[0001]
本发明涉及一种竖井溜渣井开挖支护方法。适用于超深超大竖井工程领域。
背景技术：
[0002]
反井法施工是采用反井钻机进行钻孔，然后采用扩大刀盘进行自下而上反拉，形成一个直径约1.4～2.0m溜渣通道，然后自上而下开挖，渣料则靠自重通过溜渣井溜至底部出渣。该施工方法广泛应用于煤炭系统的各种溜矸孔、采区风眼、溜煤眼、安全救护孔等；水电系统的各种导井、调压井、通风竖井等，使用十分广泛。
[0003]
与其它施工方法相比，反井方法具有施工安全、工作效率高、工程质量好等特点。反井钻机施工时，工作人员无需进入工作面，工作人员都在环境和安全状况较好的上部，不再受落石、淋水的伤害，避免了全事故的发生。同时，反井钻机施工为机械化连续作业，且反井钻机采用滚刀机械破岩，对围岩破坏小，有利于扩挖溜渣、通风、排水。
[0004]
但在地质构造高度发育，岩块质量较差的现代火山岩区或强烈构造发育区，石渣多次冲击孔壁容易造成溜渣孔的洞壁出现坍塌，特别是溜渣孔的中下部位，承受的冲击能量大，且次数多，孔壁更加容易坍塌失稳，給施工带来了比较大的安全风险，同时也影响了施工进度。
[0005]
目前对于溜渣孔的洞口的超前支护方案比较成熟，但对于调压井深部区域的或全井段的加强支护较少，因此有研究出一种适用于复杂地质条件下溜渣孔整体加固方案十分必要。
技术实现要素：
[0006]
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种竖井溜渣井开挖支护方法，以解决反井开挖时，溜渣孔孔壁坍塌问题，减少施工风险，提高施工效率。
[0007]
本发明所采用的技术方案是：一种竖井溜渣井开挖支护方法，其特征在于：
[0008]
s01、完成拟开挖竖井上端洞顶空间的开挖和支护；完成拟开挖竖井下部施工支洞的开挖支护，该施工支洞开挖至拟开挖竖井内部；完成拟开挖竖井底部尾水隧洞开挖，尾水隧洞位置低于所述施工支洞；
[0009]
s02、施工从洞顶空间沿拟开挖竖井轴线向下的先导孔ⅰ，直至连通下方所述施工支洞；
[0010]
s03、通过先导孔ⅰ配合大直径反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，形成由施工支洞延伸至所述洞顶空间的溜渣孔ⅰ；
[0011]
s04、封堵施工支洞，使竖井范围内的施工支洞与所述溜渣孔ⅰ形成仅在溜渣孔ⅰ上端开口的待回填腔室，往待回填腔室内回填混凝土；
[0012]
s05、施工从洞顶空间沿拟开挖竖井轴线向下的先导孔ⅱ，穿过所述施工支洞，直至连通下方所述尾水隧洞；
[0013]
s06、通过先导孔ⅱ配合小直径反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，形成由尾水隧洞延伸
至所述洞顶空间的溜渣孔ⅱ；
[0014]
所述施工支洞上方的溜渣孔ⅱ侧壁上形成混凝土支护层，施工支洞内形成用于承载上部混凝土支护层的混凝土重力墩。
[0015]
所述大直径反拉扩孔钻头直径为160～180cm；所述小直径反拉扩孔钻头直径为140cm。
[0016]
所述混凝土采用钢纤维混凝土。
[0017]
所述混凝土的强度等级至少采取b30以上，与钢纤维的掺量不低于35kg/m3。
[0018]
所述施工支洞和尾水隧洞的高差为10～15m。
[0019]
本发明的有益效果是：本发明通过两次采用不同直径的反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，并在第一次反拉扩孔后回填混凝土，使第二次反拉扩孔形成溜渣孔ⅱ孔壁形成一定厚度的(10-20cm)混凝土支护层，并在井身下部施工支洞部位回填混凝土形成重力墩，用于承载上部的混凝土支护层，起到支撑保护作用，增加了结构的安全系数。通过该施工方法，增加了竖井溜渣井及竖井井壁稳定，防止井壁坍塌，增强抗石渣碰撞强度，使溜渣通畅，从而达到加快施工进度，提高施工效率，保证施工安全的目的。
附图说明
[0020]
图1为实施例的工程布置三维示意图。
[0021]
图2为实施例中第一次反拉扩孔示意图。
[0022]
图3为实施例中回填混凝土施工示意图。
[0023]
图4为图3的a-a剖视图。
[0024]
图5为实施例中第二次反拉扩孔示意图。
[0025]
1、洞顶空间；2、交通洞；3、竖井；4、施工支洞；5、尾水隧洞；6、竖井通气洞；7、先导孔ⅰ；8、大直径反拉扩孔钻头；9、钻机平台；10、溜渣孔ⅰ；11、反渣；12、灌浆车；13、输浆管；14、回填混凝土；15、反井钻机；16、小直径反拉扩孔钻头；17、混凝土重力墩；18、混凝土支护层；19、装载车；20、出渣车；21、先导孔ⅱ；22、溜渣孔ⅱ。
具体实施方式
[0026]
本实施例为竖井溜渣井开挖支护方法，主要用于竖井溜渣孔的加固，以解决复杂地质条件下深埋调压井溜渣孔壁失稳，进而可能引起大直径竖井井身段的进一部坍塌，导致施工风险加大，效率减小的情况。
[0027]
本实施例以某抽水蓄能电站为例进行说明，电站由上、下水库，引水隧洞、高压竖井、地下厂房、主变室、尾水调压井、尾水隧洞等建筑组成，总装机314mw，两台机组，发电水头440m。其中尾水调压井上室为近城门洞形，洞身段直径为16.9m的圆柱型，埋深约250～350m。洞身段岩体为玄武岩和火山碎屑，互层发育，节理发育，并有挤压变形带和断层等构造发育，岩体质量差，围岩类别以iv为主，局部v类，开挖方式为反井法溜渣开挖。
[0028]
本实施例的具体施工方法包括以下步骤：
[0029]
s01、施工空间准备。在完成调压井(拟开挖竖井)上端洞顶空间开挖支护以后，平整高程-176.70场地，形成钻机平台，安装门机，安装风、水、电、泥浆循环池等设施，使其具备反井法施工条件。
[0030]
在场地平整完成，风、水、电准备后，使用龙门吊吊装bmc300反井钻机，进行反井钻机及其配套设施安装。bmc300反井钻机包括：主机系统、钻具系统、液电控系统、辅助系统、操作系统及泥浆系统和冷却系统等。按照现场实际情况，分别将主机、泵站、操作台、起动箱等放在相应位置。确定钻孔中心及钻孔角度经测量校核准确无误，钻机调试正常，供水供电正常，则可进行钻孔操作。
[0031]
在洞顶空间进行期间，可在交通洞完成后，进行施工支洞开挖，设计的断面为高4m
×
宽4m，洞顶直径4m的城门洞型，从交通洞洞口开挖至拟开挖竖井下部，且开挖至拟开挖竖井，穿过竖井轴线一定距离。此施工支洞主要作用为出渣通道并为反位钻头提供安装空间。由于地质条件较差，以iv类为主，局部v类，因此需及时支护，保证洞室稳定。
[0032]
拟开挖竖井底部的尾水隧洞开挖是调压井溜渣的出渣通道，需要在步骤s05，先导孔ⅱ开挖之前开挖完成。尾水隧洞位置低于施工支洞，施工支洞和尾水隧洞的高差为10～15m。
[0033]
s02、用直径为φ241mm的导孔钻头自上而上进行先导孔ⅰ钻进工作。采用的钻速为10-20r/min，钻压为450-550kn，扭矩为20-30kg/m。对于先导孔ⅰ钻进产生的岩渣，通过洗孔水冲到沉砂池，要及时清理，避免大量泥砂进入抽水池，每根钻杆钻进完成后，必须等孔内的岩屑全部排出，循环水变清后，才能停泵接卸钻杆，导孔钻进时利用开孔扶正器和开孔钻杆配合，采用正循环方式进行导孔排渣，每钻完一根钻杆后进行冲洗。导孔从-176.7m钻进至施工支洞顶部高程约-265m，连通洞顶空间和施工支洞。
[0034]
s03、通过先导孔ⅰ配合大直径反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，形成由施工支洞延伸至洞顶空间的溜渣孔ⅰ。扩孔钻进之前，应在上、下洞之间建立良好的通讯，以利于导孔钻头和扩孔钻头的拆卸和安装工作。在施工支洞确保有足够的空间安装扩孔钻头，钻头直径为160cm-180cm。当扩孔钻头安装好后，慢速提升钻具直到钻头滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速旋转，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，施工支洞部位安排专人观察，将情况及时通知操作人员，待钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。采用的钻速为5-11r/min，钻压为1000-1250kn，扭矩为50-60kg/m。扩孔钻进时要及时清理扩孔破碎下来的反渣，防止下口被堵塞。扩孔过程也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行必要的清理，抹上丝扣油并带好保护帽。当钻头钻至距基础3m时，要慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。
[0035]
s04、通过模板封堵施工支洞，使竖井范围内的施工支洞与溜渣孔ⅰ形成仅在溜渣孔ⅰ上端开口的待回填腔室，通过灌浆车配合输浆管往待回填腔室内回填混凝土。
[0036]
为保证混凝土强度，增加溜渣孔壁稳定，采用钢纤维混凝土。混凝土的强度等级至少采取b30以上，与钢纤维的掺量不低于35kg/m3。在自重混凝注浆回填过中，每车混凝浇筑结束后，用测量绳进行时时测量混凝土液面高程，以核算实际回填方量与设计回填方量差。
[0037]
s05、混凝土回填等强完毕，施工从洞顶空间沿拟开挖竖井轴线向下的先导孔ⅱ，穿过所述施工支洞，直至连通下方所述尾水隧洞，先导孔ⅱ的施工方法与s02中先导孔ⅰ的方法相同。
[0038]
s06、通过先导孔ⅱ配合小直径反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，形成由尾水隧洞延伸至所述洞顶空间的溜渣孔ⅱ。需要注意的是，反井钻进按照原位置安装钻进，钻进至尾水隧洞洞顶，在此处换上小直径反拉扩孔钻头(直径140cm)进行自下而上反拉，形成反渣自重下
落至尾水隧洞底板，由装载车和出渣车运出。尾水隧洞底部也成为之后尾水调压井出渣通道。
[0039]
反拉扩孔结束后，由于溜渣孔ⅰ孔径大于溜渣孔ⅱ，在施工支洞上方的溜渣孔ⅱ侧壁上形成一个厚度10～20cm的混凝土支护层，施工支洞内形成用于承载上部混凝土支护层的混凝土重力墩。混凝土支护层保证了溜渣孔的稳定，为进一步开挖施工留下了稳定通道。技术特征：
1.一种竖井溜渣井开挖支护方法，其特征在于：s01、完成拟开挖竖井上端洞顶空间的开挖和支护；完成拟开挖竖井下部施工支洞的开挖支护，该施工支洞开挖至拟开挖竖井内部；完成拟开挖竖井底部尾水隧洞开挖，尾水隧洞位置低于所述施工支洞；s02、施工从洞顶空间沿拟开挖竖井轴线向下的先导孔ⅰ，直至连通下方所述施工支洞；s03、通过先导孔ⅰ配合大直径反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，形成由施工支洞延伸至所述洞顶空间的溜渣孔ⅰ；s04、封堵施工支洞，使竖井范围内的施工支洞与所述溜渣孔ⅰ形成仅在溜渣孔ⅰ上端开口的待回填腔室，往待回填腔室内回填混凝土；s05、施工从洞顶空间沿拟开挖竖井轴线向下的先导孔ⅱ，穿过所述施工支洞，直至连通下方所述尾水隧洞；s06、通过先导孔ⅱ配合小直径反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，形成由尾水隧洞延伸至所述洞顶空间的溜渣孔ⅱ；所述施工支洞上方的溜渣孔ⅱ侧壁上形成混凝土支护层，施工支洞内形成用于承载上部混凝土支护层的混凝土重力墩。2.根据权利要求1所述的竖井溜渣井开挖支护方法，其特征在于：所述大直径反拉扩孔钻头直径为160～180cm；所述小直径反拉扩孔钻头直径为140cm。3.根据权利要求1或2所述的竖井溜渣井开挖支护方法，其特征在于：所述混凝土采用钢纤维混凝土。4.根据权利要求3所述的竖井溜渣井开挖支护方法，其特征在于：所述混凝土的强度等级至少采取b30以上，与钢纤维的掺量不低于35kg/m3。5.根据权利要求1所述的竖井溜渣井开挖支护方法，其特征在于：所述施工支洞和尾水隧洞的高差为10～15m。
技术总结
本发明涉及一种竖井溜渣井开挖支护方法。本发明的目的是提供一种竖井溜渣井开挖支护方法，以解决反井开挖时，溜渣孔孔壁坍塌问题，减少施工风险，提高施工效率。本发明的技术方案是：一种竖井溜渣井开挖支护方法，其特征在于：S01、完成拟开挖竖井上端洞顶空间的开挖和支护；完成拟开挖竖井下部施工支洞的开挖支护，该施工支洞开挖至拟开挖竖井内部；完成拟开挖竖井底部尾水隧洞开挖，尾水隧洞位置低于所述施工支洞；S02、施工从洞顶空间沿拟开挖竖井轴线向下的先导孔Ⅰ，直至连通下方所述施工支洞；S03、通过先导孔Ⅰ配合大直径反拉扩孔钻头进行反拉扩孔，形成由施工支洞延伸至所述洞顶空间的溜渣孔Ⅰ。本发明适用于超深超大竖井工程领域。工程领域。工程领域。
技术研发人员：许小路 程万强 易神州 薛守中 倪卫达 廖卓 郭如杰
受保护的技术使用者：浙江华东建设工程有限公司
技术研发日：2020.11.25
技术公布日：2021/2/18
声明：
“竖井溜渣井开挖支护方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：浙江华东建设工程有限公司
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2024年07月25日 ~ 27日 
