一种中短斜井导井开挖方法与流程

本发明涉及一种中短斜井开挖方法，具体涉及一种中短斜井导井开挖方法。

背景技术：

在水利水电工程建设中，中短斜井是较为常见的工程项目，中短斜井开挖方法常用正井全断面开挖、先导井开挖后全断面扩挖；正井全断面开挖效率较低、安全风险较大；先导井开挖后全断面开挖方法施工效率高，但导井开挖一般为人工正导井开挖或反导井开挖、反钻机开挖法；其中人工导井开挖适用于围岩条件好的井身，否则风险较大；反钻机开挖导井装备先进、效率高，但对于中短斜井开挖来讲，工程量较小、造价。

技术实现要素：

本发明提供一种施工速度快、成本低，安全风险低的中短斜井导井开挖方法。

本发明采用的技术方案是：一种中短斜井导井开挖方法，包括以下步骤：

进行斜井进口段垂直方向长度为a的全断面开挖，形成斜井进口井身；

将斜井进口井身的水平掌子面作为井口平台，在井口平台上设置导向墙，在导向墙内根据设计的孔位和孔向预埋导向管；

沿导向管进行钻孔，形成爆破孔，自下而上进行分层爆破；

爆破完成后形成导井，导井贯通后，自上而下扩挖，完成斜井的开挖。

进一步的，所述分层爆破包括以下步骤：

a、通过吊绳在爆破孔内每一个爆破层依次固定下堵孔段、装药段和上堵孔段；

b、将所有爆破孔布置完后，在井口通过分段雷管连接装药段引出的导爆索后连网起爆；

c、重复步骤a和b分段爆破直至导井贯通。

进一步的，所述导向墙制备过程如下：将导向管根据设计的孔位和孔向临时固定，立模板浇筑混凝土包裹导向管，形成导向墙。

进一步的，所述导井下方设置有平洞，分段爆破过程中和扩挖过程中产生的渣料自导井溜至平洞内出渣。

进一步的，所述上堵孔段和下堵孔段均采用海绵体浸泡水泥浆液构成。

进一步的，斜井长度小于40m，与水平面之间的角度不小于45°。

本发明的有益效果是：

（1）本发明施工人员在井口平台作业，与传统人工上下导井开挖，以及反井钻机导井开挖后再人工进入导井扩挖相比，人员安全风险大大降低；

（2）本发明通过设置导向墙，并采取爆破装药及堵孔方法解决了斜井相比竖井开挖受力的限制，确保方法的可行性；

（3）本发明不需要吊笼、卷扬机、反井钻机等特征设备的投入，施工成本降低。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明装药爆破结构示意图。

图3为本发明深孔量尺结构示意图。

图中：1-斜井进口井身，2-边坡，3-井口平台，4-导向墙，5-导井，6-斜井，7-平洞，8-爆破孔，9-吊绳，10-上堵孔段，11-装药段，12-下堵孔段，13-量尺，14-海绵体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1-3所示，一种中短斜井导井开挖方法，包括以下步骤：

进行斜井进口段垂直方向长度为a的全断面开挖，形成斜井进口井身1；

将斜井进口井身1的水平掌子面作为井口平台3，在井口平台3上设置导向墙4，在导向墙4内根据设计的孔位和孔向预埋导向管；

沿导向管进行钻孔，形成爆破孔8，自下而上进行分层爆破；

爆破完成后形成导井5，导井5贯通后，自上而下扩挖，完成斜井的开挖。

进一步的，所述分层爆破包括以下步骤：

a、通过吊绳9在爆破孔8内每一个爆破层依次固定下堵孔段12、装药段11和上堵孔段10；

b、将所有爆破孔8布置完后，在井口通过分段雷管连接装药段11引出的导爆索后连网起爆；

c、重复步骤a和b分段爆破直至导井5贯通进一步的，所述导向墙4制备过程如下：

将导向管根据设计的孔位和孔向临时固定，立模板浇筑混凝土包裹导向管，形成导向墙4。

进一步的，所述导井5下方设置有平洞7，分段爆破过程中和扩挖过程中产生的渣料自导井5溜至平洞7内出渣。

进一步的，所述上堵孔段10和下堵孔段12均采用海绵体浸泡水泥浆液构成。

进一步的，斜井长度小于40m，与水平面之间的角度不小于45°。

本发明中根据液压反铲作业范围，可先完成斜井进口段垂直方向5.0m深度全断面开挖，主要的目的是降低导井开挖中高风压钻机爆破深孔的长度，尽量减少钻杆长度过长在重力作用下钻杆偏斜造成深孔底部孔位偏差范围。

利用斜井进口已开挖的水平掌子面作为井口平台3；在井口平台上设置深孔钻孔导向墙4；导向墙4结构借鉴了隧洞洞口大管棚超前支护的导向墙原理；导向墙4设置的目的是精确提高钻机钻相邻较近的深孔孔位、孔向精度、保证钻爆效果；导向墙4设置的方法是先确定导井开挖爆破孔8布置，又测量人员按照爆破设计在井口平台3精确布孔；根据孔位及孔向，精确预埋导向管；导向管采用φ100mm钢管，单根长度1.5m，导向管临时固定采取预埋插筋、焊接钢筋架力支撑措施，之后立模板浇筑混凝土包裹导向管，最终固定形成导向墙4；高风压潜孔钻机钻孔钻杆从导向墙4中的导向管穿过，为钻深孔提供了精确的孔向、孔位导向；再辅助固定吊锤、角度尺子在垂直方向和左右方向进一步过程控制，有效保证了爆破孔8的钻孔精度；爆破孔8布孔采取直眼掏槽，设置空孔，增强掏槽临空效果。

导井5开挖直径定为3.0m，可有效保证扩挖时溜渣空间，避免堵孔；同时为斜井扩挖留有足够平台，保证扩挖作业安全。

导井5自下而上分层爆破，渣料顺利下落至洞内，确保爆破效果；因为分层高度过大可能造成爆破段石渣夹制，无法落渣而发生堵井，故分层垂直高度1.5m、斜长2.1m；人工装药、堵孔均在斜井井口平台3作业，采取竹片绑定药卷及堵孔结构；保证顺利将炸药送至爆破层段孔内，避免反井作业，大大提高了反井开挖人员安全；由于每层爆破孔8内要上、下堵孔；为保证堵孔效果，需确定每次剩余爆破孔8深；先用φ6.5圆钢制作成带有刻度的量尺13，端头固定比钻孔直径大的一段海绵体14；在量尺13向孔内推送时，人员能够感觉到海绵体14与孔壁的摩擦阻力，当端头到达爆破孔8底时，能够感觉到摩擦阻力的消失，此时观察圆钢标记的刻度，确定孔深。

测出实际爆破孔深度后，利用竹片作为吊绳9，依次绑扎下堵孔段12、装药段11和连接装药段11的导爆索、上堵孔段10；然后将其推送至爆破层；上堵孔段10和下堵孔段12为海绵体浸泡水泥浆液形成；其中上堵孔段10长度为100cm，下堵孔段12堵孔长度为50cm；各孔导爆索引至井外后，连接相应段位雷管，最后连网起爆。

具体施工时，

首先完成斜井进口井身1开挖，形成井口平台3，以斜井轴线为中心圈出导井5轮廓，技术人员完成导井爆破设计，确定爆破孔8布置；

由测量人员根据爆破孔8布置精确放样每个爆破孔8位置，并根据孔向放样固定深孔钻孔导向管，该导向管采用φ100mm钢管，单根长度1.5m，临时固定采取预埋插筋、焊接钢筋架力支撑固定，待所有导向管安装固定完成后，浇筑固定导向管混凝土，包裹所有导向管，形成深孔钻孔导向墙4，同时便于钻机布置；

固定高风压潜孔钻机，沿每个导向管进行钻孔，形成爆破孔8，待所有爆破孔8施工完成后，利用φ6.5圆钢深孔量尺13自孔口精确测量每次分层爆破后的孔深，采用吊绳9依次固定下堵孔段12、装药段11和上堵孔段10；上、下堵孔段均利用竹片固定海绵浸泡水泥浆形成堵塞段；所有孔装药段11引出的导爆索在井口采用爆破设计的分段雷管进行连接后再连网起爆；

导井5每层爆破后的石渣自由落至下平洞7内，由装载机在洞内装自卸车运至渣场，如此循环分段爆破完成导井5开挖，导井5贯通后，再自上而下扩挖，扩挖渣料自导井5溜至洞内出渣，支护跟进，最终完成斜井开挖。

就目前工程技术水平而言，斜井开挖仍较竖井开挖技术难度大，主要原因是竖井开挖工况均在重力铅锤方向，而斜井开挖工况不仅受重力铅锤方向制约，同时受斜井井身角度倾斜制约影响，突出表现在作业场面布置条件、钻机钻杆发生倾斜导致钻孔偏移、溜渣影响等；本发明适用于长度40m以下，角度不小于45°的中短斜井开挖；因为就目前工况而言，长度超过40m以后的斜井，高风压钻机施钻与斜井轴线同角度的深孔孔斜偏差范围增大，易造成孔底范围相邻较近孔发生交叉，影响爆破装药结构；而角度小于45°后，导井自下而上分层爆破后自然溜渣效果交叉，井底易积渣，后续分层爆破易发生堵井；本发明采用吊炮法开挖，即导井5采取深孔分段爆破开挖方法，以斜井6轴线为中心，开挖直径φ3.0m导井5，该导井5采用高风压潜孔钻机自上而下一次完成爆破设计中所有爆破深孔钻孔，爆破人员在井口通过采取吊绳9措施，将上堵孔10、下堵孔12及装药段11结构送至爆破孔8内；自下而上分段爆破，如此分段循环爆破作业，石渣自然溜至平洞7内，从洞内完成出渣；导井5贯通后，再自下而上扩挖，扩挖渣料自导井5溜至洞内出渣，支护跟进，最终完成斜井开挖。

本发明不需要如以往导井5施工过程中，人员需要进入导井作业；本发明施工人员始终处于井口平台3，主要在井外作业，与传统人工上、下导井5开挖，以及反井钻机导井开挖后再人工进入导井5扩挖相比，人员安全风险大大降低；有效保证导井5开挖爆破孔8一次钻孔完成的精度，本发明中的爆破装药结构解决了深孔精确分段爆破难题，导井5开挖直径3.0m适中，斜井角度不小于45°，确保了分层爆破石渣料自由落至平洞7内，导井5开挖施工效率高；通过设置导向墙4，可行的爆破装药及堵孔方法最大程度解决了斜井相比竖井开挖受力的限制，确保方法的可行性；减少了以往布置吊笼、卷扬机、反井钻机等特种设备的投入。