗调，顾及激光管的直径（约10cm），计算后求出激光束的基本位置，然后进行精确调整及校正。

在激光定向仪调整好以后，将激光定向仪的厚钢板保护罩安装就位。

5.4.6.1坐标测设法：

，即通过实测激光定向仪前方设置的目标觇牌小孔处的坐标、高程，从而反求孔洞相对定位关系来控制调整激光的方法。

觇牌为一块菱形铁板，下面焊接一个伸缩管，伸缩管由4´钢管和6´钢管组成，可以使觇牌上下调整位置。

觇牌固定在激光定向仪前方的岩壁上，让激光束从觇牌的目标孔穿过，起到定位的作用，目标孔孔径为8mm。

觇牌插好后，将棱镜放在孔眼上，用全站仪在近井点架站，后视基本导线点，测出斜距、天顶距、水平角，求得孔眼的三维坐标。

设为1#目标孔（X1、Y1、H1），2#目标孔（X2、Y2、H2），通过反算目标孔间三维坐标，求得孔线的方向与倾角及1#、2#间的距离，然后得出调整量（如需2#下调2cm），根据调整量，将目标调整好后，再实测出三维坐标2#（X2’、Y2’、H2’），反算结果，方向与倾角已达到正确位置，将觇牌固牢，作记号，然后调整激光定向仪微动螺旋，使激光束从两个孔眼中穿过，即完成一次调制过程。

在调制过程中注意要让激光束完整的穿过目标孔。

经计算，20m内3′角度可以使激光束点最大偏移1.7cm。

根据实际作业，目标觇牌随开挖进尺，向前延伸，离掌子面始终保持一定距离，所以定3′为限差是可行的。

另外，即使距离较长，也可通过偏角求出改正值，在掌子面上直接改出。

（如偏2′，距离为90m，须改正5cm）。

为了减弱系统误差，激光定向仪要经常性检查校正，5、6个施工循环校正调整一次，而且要让调整偏差正负值以均等概率出现。

5.4.6.2平行线法：

在近井点架站，量取仪器高，按照设计的方位角与倾角发出一束激光，或用仪器看出一条视线，作为标准方向，开启激光定向仪，调节激光定向仪的调节螺丝，使其发出的激光在方向与倾角上均和标准方向线平行，具体操作中要与垂球配合，根据仪器的激光束的设计位置，量测出其位于导井的位置（即与导井中心的偏离关系）。

在开挖进尺到一定距离后，目标孔位也要向上延伸，通过上次校准的激光将目标孔位放出，安装觇牌后，通过上述办法进行实测、调整至设计的方向与倾角。

通过较长距离的基线来精确控制激光。

理论和实践证明，随着进尺延伸，前排目标孔上移后，在一定的距离（200m）内，由于调整校正激光束的基线延长，非常有利于将激光束调整至相对精度相当高的程度。

按照比例概念，设100m的基线误差为2cm，即使延伸控制500m，误差也仅为10cm，足可满足导井开挖精度要求。

5.4.7轮廓点放样与收方

根据上述办法定好的激光束及其在斜井导井中的实测位置，用支距法在掌子面上把导井轮廓放出。

同样，以激光为基准点，用铅垂线、水平尺配合三角板定向，用钢卷尺（塔尺）进行水平断面的收方，断面间距为高差5m，一般情况下，桩号可以通过用皮尺自目标孔量取，也可通过计算轨道长度来获得，目的是检查反井的尺寸。

在开挖至后期时，还必须采取特殊的办法来加强对导井的控制，及时量测导井的精确桩号，以确定精确的掘进数量，控制贯通计划，预计贯通形象。

5.4.8保证测量控制精度的预备方案

在反导井的施工中，经常存在平时想不到的难题。

根据以往经验，在反导井开挖至相当距离后（180m以上），