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【摘 要】小湾水电站孔雀沟人工砂石加工系统规模大，且成品仓储量要求调节能力大，本文针对场地狭窄，地形陡竣，地质条件复杂的情况介绍了成品竖井群的布置方案，重点针对成品料仓竖井群的布置特点、施工环境、地质情况等因素，采用了不同的施工工艺进行竖井开挖施工，以确保制约本系统能否提前一年投产最关键的项目——成品料仓竖井群的施工按期完成。开挖施工过程中，在确保成品料仓竖井群的安全及整体稳定的同时，加快施工进度。采用的施工方法主要有反导井施工法、深孔分段爆破导井施工法、导井辐射孔扩挖法。
【关键词】成品料仓竖井群；布置特点；导井施工；方案研究
一、概述
小湾水电站孔雀沟石料场开采及左岸砂石料加工系统工程（以下简称左砂系统）承担全部双曲拱坝混凝土和部分水垫塘、坝肩处理混凝土所需砂石料的生产任务，混凝土总量855.53×104m3。成品料仓分碎石仓、粗砂仓、细砂仓，总堆容按满足混凝土浇筑5～7天的调节量设计，其中：粗骨料仓为四个，分别存放特大石、大石、中石和小石，容积为4×12500m3；粗砂仓三个，因采用干法生产，容积为3×9600m3；细砂仓三个，容积为3×11200m3，总容积为112400 m3。
二、成品料仓设计
1．地质条件。（1）地形地貌。成品料仓布置地段地形不完整，位于瓦斜路沟两侧，岸坡地势较陡，地形坡度一般为35°～45°，冲沟部位相对较平缓，沟内多分布有第四系坡积物，坡积层相对较厚，一般为2m～6m，瓦斜路沟沟内有长年流水。（2）地质构造。布置地段分布的变质岩层呈单斜构造，产状一般为N65°～90°W，NE∠50°～70°。由于经受多期构造活动，断裂构造比较发育，主要为断层（F）、小断层（f）、挤压面（gm）及节理（J）。（3）物理地质现象。风化。布置地段岩体风化以表层均匀风化为主，主要受地形、构造、岩性和卸荷等因素的控制。卸荷。因河谷深切，地形相对高差较大，岸坡地势较陡，局部直立，因此，岸坡浅部岩体普遍存在卸荷现象，根据卸荷程度分为强卸荷岩体和卸荷岩体两类。山梁部位卸荷深度较冲沟部位大。
2．工艺布置。结合该地段的地形地貌及地质结构条件，因场地狭窄，且强风化岩层及沟心处堆积体较厚，最深处达到30m左右，同时地下水位埋深较深，10个成品料仓在工艺布置上全部采用地下竖井的形式，按三组呈反“F”型布置，第一组设置4个竖井，分别为特大石、大石、中石和小石4个粗骨料仓，编号为1＃～4＃，竖井顶部高程为1292.5m，竖井底部1222m高程设D1D2双胶带机输送廊道；第二组、第三组各设置3个竖井，编号为5＃～7＃、8＃～10＃，分别为粗砂仓和细砂仓，第二组竖井顶部高程为1293m，底部1227m高程设D4胶带机输送廊道，第三组竖井顶部高程为1287m，底部1225m高程设D3胶带机输送廊道。D3和D4两胶带机输送廊道分别与D1D2双胶带机输送廊道贯通，形成成品砂石料输送线。
三、开挖施工
1．施工程序。成品竖井群呈三线布置，且相对集中，其开挖施工程序先底部廊道→上部明挖→导井→锚筋桩锁口→竖井开挖及初期支护。底部廊道贯通形成出渣通道和便于导井施工，上部明挖至设计基岩面便于明井砼和锁口锚筋桩的施工，同时为导井施工和竖井扩挖创造条件。成品竖井群施工重点和难点体现在导井施工上。
2．导井施工。导井施工一般可采用反井钻机法、深孔分段爆破法(漏斗爆破法)、反导井施工法。反井钻机法：利用反井钻机在竖井中心从上至下先施工φ216mm的导孔至竖井底部廊道，在廊道内安装反井钻头，再从下至上按施工要求，钻设φ1.4m～φ2.0m的导井。其优点为：适用于深度较大的竖井，施工速度快，精度相对高，偏差小。缺点为：竖井顶部要有足够大的操作平台；要有运输道路通往井台；如遇到Ⅳ、Ⅴ类岩体时，导井成井困难，且精度差，同时造价较高。深孔分段爆破法(漏斗爆破法)：采用地质钻(潜孔钻)在竖井中心从上至下垂直钻设5个φ115mm的深孔，一次钻透到竖井底部的廊道，钻孔偏差要求控制在1%以内，然后从下至上分梯段进行爆破，形成φ2.0m的导井。其优点在为：造孔、装药工作面全在井外，提高了施工安全性，适合围岩情况较差的竖井施工。缺点为：竖井顶部要有布置地质钻(潜孔钻) 的操作平台；要有运输道路通往井台，钻孔精度要求高。反导井施工法：直接从竖井底部的廊道内向上施工，采用手风钻从下至上钻爆施工，人员上下靠钢爬梯进行。其最大的优点是：只要下平洞一个工作面，不需井顶工作面。缺点是安全性差，造孔装药全在井内，自下而上施工强度大，作业环境差。在遇到围岩条件较差的竖井时，施工安全难以保证。故采用此方案时，一定要选择围岩情况较好的竖井进行施工，否则易发生安全事故。（1）反导井施工工艺。在1＃～4＃
，5＃、6＃、8＃七个竖井的导井开挖采用反导井工艺，这些竖井围岩情况相对较好，较易成井，施工安全能够保证。导井开挖断面为2.0m×2.0m，从下往上进行钻孔爆破，在竖井底部采用搭设爬梯的方法进行导井的施工。导井开挖前，在井口2m×2m以外设置两排φ25mm，L=4.5m锁口锚杆（梅花形布置），并在开始2个循环（约3m），将整个导井全断面素喷5cm厚C20砼进行封闭，确保施工安全。进尺1个循环后，约进洞1m左右，开始在竖井内两侧壁布置承重工作锚杆，该锚杆规格为Φ32，L=1.0m，外露0.2m，每隔0.8m布置一层，作为钻孔平台的承重支点。操作平台用钢管焊接成一个1.8m×1.8m的方形框架，每次钻孔前，从下至上先将该框加连接到承重锚杆，然后在其上铺设已加工好的木板形成操作平台。每次爆破前将工作平台拆除，下次循环时再重新拼装。因开挖高度较大，在上升至10m左右位置，设置一个休息平台，平台高度2m，宽度1m，长度2m，可放置部分设备及材料，在靠导井一边设置栏杆，防止人员及材料坠落发生安全事故。如遇地质条件较差地段，及时进行初期支护，初期支护以随机锚杆及素喷5cm厚砼封闭为主（随机锚杆：Φ25，L=1.5m；），随机锚杆从下往上进行钻孔，孔向垂直岩层，将危石固定。（2）深孔分段爆破法。7＃、9＃、10＃竖井在8＃山梁外侧，围岩风化严重，导井安排在后期进行施工，此时顶部平台已分别开挖至设计高程，并出露出基岩面。为加快竖井导井施工进度，采用深孔分段爆破法工艺进行导井的开挖。导井断面2m×2m，在竖井中心布置五个孔，采用100B潜孔钻造孔，孔径为φ115mm，从顶部平台(1265m高程、1271m高程)一次钻透至底部的廊道，再从下至上按2.5m一个梯段进行爆破，从而形成的导井。导井开挖均采用φ90药卷，每节药卷长度34cm，重2.5kg，共装药12节，计30kg。爆破梯段为2.5m，方量为10m3，平均单耗为3kg/m3。爆破时采用单孔单响，用高段位非电雷管延时起爆，先爆中心孔，形成爆破漏斗，为周边孔的爆破提供临空面，中心孔装药4节，堵塞1.2m，装药量为10kg，爆破漏斗方量约2.7m3，单耗为3.7kg/m3；其余4个周边孔起爆时已形成临空面，故适当减小药量，每孔装药2节，堵塞1.0m，装药量为5kg，爆破方量约7.5m3，单耗为2.67kg/m3。其堵塞方法为：自井顶放一尼龙绳至下平硐拴上水泥纸，在顶部用力拉紧，下堵孔段用砂袋封堵，从上进行装药后，再从上采用细砂或水袋封堵，确保爆破效果和防止飞石。采用该方法时，必须确保钻孔精度。在实际施工过程中，采用潜孔钻造孔，精度无法保证，给装药爆破带来较大的难度及危险性。在条件允许情况下，造孔应采用地质钻以确保造孔精度，对导井的爆破质量和效果会有较极的提高。 3．竖井开挖。竖井开挖断面较大，为φ13.4m，在设计轮廓线面要求采用光面爆破，以控制超欠挖在规范范围内。受下部廊道集渣容积的限制，竖井开挖分两次进行，第一次采用导井辐射孔扩大开挖法进行，扩挖至φ6m，第二次从上至下全断面开挖至设计面。（1）导井辐射孔扩挖。导井贯通后，在竖井顶部平台布置一台2ｔ卷扬机，并在导井底部设置活动操作平台，操作平台通过卷扬机提升至施工面，用手风钻造孔，孔径为φ42mm，水平下倾20°，孔深2m ，辐射布置，每层布孔16个，内层孔距为41cm，外层孔距115cm，每孔装φ32mm药卷6节，堵塞80cm，每节药卷长20cm，重0.2kg，每孔装药1.2kg，每层孔共计装药19.2kg。辐射孔每隔一米布置一层，每次爆破高度按3米控制，采用排间微差技术控制层与层之间的爆破时间。每层为一个爆破时段，采用高段位非电雷管进行层间延时，从下至上分层爆破。每层爆破方量约为24.3m3，平均单耗为0.79kg/m3。采用本方案扩挖，爆破石渣直接借助重力下至底部廊道，开挖出渣方便，不需人工辅助下渣。本种方法的优点在于：钻爆不受时间限制，爆破作用力向下，对竖井顶部的施工没有干扰，而且爆破石渣借助重力直接掉至井底的廊道内，避免了导井的堵塞，提高了开挖效率。（2）全断面开挖。第一次辐射孔扩挖完成后，即转入全断面开挖，为保证竖井设计基面的平整度，在周边采用光面爆破进行控制。全断面开挖从上至下进行，利用第一次辐射孔扩挖形成的开挖面作为临空面，采取从上至下用手风钻钻设垂直孔的方法进行钻爆施工，造孔直径φ42mm，孔深为3m，共布置4圈孔，其中最外圈孔为光爆孔，孔距0.5m，共84孔，每孔底部装一节φ32mm药卷，以上部分间隔20cm装一节φ25mm药卷，共装6节，堵塞长度为80cm，装药量为0.8kg/孔，则线装药密度为267g/m；主爆孔间排距均为1m，共钻孔95个，每孔装φ32mm药卷11节，连续装药，每孔装药量2.2kg，堵塞8cm。为了减小爆破后人工扒渣量，钻孔时爆破底面与水平面的夹角控制在35°左右，便于爆破后石渣大部分都能溜至底井，提高开挖效率。
四、小结
成品竖井群的设计及施工方案通过不断完善和研究，不仅其施工进度得到了保证，为系统提前一年投产创造了条件，同时通过合理的施工组织其施工质量、施工安全得到了保证，并充分体现了其设计的合理性和施工的经济性。具体体现：
1．成品竖井群无论从工艺布置还是在结构布置上，有效地结合了地形、地貌和复杂的地质条件，做到了因地制宜，为今后大型系统的设计在条件不是很充分的情况下提供了一些实践经验。
2．成品竖井群的布置方案相对露天堆场存在造价较高、
施工难度大、施工进度较慢的不足，但在布置场地不足的情况下具有指导意义，且有利于成品砂石料的温控。
3．成品竖井群的施工采取了上下同时作业的办法，有效地避免了施工干扰。
4．在竖井导井施工中受现场施工条件限制采用了反导井施工艺和深孔分段爆破法，没有采用反井钻机施工法，但在施工衔接上得到了保证，在确保施工安全的前提下，有利地提高了施工进度，且施工成本相对反井钻机施工法要低得多。
5．单个成品竖井的开挖施工分二次进行，导井辐射孔扩挖法实施后，再进行全断面开挖，并在设计基面开挖采用了光面爆破，该方案的实施，一方面确保了开挖质量，另外，克服了采用人工大量扒渣的不足，提高了工效。
【关键词】成品料仓竖井群；布置特点；导井施工；方案研究
一、概述
小湾水电站孔雀沟石料场开采及左岸砂石料加工系统工程（以下简称左砂系统）承担全部双曲拱坝混凝土和部分水垫塘、坝肩处理混凝土所需砂石料的生产任务，混凝土总量855.53×104m3。成品料仓分碎石仓、粗砂仓、细砂仓，总堆容按满足混凝土浇筑5～7天的调节量设计，其中：粗骨料仓为四个，分别存放特大石、大石、中石和小石，容积为4×12500m3；粗砂仓三个，因采用干法生产，容积为3×9600m3；细砂仓三个，容积为3×11200m3，总容积为112400 m3。
二、成品料仓设计
1．地质条件。（1）地形地貌。成品料仓布置地段地形不完整，位于瓦斜路沟两侧，岸坡地势较陡，地形坡度一般为35°～45°，冲沟部位相对较平缓，沟内多分布有第四系坡积物，坡积层相对较厚，一般为2m～6m，瓦斜路沟沟内有长年流水。（2）地质构造。布置地段分布的变质岩层呈单斜构造，产状一般为N65°～90°W，NE∠50°～70°。由于经受多期构造活动，断裂构造比较发育，主要为断层（F）、小断层（f）、挤压面（gm）及节理（J）。（3）物理地质现象。风化。布置地段岩体风化以表层均匀风化为主，主要受地形、构造、岩性和卸荷等因素的控制。卸荷。因河谷深切，地形相对高差较大，岸坡地势较陡，局部直立，因此，岸坡浅部岩体普遍存在卸荷现象，根据卸荷程度分为强卸荷岩体和卸荷岩体两类。山梁部位卸荷深度较冲沟部位大。
2．工艺布置。结合该地段的地形地貌及地质结构条件，因场地狭窄，且强风化岩层及沟心处堆积体较厚，最深处达到30m左右，同时地下水位埋深较深，10个成品料仓在工艺布置上全部采用地下竖井的形式，按三组呈反“F”型布置，第一组设置4个竖井，分别为特大石、大石、中石和小石4个粗骨料仓，编号为1＃～4＃，竖井顶部高程为1292.5m，竖井底部1222m高程设D1D2双胶带机输送廊道；第二组、第三组各设置3个竖井，编号为5＃～7＃、8＃～10＃，分别为粗砂仓和细砂仓，第二组竖井顶部高程为1293m，底部1227m高程设D4胶带机输送廊道，第三组竖井顶部高程为1287m，底部1225m高程设D3胶带机输送廊道。D3和D4两胶带机输送廊道分别与D1D2双胶带机输送廊道贯通，形成成品砂石料输送线。
三、开挖施工
1．施工程序。成品竖井群呈三线布置，且相对集中，其开挖施工程序先底部廊道→上部明挖→导井→锚筋桩锁口→竖井开挖及初期支护。底部廊道贯通形成出渣通道和便于导井施工，上部明挖至设计基岩面便于明井砼和锁口锚筋桩的施工，同时为导井施工和竖井扩挖创造条件。成品竖井群施工重点和难点体现在导井施工上。
2．导井施工。导井施工一般可采用反井钻机法、深孔分段爆破法(漏斗爆破法)、反导井施工法。反井钻机法：利用反井钻机在竖井中心从上至下先施工φ216mm的导孔至竖井底部廊道，在廊道内安装反井钻头，再从下至上按施工要求，钻设φ1.4m～φ2.0m的导井。其优点为：适用于深度较大的竖井，施工速度快，精度相对高，偏差小。缺点为：竖井顶部要有足够大的操作平台；要有运输道路通往井台；如遇到Ⅳ、Ⅴ类岩体时，导井成井困难，且精度差，同时造价较高。深孔分段爆破法(漏斗爆破法)：采用地质钻(潜孔钻)在竖井中心从上至下垂直钻设5个φ115mm的深孔，一次钻透到竖井底部的廊道，钻孔偏差要求控制在1%以内，然后从下至上分梯段进行爆破，形成φ2.0m的导井。其优点在为：造孔、装药工作面全在井外，提高了施工安全性，适合围岩情况较差的竖井施工。缺点为：竖井顶部要有布置地质钻(潜孔钻) 的操作平台；要有运输道路通往井台，钻孔精度要求高。反导井施工法：直接从竖井底部的廊道内向上施工，采用手风钻从下至上钻爆施工，人员上下靠钢爬梯进行。其最大的优点是：只要下平洞一个工作面，不需井顶工作面。缺点是安全性差，造孔装药全在井内，自下而上施工强度大，作业环境差。在遇到围岩条件较差的竖井时，施工安全难以保证。故采用此方案时，一定要选择围岩情况较好的竖井进行施工，否则易发生安全事故。（1）反导井施工工艺。在1＃～4＃
，5＃、6＃、8＃七个竖井的导井开挖采用反导井工艺，这些竖井围岩情况相对较好，较易成井，施工安全能够保证。导井开挖断面为2.0m×2.0m，从下往上进行钻孔爆破，在竖井底部采用搭设爬梯的方法进行导井的施工。导井开挖前，在井口2m×2m以外设置两排φ25mm，L=4.5m锁口锚杆（梅花形布置），并在开始2个循环（约3m），将整个导井全断面素喷5cm厚C20砼进行封闭，确保施工安全。进尺1个循环后，约进洞1m左右，开始在竖井内两侧壁布置承重工作锚杆，该锚杆规格为Φ32，L=1.0m，外露0.2m，每隔0.8m布置一层，作为钻孔平台的承重支点。操作平台用钢管焊接成一个1.8m×1.8m的方形框架，每次钻孔前，从下至上先将该框加连接到承重锚杆，然后在其上铺设已加工好的木板形成操作平台。每次爆破前将工作平台拆除，下次循环时再重新拼装。因开挖高度较大，在上升至10m左右位置，设置一个休息平台，平台高度2m，宽度1m，长度2m，可放置部分设备及材料，在靠导井一边设置栏杆，防止人员及材料坠落发生安全事故。如遇地质条件较差地段，及时进行初期支护，初期支护以随机锚杆及素喷5cm厚砼封闭为主（随机锚杆：Φ25，L=1.5m；），随机锚杆从下往上进行钻孔，孔向垂直岩层，将危石固定。（2）深孔分段爆破法。7＃、9＃、10＃竖井在8＃山梁外侧，围岩风化严重，导井安排在后期进行施工，此时顶部平台已分别开挖至设计高程，并出露出基岩面。为加快竖井导井施工进度，采用深孔分段爆破法工艺进行导井的开挖。导井断面2m×2m，在竖井中心布置五个孔，采用100B潜孔钻造孔，孔径为φ115mm，从顶部平台(1265m高程、1271m高程)一次钻透至底部的廊道，再从下至上按2.5m一个梯段进行爆破，从而形成的导井。导井开挖均采用φ90药卷，每节药卷长度34cm，重2.5kg，共装药12节，计30kg。爆破梯段为2.5m，方量为10m3，平均单耗为3kg/m3。爆破时采用单孔单响，用高段位非电雷管延时起爆，先爆中心孔，形成爆破漏斗，为周边孔的爆破提供临空面，中心孔装药4节，堵塞1.2m，装药量为10kg，爆破漏斗方量约2.7m3，单耗为3.7kg/m3；其余4个周边孔起爆时已形成临空面，故适当减小药量，每孔装药2节，堵塞1.0m，装药量为5kg，爆破方量约7.5m3，单耗为2.67kg/m3。其堵塞方法为：自井顶放一尼龙绳至下平硐拴上水泥纸，在顶部用力拉紧，下堵孔段用砂袋封堵，从上进行装药后，再从上采用细砂或水袋封堵，确保爆破效果和防止飞石。采用该方法时，必须确保钻孔精度。在实际施工过程中，采用潜孔钻造孔，精度无法保证，给装药爆破带来较大的难度及危险性。在条件允许情况下，造孔应采用地质钻以确保造孔精度，对导井的爆破质量和效果会有较极的提高。 3．竖井开挖。竖井开挖断面较大，为φ13.4m，在设计轮廓线面要求采用光面爆破，以控制超欠挖在规范范围内。受下部廊道集渣容积的限制，竖井开挖分两次进行，第一次采用导井辐射孔扩大开挖法进行，扩挖至φ6m，第二次从上至下全断面开挖至设计面。（1）导井辐射孔扩挖。导井贯通后，在竖井顶部平台布置一台2ｔ卷扬机，并在导井底部设置活动操作平台，操作平台通过卷扬机提升至施工面，用手风钻造孔，孔径为φ42mm，水平下倾20°，孔深2m ，辐射布置，每层布孔16个，内层孔距为41cm，外层孔距115cm，每孔装φ32mm药卷6节，堵塞80cm，每节药卷长20cm，重0.2kg，每孔装药1.2kg，每层孔共计装药19.2kg。辐射孔每隔一米布置一层，每次爆破高度按3米控制，采用排间微差技术控制层与层之间的爆破时间。每层为一个爆破时段，采用高段位非电雷管进行层间延时，从下至上分层爆破。每层爆破方量约为24.3m3，平均单耗为0.79kg/m3。采用本方案扩挖，爆破石渣直接借助重力下至底部廊道，开挖出渣方便，不需人工辅助下渣。本种方法的优点在于：钻爆不受时间限制，爆破作用力向下，对竖井顶部的施工没有干扰，而且爆破石渣借助重力直接掉至井底的廊道内，避免了导井的堵塞，提高了开挖效率。（2）全断面开挖。第一次辐射孔扩挖完成后，即转入全断面开挖，为保证竖井设计基面的平整度，在周边采用光面爆破进行控制。全断面开挖从上至下进行，利用第一次辐射孔扩挖形成的开挖面作为临空面，采取从上至下用手风钻钻设垂直孔的方法进行钻爆施工，造孔直径φ42mm，孔深为3m，共布置4圈孔，其中最外圈孔为光爆孔，孔距0.5m，共84孔，每孔底部装一节φ32mm药卷，以上部分间隔20cm装一节φ25mm药卷，共装6节，堵塞长度为80cm，装药量为0.8kg/孔，则线装药密度为267g/m；主爆孔间排距均为1m，共钻孔95个，每孔装φ32mm药卷11节，连续装药，每孔装药量2.2kg，堵塞8cm。为了减小爆破后人工扒渣量，钻孔时爆破底面与水平面的夹角控制在35°左右，便于爆破后石渣大部分都能溜至底井，提高开挖效率。
四、小结
成品竖井群的设计及施工方案通过不断完善和研究，不仅其施工进度得到了保证，为系统提前一年投产创造了条件，同时通过合理的施工组织其施工质量、施工安全得到了保证，并充分体现了其设计的合理性和施工的经济性。具体体现：
1．成品竖井群无论从工艺布置还是在结构布置上，有效地结合了地形、地貌和复杂的地质条件，做到了因地制宜，为今后大型系统的设计在条件不是很充分的情况下提供了一些实践经验。
2．成品竖井群的布置方案相对露天堆场存在造价较高、
施工难度大、施工进度较慢的不足，但在布置场地不足的情况下具有指导意义，且有利于成品砂石料的温控。
3．成品竖井群的施工采取了上下同时作业的办法，有效地避免了施工干扰。
4．在竖井导井施工中受现场施工条件限制采用了反导井施工艺和深孔分段爆破法，没有采用反井钻机施工法，但在施工衔接上得到了保证，在确保施工安全的前提下，有利地提高了施工进度，且施工成本相对反井钻机施工法要低得多。
5．单个成品竖井的开挖施工分二次进行，导井辐射孔扩挖法实施后，再进行全断面开挖，并在设计基面开挖采用了光面爆破，该方案的实施，一方面确保了开挖质量，另外，克服了采用人工大量扒渣的不足，提高了工效。