液压破碎锤在调压井砾岩开挖中的应用

液压破碎锤在调压井砾岩开挖中的应用

姜凌宇

（新疆新华圣树光伏发电有限公司，新疆 和田 848000）

摘 要：本文针对喜儿沟水电站调压井大型沉井漂卵砾石地层施工时，胶结砾岩段开挖采用钻爆法炸药单耗用量大且胶结砾岩漏气爆破效果不理想，开挖缓慢，施工成本高，影响整个施工进度计划安排的现状，多方试验，后经专家现场论证，采用井底扒渣的ZX210挖机配韩王135液压破碎锤施工，最终效果是开挖施工进度快，超挖易控制且安全经济的实例总结，为例似工程提供建议。 

关键词：喜儿沟水电站；液压破碎锤；调压井；胶结砾岩；开挖

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）11-0150-02

一、工程概况

喜儿沟水电站位于甘肃省甘南州舟曲县境内的白龙江干流上，是尼什峡～沙川坝河段水电梯级开发规划的第11级电站，是一座混凝土闸坝挡水的一坡到底的长隧洞引水式电站。调压井为阻抗式，顶部为敞开式，上部65m漂卵砾石地层采用沉井法施工，开挖井壁最大直径为25.8 m，沉井内径22 m，沉井壁厚1.5 m，大井12m，直径18.0m，阻抗孔27m，直径为6.0m，用钻爆法施工，全断面锚喷支护，调压井深102m，调压井开挖断面面积为254.5m2。

二、地质条件

区域光盖山―迭山北缘断裂带从白龙江左岸通过，其分支断裂距引水洞线约2.5～3.2km，经过憨班沟沟口时距厂址区仅600m，断裂走向NW305°倾向SW，倾角约70°，上盘为志留系中上统绢英千枚岩夹炭质千枚岩、板岩，下盘为泥盆系中统古道岒组灰岩、砂岩、黑色页岩。断裂上盘大型崩塌体、滑坡群、及泥石流发育，如占单滑坡群、磨沟滑坡、项哈崩塌体等。调压井井筒上段置于覆盖层内，中下段岩体破碎呈碎裂结构，特别是白龙江两岸倾倒松动变形体普遍分布，规模相差悬殊，喜儿沟沟口、厂址区倾倒体对调压井影响较大。调压井边坡▽1595m马道以上主要以冲积粉砂质土为主，井筒上部以冲积含漂石砂卵石为主，井筒中下部以灰绿-深灰色绢英千枚岩为主，初步分析应属Ⅳ～Ⅴ围岩，地质条件复杂，调压井地质素描图见下。 调压井地质素描图EL:1589.0yy三、施工布置、工艺及方法

在调压井沉井周围设置观测网和下沉墨线标尺，便于观察和指导沉井施工过程中的偏差，沉井的施工方法为边开挖边下沉的钢筋混凝土沉井，前36m开挖采用小型机械配合人工施工，弃渣用塔吊通过吊筒吊出。后29m开挖采用日立210型机械配合人工钻爆施工，胶结砾岩段采用液压破碎锤开挖施工，2m的人工钻爆开挖导井已挖通，弃渣用挖机通过导井溜下在3号主洞用装载机装25吨自卸车运到洞口弃渣场，主井和阻抗孔开挖采用全断面钻爆法，开挖施工中，特别注意开挖工艺。沉井开挖采用对称开挖，保证混凝土沉井能够垂直均匀下沉，下沉开挖过程中随时进行测量监控的纠偏。混凝土沉井侧壁为钢筋混凝土，为保证沉井下沉正常，外侧井筒混凝土面及施工出现的空腔回填粘性土碎石土等，确保与井筒壁的摩擦力，有效的防止沉井位移及倾斜。开挖至岩面时，采用松动爆破和破碎锤开挖，找平基础面，使沉井镶嵌伸入完整岩层100cm，坐落平稳，工艺示意图如下。 yyyEL:1569.0yyyEL:1559.0EL:1549.0EL:1539.0EL:1529.0EL:1525.5 刃脚高程y沉井砂砾石层（少量孤石）胶结砾岩层EL:1523.0花岗岩花碳质千枚岩石岗英岩条条较破碎带带碳质千枚岩绢英全风化碳质碳质千枚岩较破碎花岗岩千枚岩千枚岩较破碎层面光滑局部层里面光滑含石英较破碎图2 沉井开挖下沉出渣施工示意图

四、施工方案的提出及确定

2011年3月18日沉井法施工调压井到1,538.5时出现

胶结砂砾石，项目部按常规钻爆法施工，效果非常差，调整间

北EL:1519.0EL:1509.0EL:1499.0EL:1489.0大井EL:1512.65节理发育绢英千枚岩层状破碎阻抗孔东南西说明：1524.0，根据现场要求实际开挖至高程1523.0，由于沉井无法 1、沉井设计下沉高程为 下沉，最终沉井下沉至高程1525.5； 2、大井设计开挖直径19，由于岩体破碎，超挖严重，局部直径达21； 3、大井底部设计开挖高程为1513.5，由于岩体破碎，清底工作难度大，清底后实际高程 为1512.65，超设计高程约0.85。图1 调压井地质图

收稿日期：2016-08-14

作者简介：姜凌宇（1974-），男，甘肃庆阳人，新疆新华圣树光伏发电有限公司，主任，工程师，从事水利水电施工技

术管理工作。

yyEL:1579.0砂砾石层（孤石含量较多，局部高达75%）yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

第11期 姜凌宇：液压破碎锤在调压井砾岩开挖中的应用 151 排距，降低钻孔孔深,浅孔爆破,效果仍然不理想，只是开裂，项目部立即组织用手风钻分区域施工，然而炸药量达到了每方2KG以上，胶结砾岩漏气，效果还是不理想，费工又费时，扒渣日立210挖机也窝工，挖机出不了渣，开挖工作前置不前，按地勘资料推算，胶结砾岩达10余米，局部镶嵌夹杂大粒径孤漂石，这是个难题，大家群里群策，查阅资料。

2011年3月28号，业主，设计总负责，监理公司技术负责人及施工单位的本部专家四方现场查看，听取汇报，了解清楚现场的设备和地勘资料，，胶结的密实度，孤漂石的含量，大家各自发表意见及例似工程胶结砾岩开挖施工经验，同时考虑到开挖完后沉井还要继续施工，胶结砾岩承载能力较强，与沉井壁之间摩阻系数较上部漂卵石有了非常明显的提高，施工中出现了将刃脚踏面下方土体开挖完后，沉井悬空而不下沉的现象，根据摩阻系数的反分析结果，对于紧密砾岩地层，要保证沉井顺利下沉，施工中除需将踏面下方土体开挖完外，重点需要解决的是减小摩阻力，此时如仍采取加水润滑和小药量井中激震爆破降低摩阻系数的临时措施，无法解决沉井遇到大面积紧密砾岩地层的停沉问题，最终形成统一的咨询意见：

（1）在施工过程中重点从减小井筒与土体接触面积和接触情况的角度做文章，考虑下沉主要是自身的重力和冲水润滑，局部可能用到激震爆破，为保证沉井顺利下沉，砾岩段开挖半径方向扩大30cm；

（2）充分利用现有设备，结合工程地质，对出渣的挖机进行改装，增加一套油管，利用破碎锤开挖施工；

（3）按照挖掘机本身的重量和斗容优选优配破碎锤型号，最好大厂家，减少更换次数，可以节约时间；

（4）做好详细的施工记录，因砾岩局部胶结较差，串气漏气影响爆破效果，钻爆法放大间距，将砾岩进行松动爆破，然后破碎锤施工；

（5）破碎锤施工先从导井口开始，逐圈循环推进，每次深度破碎80cm左右，不宜超过100cm，根据出渣量及时更换挖斗出渣；

（6）现场开挖工程量以实际计算，单价以石方爆破计量，增加一定的安全措施费；

（7）漂卵砾石地形大型调压井沉井施工是电建集团的科技立项项目，已研究这麽长时间，今年争取结题，施工方案的合理性和进度我们会关注；

（8）紧密砾岩下沉段采取沿刃脚周围保留土体，保留土体宽度约2m，用液压破碎锤破除的方式，分段间隔预留支墩。

五、施工方案的实施 1．液压破碎锤的选型

先根据ZX210挖机型号选配液压锤，再按挖掘机20.5吨的机重和0.9的斗容选配合适液压锤。

考虑到液压锤作业时反作用力要与挖掘机的下压力平衡，液压锤所需的油液压力和流量也要与挖掘机供油压力和流量相匹配。但是如果超出过多，对液压锤与挖掘机都是有害的，需要调压和选择适当的流量。如果液压泵的压力与流  

量不足，则液压锤的破碎能力也不足，甚至根本不能工，液压锤与挖掘机的动力基本匹配，综合考虑性价比，开挖方量，使用的耐磨性，选择一台韩王135液压破碎锤。

2．具体施工

液压破碎锤用塔机辅助人工进行挖斗和破碎锤施工过程的互换，完成一次互换装卸工作需要35~40min，每次沿导井边开始施工，井边三米外布孔装药钻爆，深度控制在内3m，每次爆破完 先进性安全排查，挖机把出渣口清理干净，然后更换液压破碎锤施工，挖机站在出渣口算起的3m外开始破碎，逐步逐步推进，破碎锤每次施工深度都控制在100cm内，放一次炮，破碎锤分三个台阶施工，刚开始开挖12.9m半径的开挖圈，破碎锤需要10d，根据熟练程度，施工安全，最后破碎锤施工高度可有两米到1m之间，也可按照3m一直从上往下破碎，但挖机周围确保没有安安全隐患，随时清理破碎的虚渣，因为中间要换挖斗扒渣。后来将开挖面按120°一个扇形区域分3个区域破碎施工。

六、施工效果

采用液压破碎锤辅助施工破碎松动爆破后的砾岩，进度快，开挖井壁岩面平整，直径方向超挖易于控制，井壁成型效果好，便于后续下沉工作进行，效果图如下。

图3 紧密砾岩地层沉井刃脚下方土体挖空效果图

（开挖范围外延30cm）

工期：利用液压破碎锤施工沉井桩号EL:1539～EL:1527，深度约12m，开挖断面1029m2，总共施工时间花费24d，比预计工期提前9d。

经济效益：节省火工材料用品 ，降低爆破的安全风险，直接的经济效益和钻爆相比较，节省施工成本16万元，相比钻爆法工期提前9d，主要是为下一步整个调压井施工和压力管道，隧洞浇筑相互干扰施工赢得了宝贵时间，降低了投入。

社会效益：加速了集团科研立项项目的进度，总结了砾岩开挖采用改装的液压破碎锤施工经验和方法。进一步提升我公司在例似工程中的知名度和影响力。

七、结束语

通过液压破碎锤在喜儿沟水电站调压井胶结砾岩中的开挖应用，施工进度较快，井壁无超挖，平整度较好，连接平顺，值得在软岩等破碎地层采用钻爆法施工效果不理想，施工空间受限，地层为胶结砾岩的井筒及明挖中推广使用。 参考文献

[1] 姜凌宇．任有丽等“沉井法” 施工调压井综述[J]．四川

水力发电，2013，32（3）．

[2] 姜凌宇，喇成云等．漂卵砾石地层特大型调压井沉井法施

工技术研究与应用[J]．中国电力建设企业协会工法DJGF-SD-38-2012．