荒溝抽水蓄能電站超深電纜豎井施工設(shè)計

張雨豪，蔡光哲，黃遠澤，鐘燦文

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

1 工程概況

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省牡丹江市海林縣，下水庫利用已建成的蓮花水電站水庫，上水庫為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地。站址距牡丹江市145 km，距蓮花壩址43 km。電站樞紐建筑物主要由主壩、副壩、輸水系統(tǒng)和地下廠房等組成。電站裝機容量1200 MW，上水庫總庫容1161×104m3。

荒溝抽水蓄能電站廠房為深埋式地下廠房，高壓出線采用豎井方式。豎井位于廠房右端部附近，底部高程159.30 m，出口位于高程為507.00 m的山頂上。豎井橫斷面采用圓形，159.30～171.50 m高程豎井內(nèi)徑7.0 m，開挖直徑 8.0 m，171.50～507.00 m高程豎井的內(nèi)徑尺寸為9.5 m，開挖直徑10.5 m。

豎井深度超過280 m稱為超深豎井?；臏铣樗钅茈娬境鼍€豎井豎直開挖深度約350 m，是目前國內(nèi)已建和在建水電工程中最深的豎井。

2 豎井開挖施工

2.1 方 法

豎井的開挖一般采用反井鉆機法施工，國內(nèi)水電行業(yè)中采用反井鉆機法施工，豎井井深超過200 m的已建工程，見表1。

國內(nèi)其他行業(yè)，如煤炭、冶金、黃金等系統(tǒng)地下采礦工程和交通等隧道工程中，豎井井深超過350 m、用反井鉆進開挖導(dǎo)井施工的已建工程，見表2。

通過表1，2可以看出，350 m級深度的豎井施工在水電行業(yè)尚屬首例，但在國內(nèi)煤炭、冶金行業(yè)并不屬于最深。所以荒溝抽水蓄能超深電纜豎井開挖也采用反井鉆機法施工。

2.1.1 總體開挖施工方案

1）采用反井鉆機自上而下鉆φ230 mm導(dǎo)孔（反井鉆機型號不同，導(dǎo)孔直徑亦不同）；

2）在豎井底部接好擴孔鉆頭，開始自下而上的擴孔，完成φ1400 mm導(dǎo)井施工；

表1 國內(nèi)水電行業(yè)已建超深豎井反井鉆機開挖施工特性表

表2 國內(nèi)其他行業(yè)已建超深豎井反井鉆機開挖施工特性表

3）采用吊籃法自下而上將導(dǎo)井?dāng)U挖成直徑3.0 m的溜渣井；

4）自上而下進行豎井一次擴挖成型，開挖石渣由溜渣井溜至井底，再由裝載機裝15 t自卸車經(jīng)交通洞運至棄渣場。

2.1.2 豎井開挖施工

施工分5步，即準(zhǔn)備階段→φ230 mm導(dǎo)孔施工→φ1400 mm導(dǎo)井施工→φ3000溜渣井?dāng)U挖施工→豎井成型擴挖施工。

1）準(zhǔn)備階段：先澆筑反井鉆機基礎(chǔ)混凝土，具備相應(yīng)水、電條件后，將反井鉆機安裝在預(yù)先澆筑好的混凝土基礎(chǔ)上，連接好各部分液壓系統(tǒng)管路和電氣線路，運轉(zhuǎn)調(diào)試。

2）φ230 mm導(dǎo)孔施工：驅(qū)動鉆機，自上而下鉆進導(dǎo)向孔。自鉆桿中心壓入的泥漿攜帶破碎的巖渣通過鉆桿與導(dǎo)向孔間的環(huán)形空間從孔口排除，導(dǎo)孔和下部隧洞貫通后，此階段結(jié)束，導(dǎo)孔施工見圖1。

圖1 φ230 mm導(dǎo)孔施工示意圖

3）φ1400 mm導(dǎo)井施工：在豎井底部接好擴孔鉆頭，開始自下而上的擴孔的鉆進工序。擴孔鉆進時破碎下來的巖屑落到下平洞，由裝載機裝15 t自卸車運出。導(dǎo)井全部擴挖完成后，撤離反井鉆機，清理工作面，導(dǎo)井施工見圖2。

4）φ3000溜渣井?dāng)U挖施工：在豎井頂部安裝卷揚機、吊籃等施工設(shè)施，利用吊籃運載施工人員，施工人員在吊籃內(nèi)利用手風(fēng)鉆鉆孔，自下而上將φ1400 mm導(dǎo)井?dāng)U挖成φ3000 mm溜渣井，溜渣井施工見圖3。

5）豎井成型擴挖施工：溜渣井形成后開始自上而下進行豎井?dāng)U挖，在擴挖深度達2.5 m左右時進行鎖口砼施工，鎖口混凝土施工完兩天后繼續(xù)井身擴挖，一次擴挖成型，見圖4。

圖2 φ1400 mm導(dǎo)井施工示意圖

2.2 豎井開挖施工機械

根據(jù)調(diào)研成果，同時參考國內(nèi)豎井施工資料，目前國內(nèi)用于開挖300～400 m級豎井的反井鉆機主要有2個型號，分別為RHIN0400H反井鉆機和BMC400反井鉆機，這2個型號的反井鉆機參數(shù)分別見表3和表4。

2.3 豎井開挖施工進度

根據(jù)研究成果，同時參考國內(nèi)豎井施工經(jīng)驗，荒溝抽水蓄能電站工程高壓電纜出線豎井開挖施工進度安排見表5。

3 豎井混凝土澆筑

對于等截面的混凝土結(jié)構(gòu)采用滑模施工是最佳施工方案。其具有以下特點：

1）滑模施工速度快：日平均進度可達4 m。

2）施工質(zhì)量可靠：澆筑、振搗作業(yè)在模板表面進行，便于操作和控制，同時滑模施工具有連續(xù)性，減少了施工縫，體形具有可調(diào)性，防止出現(xiàn)體形的較大偏差或跑模；表面質(zhì)量平滑，外觀平整，避免出現(xiàn)麻面、錯臺等現(xiàn)象。

3）安全性好：滑模模體結(jié)構(gòu)有封閉、固定的操作平臺，可以有效防范施工人員墜落、墜物等安全事故。

圖3 φ3000 mm溜渣井施工示意圖

圖4 豎井成型擴挖施工示意圖

因此，荒溝抽水蓄能電站工程高壓電纜出線豎井混凝土襯砌澆筑采用滑模施工。

表3 Rhino400H反井鉆機主要技術(shù)參數(shù)

表4 BMC400型反井鉆機技術(shù)參數(shù)

表5 荒溝抽水蓄能電站工程高壓電纜出線豎井開挖施工進度表

3.1 混凝土垂直運輸及入倉

混凝土運至引水豎井施工平臺后，經(jīng)洞口接料平臺和安設(shè)在引水豎井的混凝土溜管將混凝土運至施工作業(yè)面。引水豎井襯砌混凝土垂直運輸采用φ219×5 mm錳鋅鋼管作為溜管，溜管每節(jié)長3 m，溜管之間用法蘭連接，溜管壁兩側(cè)設(shè)吊耳，溜管安裝時在井壁每隔50 m安裝兩組預(yù)應(yīng)力錨桿作為10 t手拉葫蘆的吊點，然后安裝兩臺10 t手拉葫蘆將溜管提牢。每組3根φ28鋼筋，入巖2 m，外露50 cm。預(yù)應(yīng)力錨桿外露端加工成螺桿狀絲口，3根錨桿用1.2 cm后鋼板穿孔連接，錨桿端部與鋼板采用螺帽擰緊固定。為防溜管磨損太快，安裝時必須保證鋼管鉛垂度和其本身的質(zhì)量，選擇錳鋅鋼管。

為了防止混凝土下料高度太高及出現(xiàn)分離現(xiàn)象，一方面做到整個下料過程必須采取滿管脈沖式下料。具體做法為：①在集料斗底部、溜管端頭處安裝一控制刀伐，當(dāng)集料斗內(nèi)混凝土儲量到一定程度后方可打開刀伐卸料，料斗放空后重復(fù)此操作過程二次卸料。②安裝緩沖器，溜管按30 m距離安裝一臺緩沖器。溜管末端連接D200下料塑料軟管，混凝土經(jīng)模體中心旋轉(zhuǎn)布料料系統(tǒng)進入倉面。溜管布置見圖5。

圖5 豎井滑模溜管澆筑示意圖

3.2 滑模施工

滑模滑升要求對稱均勻下料，分層澆筑，分層厚度為30 cm?；炷撂涠纫话憧刂圃?4～18 cm，入倉采用滑模架上的布料機均勻布料，采用插入式振搗器振搗，盡量避免直接振動爬桿及模板，振搗器插入深度不得超過下層混凝土內(nèi)50 mm，模板滑升時停止振搗。混凝土初凝時間控制在7 h左右。

滑模施工要連續(xù)進行，意外停滑時應(yīng)采取“?；胧保炷镣Ｖ?jié)仓?，每?.5～1 h，滑升1～2個行程，直到混凝土與模板不在粘結(jié)。

3.3 耳洞混凝土澆筑

耳洞混凝土襯砌采用鋼木模板澆筑施工，混凝土來自開關(guān)站混凝土拌和系統(tǒng)，采用載重汽車運3 m3混凝土攪拌運輸車至豎井井口，利用溜管將混凝土溜至耳洞內(nèi)，再用混凝土泵泵送入倉，人工平倉振搗。

3.4 施工人員及施工材料運輸

豎井襯砌施工人員采用罐籠運送，施工材料利用10 t龍門吊進行運輸。

在施工平臺用8 t礦用絞車作為升降動力提升設(shè)備，以φ24 mm鋼絲繩為提升主繩，通過礦用絞車牽引鋼絲繩使罐籠在豎井內(nèi)上下運行，以達到上下輸送人員的目的。罐籠系統(tǒng)除主提升繩外另外配置了2根φ20 mm鋼絲繩，其主要目的：①使罐籠在升降運行過程中保持平衡，避免出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、傾斜等情況，因而起到穩(wěn)繩的作用。②在罐籠頂部安裝了防墜器，當(dāng)罐籠出現(xiàn)意外墜罐時，抓捕器可在下降5 cm的范圍內(nèi)將穩(wěn)繩鎖住，因此又起到了抓捕繩的作用。

3.5 滑模澆筑施工進度安排

滑模澆筑施工進度安排，見表6。

表6 滑模澆筑施工進度表

4 應(yīng)注意的問題

豎井開挖施工過程中，很容易出現(xiàn)導(dǎo)孔打偏，在下開挖面找不到導(dǎo)孔鉆頭，導(dǎo)致重新返工，工期延誤的情況時有發(fā)生。導(dǎo)孔打偏除了與工程地質(zhì)條件有關(guān)外、還與施工機械及施工人員的施工經(jīng)驗有密切的關(guān)系。在同樣的地質(zhì)條件下，采用質(zhì)量好、較先進的施工機械時，偏孔率就比較小；同樣，采用熟練的施工技術(shù)人員，在導(dǎo)孔的鉆進過程中，能夠隨時關(guān)注施工過程并及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的偏孔問題，在出現(xiàn)大的偏孔問題之前，可以及時調(diào)整糾偏。

5 結(jié) 語

荒溝抽水蓄能電站350 m級超深豎井施工在國內(nèi)水電行業(yè)尚屬首例，科學(xué)合理的確定其施工方法是工程順利進行的前提，也為后期具體施工提供借鑒和參考，同時也可作為國內(nèi)類似工程的借鑒和參考。