荒沟抽水蓄能电站超深电缆竖井施工设计

2015-02-28张雨豪蔡光哲黄远泽钟灿文

东北水利水电 2015年4期

张雨豪，蔡光哲，黄远泽，钟灿文

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

1 工程概况

荒沟抽水蓄能电站位于黑龙江省牡丹江市海林县，下水库利用已建成的莲花水电站水库，上水库为牡丹江支流三道河子右岸的山间洼地。站址距牡丹江市145 km，距莲花坝址43 km。电站枢纽建筑物主要由主坝、副坝、输水系统和地下厂房等组成。电站装机容量1200 MW，上水库总库容1161×104m3。

荒沟抽水蓄能电站厂房为深埋式地下厂房，高压出线采用竖井方式。竖井位于厂房右端部附近，底部高程159.30 m，出口位于高程为507.00 m的山顶上。竖井横断面采用圆形，159.30～171.50 m高程竖井内径7.0 m，开挖直径 8.0 m，171.50～507.00 m高程竖井的内径尺寸为9.5 m，开挖直径10.5 m。

竖井深度超过280 m称为超深竖井。荒沟抽水蓄能电站出线竖井竖直开挖深度约350 m，是目前国内已建和在建水电工程中最深的竖井。

2 竖井开挖施工

2.1 方法

竖井的开挖一般采用反井钻机法施工，国内水电行业中采用反井钻机法施工，竖井井深超过200 m的已建工程，见表1。

国内其他行业，如煤炭、冶金、黄金等系统地下采矿工程和交通等隧道工程中，竖井井深超过350 m、用反井钻进开挖导井施工的已建工程，见表2。

通过表1，2可以看出，350 m级深度的竖井施工在水电行业尚属首例，但在国内煤炭、冶金行业并不属于最深。所以荒沟抽水蓄能超深电缆竖井开挖也采用反井钻机法施工。

2.1.1 总体开挖施工方案

1）采用反井钻机自上而下钻φ230 mm导孔（反井钻机型号不同，导孔直径亦不同）；

2）在竖井底部接好扩孔钻头，开始自下而上的扩孔，完成φ1400 mm导井施工；

表1 国内水电行业已建超深竖井反井钻机开挖施工特性表

表2 国内其他行业已建超深竖井反井钻机开挖施工特性表

3）采用吊篮法自下而上将导井扩挖成直径3.0 m的溜渣井；

4）自上而下进行竖井一次扩挖成型，开挖石渣由溜渣井溜至井底，再由装载机装15 t自卸车经交通洞运至弃渣场。

2.1.2 竖井开挖施工

施工分5步，即准备阶段→φ230 mm导孔施工→φ1400 mm导井施工→φ3000溜渣井扩挖施工→竖井成型扩挖施工。

1）准备阶段：先浇筑反井钻机基础混凝土，具备相应水、电条件后，将反井钻机安装在预先浇筑好的混凝土基础上，连接好各部分液压系统管路和电气线路，运转调试。

2）φ230 mm导孔施工：驱动钻机，自上而下钻进导向孔。自钻杆中心压入的泥浆携带破碎的岩渣通过钻杆与导向孔间的环形空间从孔口排除，导孔和下部隧洞贯通后，此阶段结束，导孔施工见图1。

图1 φ230 mm导孔施工示意图

3）φ1400 mm导井施工：在竖井底部接好扩孔钻头，开始自下而上的扩孔的钻进工序。扩孔钻进时破碎下来的岩屑落到下平洞，由装载机装15 t自卸车运出。导井全部扩挖完成后，撤离反井钻机，清理工作面，导井施工见图2。

4）φ3000溜渣井扩挖施工：在竖井顶部安装卷扬机、吊篮等施工设施，利用吊篮运载施工人员，施工人员在吊篮内利用手风钻钻孔，自下而上将φ1400 mm导井扩挖成φ3000 mm溜渣井，溜渣井施工见图3。

5）竖井成型扩挖施工：溜渣井形成后开始自上而下进行竖井扩挖，在扩挖深度达2.5 m左右时进行锁口砼施工，锁口混凝土施工完两天后继续井身扩挖，一次扩挖成型，见图4。

图2 φ1400 mm导井施工示意图

2.2 竖井开挖施工机械

根据调研成果，同时参考国内竖井施工资料，目前国内用于开挖300～400 m级竖井的反井钻机主要有2个型号，分别为RHIN0400H反井钻机和BMC400反井钻机，这2个型号的反井钻机参数分别见表3和表4。

2.3 竖井开挖施工进度

根据研究成果，同时参考国内竖井施工经验，荒沟抽水蓄能电站工程高压电缆出线竖井开挖施工进度安排见表5。

3 竖井混凝土浇筑

对于等截面的混凝土结构采用滑模施工是最佳施工方案。其具有以下特点：

1）滑模施工速度快：日平均进度可达4 m。

2）施工质量可靠：浇筑、振捣作业在模板表面进行，便于操作和控制，同时滑模施工具有连续性，减少了施工缝，体形具有可调性，防止出现体形的较大偏差或跑模；表面质量平滑，外观平整，避免出现麻面、错台等现象。

3）安全性好：滑模模体结构有封闭、固定的操作平台，可以有效防范施工人员坠落、坠物等安全事故。

图3 φ3000 mm溜渣井施工示意图

图4 竖井成型扩挖施工示意图

因此，荒沟抽水蓄能电站工程高压电缆出线竖井混凝土衬砌浇筑采用滑模施工。

表3 Rhino400H反井钻机主要技术参数

表4 BMC400型反井钻机技术参数

表5 荒沟抽水蓄能电站工程高压电缆出线竖井开挖施工进度表

3.1 混凝土垂直运输及入仓

混凝土运至引水竖井施工平台后，经洞口接料平台和安设在引水竖井的混凝土溜管将混凝土运至施工作业面。引水竖井衬砌混凝土垂直运输采用φ219×5 mm锰锌钢管作为溜管，溜管每节长3 m，溜管之间用法兰连接，溜管壁两侧设吊耳，溜管安装时在井壁每隔50 m安装两组预应力锚杆作为10 t手拉葫芦的吊点，然后安装两台10 t手拉葫芦将溜管提牢。每组3根φ28钢筋，入岩2 m，外露50 cm。预应力锚杆外露端加工成螺杆状丝口，3根锚杆用1.2 cm后钢板穿孔连接，锚杆端部与钢板采用螺帽拧紧固定。为防溜管磨损太快，安装时必须保证钢管铅垂度和其本身的质量，选择锰锌钢管。

为了防止混凝土下料高度太高及出现分离现象，一方面做到整个下料过程必须采取满管脉冲式下料。具体做法为：①在集料斗底部、溜管端头处安装一控制刀伐，当集料斗内混凝土储量到一定程度后方可打开刀伐卸料，料斗放空后重复此操作过程二次卸料。②安装缓冲器，溜管按30 m距离安装一台缓冲器。溜管末端连接D200下料塑料软管，混凝土经模体中心旋转布料料系统进入仓面。溜管布置见图5。

图5 竖井滑模溜管浇筑示意图

3.2 滑模施工

滑模滑升要求对称均匀下料，分层浇筑，分层厚度为30 cm。混凝土坍落度一般控制在14～18 cm，入仓采用滑模架上的布料机均匀布料，采用插入式振捣器振捣，尽量避免直接振动爬杆及模板，振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50 mm，模板滑升时停止振捣。混凝土初凝时间控制在7 h左右。

滑模施工要连续进行，意外停滑时应采取“停滑措施”，混凝土停止浇筑后，每隔0.5～1 h，滑升1～2个行程，直到混凝土与模板不在粘结。

3.3 耳洞混凝土浇筑

耳洞混凝土衬砌采用钢木模板浇筑施工，混凝土来自开关站混凝土拌和系统，采用载重汽车运3 m3混凝土搅拌运输车至竖井井口，利用溜管将混凝土溜至耳洞内，再用混凝土泵泵送入仓，人工平仓振捣。

3.4 施工人员及施工材料运输

竖井衬砌施工人员采用罐笼运送，施工材料利用10 t龙门吊进行运输。

在施工平台用8 t矿用绞车作为升降动力提升设备，以φ24 mm钢丝绳为提升主绳，通过矿用绞车牵引钢丝绳使罐笼在竖井内上下运行，以达到上下输送人员的目的。罐笼系统除主提升绳外另外配置了2根φ20 mm钢丝绳，其主要目的：①使罐笼在升降运行过程中保持平衡，避免出现旋转、倾斜等情况，因而起到稳绳的作用。②在罐笼顶部安装了防坠器，当罐笼出现意外坠罐时，抓捕器可在下降5 cm的范围内将稳绳锁住，因此又起到了抓捕绳的作用。

3.5 滑模浇筑施工进度安排

滑模浇筑施工进度安排，见表6。

表6 滑模浇筑施工进度表

4 应注意的问题

竖井开挖施工过程中，很容易出现导孔打偏，在下开挖面找不到导孔钻头，导致重新返工，工期延误的情况时有发生。导孔打偏除了与工程地质条件有关外、还与施工机械及施工人员的施工经验有密切的关系。在同样的地质条件下，采用质量好、较先进的施工机械时，偏孔率就比较小；同样，采用熟练的施工技术人员，在导孔的钻进过程中，能够随时关注施工过程并及时发现出现的偏孔问题，在出现大的偏孔问题之前，可以及时调整纠偏。