高海拔高地应力区深斜井施工导井开挖单价:什么是高地应力

　　doi:10.3724/SP.J.1201.2012.01142� 　　摘要：布仑口-公格尔水电站地处高海拔、高地应力区，其引水斜井是目前国内已建和在建中倾角最大的深斜井之一,工程施工难度大,存在很多不安全因素。在导井开挖施工中,成功使用自下而上全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖方法,保证了导井施工安全、质量和进度,施工导井已顺利贯通。单价分析结果为科学准确地控制此类工程施工消耗提供了详实的数据，也进一步表明该施工方法具有施工成本低、设备和技术简单等优点，具有很好的经济性，有推广和应用的价值。�
　　关键词：高海拔区；高地应力区；深斜井；施工导井开挖；单价分析�
　　中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2012）01-0142-03�
　　
　　Unit Price Analysis of Excavation of Pilot Shaft for Deep Inclined Shaft in an �Area with High Altitude and Field Stress
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　　ZHOU Feng�1,BAI Xian-jun�2,CHEN Gong-min�2,LIU Zhang�2,SHI Ke-bin�1�
　　(1.College of Water Conservancy and Civil Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China;�2.Gezhouba Xinjiang Engineering Co．，LTD，Urumqi 830000，China)�
　　Abstract:The Bulunkou-Konggur hydropower station is located in an area with high altitude and terrestrial stress,and its inclined diversion shaft has one of the biggest inclination angles among all the shafts already constructed and under construction.Therefore,it has many unsafe factors during the construction period.In the construction of pilot shaft,the excavation method of full-section borehole blasting from bottom to top-bad rock displacement with gravity is used,which ensures the security,quality and progress of the construction.The unit price analysis can provide the detailed data to control the construction consumption for these types of projects scientifically and accurately.The results showed that this method has several advantages,such as low cost and simple equipments and technology,thus it has potential to be popularized.�
　　Key words:high altitude area；high field stress area；deep inclined shaft；excavation of pilot shaft;unit price analysis
　　
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　　1 工程概况�
　　布仑口-公格尔水电站位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县境内，是盖孜河流域梯级开发中的第一级水电站，主要任务是灌溉、发电和防洪。水库正常蓄水位3 290�00 m，总库容6�44亿m�3，总装机容量200 MW，保证出力69�8 MW。�
　　水电站引水系统中的斜井段总斜长656 m，角度60°，开挖洞径4�2 m。为了便于施工，沿斜长分为三段，中间由水平段连接。斜井段从上往下第一段斜长296 m，第二段斜长280 m，第三段斜长80 m。引水斜井所处位置为海拔�2 640�～3 220 m之间的高海拔区，由于气压低、缺氧，施工机械的稳定运行和施工效率大大降低，这既影响了施工安全又增加了施工成本。斜井段上覆岩体厚100～600 m,地应力较大，发生岩爆的可能性较大，随时威胁着斜井内施工人员的生命安全，对施工也极为不利。�
　　本斜井工程是目前国内已建和在建中倾角最大的深斜井之一,施工难度很大，在斜井的导井开挖施工过程中,通过一系列施工技术的研究改进,成功使用了自下而上全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖方法,保证了导井施工安全、质量和进度,施工导井已顺利贯通［1-2］。�
　　2 导井开挖施工［1］�
　　2.1 开挖施工方法�
　　布仑口-公格尔水电站斜井的开挖方法是选择了先人工钻孔爆破，自下而上开挖施工导井，一次性贯通后，在进一步探明斜井的地质条件情况下，进行斜井扩挖施工。�
　　目前，斜井施工导井开挖中，国内外已采用的主要施工方法有全断面钻孔爆破-爬罐法出渣开挖和反井钻机开挖两种方式。在高海拔高地应力区深斜井施工导井的开挖中，这两种方法在水利工程建设中都还没有使用过。钻孔爆破-爬罐法出渣开挖，常用于倾角较小（小于45°）的距离较短（小于80 m）的斜井开挖中，当斜井斜长较长或倾角较大时，设备安装相当困难，尤其是保证设备正常运行的安全防护措施也大量增加，这就使施工效率大大降低，施工成本不断增加，不利其使用。反井钻机开挖法已广泛应用于竖井工程的施工,但在水利水电工程的斜井开挖中,成功率并不高。主要原因是使用反井钻机开挖法时，孔斜不易控制（因钻具重量、施钻压力、岩层特性、施工工艺等对偏斜有影响）,国产反井钻机钻孔偏斜率在斜井中使用都大于1%，且孔斜受井的长度及倾角影响，钻井越深,对钻孔精度的要求越高,控制难度也就越大。布仑口-公格尔水电站斜井倾角60°，即使从分段长度看也均为深斜井,因此本工程不适于应用反井钻机开挖，也不适于应用钻孔爆破-爬罐法出渣开挖。�
　　布仑口-公格尔水电站斜井倾角大，爆破后石渣可依靠自重自上而下溜下，故导井工程采用的是自下而上全断面钻孔爆破-自重溜渣的开挖方法。此法在出渣工序上免除了施工机械的使用，与钻孔爆破-爬罐法出渣开挖方法相比较，无需在导井内安装出渣机械，施工干扰小，施工更安全，施工效率更有保证。另外，此法的精度可控且精度较高，与反井钻机开挖法相比较更适合本施工导井开挖工程。�
　　施工导井布置在斜井断面的正上部，斜井开挖断面为圆形，直径为4�2 m,上导井宽2�2 m，高1�8 m,如图1所示。�
　　2.2 开挖施工工艺�
　　全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖方法的工艺流程为：施工准备→钻孔爆破→通风散烟→安全检查→支护→出渣。�
　　首先对靠近掌子面附近50～100 m范围内进行洒水降尘，湿化围岩岩体，以缓解高地应力区发生岩爆的可能性，然后延长工作爬梯、施工导线、风水管路，搭建钻孔工作平台，最后进行施工测量。�
　　利用钢梯纵横交错临时绑扎固定后构成的网状工作平台，钻孔作业自下而上进行全断面开挖，导井断面为�2�2 m×�1�8 m，采用TY28手持式钻机钻孔，起爆导线布设在导井断面侧墙上部，起爆导线可以用做电话线使用，保持掌子面与外部的通讯畅通。�
　　起爆结束后就开始通风散烟，每个工作面设置一台空压机，由于施工区海拔2 640～3 220 m之间，气压较低，空气缺氧量达35%左右，斜井段100 m以内需供风约1 h，100～150 m以内需供风约2 h，150 m以上需供风约3～4 h，供风方式采用的是压入式。为防止施工人员缺氧,施工人员必须每人配备一只氧气袋,以防严重缺氧窒息。同时为防止停电造成的不安全隐患,每名施工人员均配备一盏矿灯。�
　　在通风结束后，由经验丰富的专人进行检查，测定导井内的有害气体含量低于规范规定时方可进入，同时还要测定导井内空气的含氧量，达到规定值时才能正常施工。及时清除浮石，对不良地质条件的导井洞段应及时以短锚杆支护。�
　　由于爆破布孔和装药控制得当，爆破后产生的石渣约�70%�以上靠自重就可以自行溜下堆积在施工水平支洞内，根据堆积量采用ZN350装载机装车，5 t自卸车运出洞外。�
　　出渣工作结束后，一个全断面钻孔爆破-自重溜渣的工作循环结束，再进行下一个工作循环。�
　　3 导井施工单价分析�
　　全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖方法适用于倾角较大（大于45°）的斜井施工导井开挖中，布仑口-公格尔水电站施工导井所处位置为海拔2 640～3 220 m之间的在高海拔区，导井上覆岩体厚100～600 m,地应力较大，施工导井的倾角为60°，围岩岩石为绿泥石石英片岩、云母石英片岩，片理较发育，岩石级别为Ⅷ级，每个全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖工作循环进尺2�5 m左右，开挖断面面积3�63 m�2，岩石开挖方量9�10 m�3左右。�
　　每个全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖工作循环需7～12 h，统计平均需10�5 h，其中：洒水降尘0�5 h；施工准备1�5 h；钻孔2�5 h；装药1�5 h；通风散烟3 h；安全检查、支护、扒渣1�5 h；出渣1 h（出渣与钻孔同时进行不计入工作循环时间内）。�
　　3.1 人工消耗指标的确定�
　　人工消耗指标包括完成该分项工程必须的各种用工量，由基本用工和其他用工两部分组成。基本用工是为完成分项工程所需的主要用工量。其他用工是辅助基本用工而消耗的工时，主要分为三类：一是人工幅度差用工，是指在一般正常施工情况下不可避免的一些工时消耗（例如施工过程中的工序搭接交叉所需的停歇时间、工程检查验收而影响工人的操作时间等）；二是超运距用工，是指超过劳动定额所规定的材料运距的用工数量；三是辅助用工，是指材料需要在现场加工的用工数量［3-4］。�
　　每个全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖工作循环共需基本用工18人次，其中：洒水降尘需3人；施工准备4人；钻孔4人；装药4人；通风散烟2人（已含在空气压缩机的施工机械消耗定额中了，不计入人工消耗指标内）；安全检查、支护、扒渣3人；出渣3人（出渣在施工平洞中进行，不计入导井开挖石方消耗定额内）。每个工作循环平均共需基本用工为28�0工时，其中：工长1�25工时；中级工10�25工时；初级工16�5工时。�
　　施工导井开挖工作循环所需的其他用工有：① 超运距用工发生在施工准备中，需增加超运距人工工作时间为1 h，超运距用工为中级工1�5工时、初级工2�5工时；② 材料加工人工主要为消耗在爬梯和工作平台的焊接制作中的人工，材料加工人工为初级工0�5工时；③ 人工幅度差用工可按超运距用工与材料加工人工之和的50%计入，即人工幅度差用工为中级工0�75工时、初级工1�5工时［5］［6］。�
　　每个全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖工作循环共需人工消耗指标为34�75工时，其中：工长1�25工时；中级工12�5工时；初级工21�0工时。�
　　3.2 材料消耗指标的确定�
　　材料用量由材料的净用量和材料的损耗量组成。全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖工作循环所需的主要材料有合金钻头、炸药、雷管、导线，另外还需要供水管、供风管、钢梯、钢筋网工作平台等其他材料。�
　　每个施工导井开挖工作循环平均消耗合金钻头（即手持式风钻的钎头）0�4个。导井全断面共布置炮孔30～35个孔，由于山体无地下水，故采用2号岩石硝铵炸药，平均需装药33 kg。采用电雷管起爆，平均需电雷管33个。起爆导线为电线，电线需40�0 m。开挖工作循环所需的其他材料约占主要材料的5%［7-8］。�
　　3.3 施工机械台时消耗指标的确定�
　　全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖是以手工操作为主的工人班组，所配备施工机械为班组配合使用的施工方法，应以工人班组工作量计算施工机械台时消耗指标。每个施工导井开挖工作循环所需的主要施工机械有手持式风钻（型号YT28）和电动固定式空压机（型号�22�0 m�3/min�），其他辅助机械有水泵（型号7�5 kW）、柴油发电机（型号200 kW）等。�
　　每个施工导井开挖工作循环平均消耗手持式风钻6�0台时，平均消耗电动固定式空压机3�0台时，其他机械的消耗约占主要机械的6%［9-10］。�
　　3.4 综合单价�
　　斜井石方开挖施工中，以上人工消耗指标、材料消耗指标、施工机械消耗指标都是在一个工作循环（岩石开挖方量为9�10 m�3）时发生的，需将其调整至定额单位（岩石开挖方量为100 m�3）情况下的消耗指标。经分析计算，全断面钻孔爆破-自重溜渣的导井开挖单价见表1［11-12］。�
　　4 结语�
　　① 全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖单价分析，得到了斜井石方开挖――钻爆自重溜渣法开挖导井的预算消耗定额，为今后此类工程单价的分析确定了计算参考依据。�
　　② 经单价分析，证明了全断面钻孔爆破-自重溜渣的施工导井开挖方法具有施工成本低、设备和技术简单等优点，具有很好的经济性，有推广和应用的价值。�
　　③ 本单价分析是针对高海拔、高地应力区深斜井（井斜为60°，井斜长为80~300 m,围岩为三类）的施工上导井钻爆自重溜渣法而做的，对类似且施工条件有变化的工程，可根据具体情况做适当的调整。�
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　　通讯作者：侍克斌（1957-），男，新疆石河子人，教授、博士生导师，主要从事水工结构及施工方面的教学与研究工作。E-mail:xndsg@sina.com