抽水蓄能電站斜井和平洞施工關(guān)鍵技術(shù)

潘福營(yíng)，馬蕭蕭

（1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761；2.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

0 引言

抽水蓄能電站樞紐建筑物主要由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、下水庫(kù)等組成，輸水系統(tǒng)和發(fā)電廠房為復(fù)雜的地下系統(tǒng)工程，包括通風(fēng)洞、交通洞、排水洞等平洞、豎井、斜井、地下廠房、主變洞、尾閘洞等。地下洞室特別是豎井、斜井施工難度較大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，一直是抽水蓄能電站工程施工過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)[1]。TR3000反井鉆機(jī)、定向鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)、智能管控系統(tǒng)等技術(shù)在抽水蓄能斜井和平洞施工中的應(yīng)用，可有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率。

1 TR3000反井鉆機(jī)開(kāi)挖長(zhǎng)豎井、斜井反導(dǎo)井技術(shù)

1.1 常規(guī)的長(zhǎng)豎井、長(zhǎng)斜井反導(dǎo)井開(kāi)挖方法

常規(guī)的長(zhǎng)豎井、長(zhǎng)斜井反導(dǎo)井開(kāi)挖主要有爬罐法、爬罐法+正井法、反井鉆機(jī)法。爬罐法適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖且深度在50～250m的斜導(dǎo)井；反井鉆機(jī)法應(yīng)用于斜井時(shí)不宜超過(guò)250m，應(yīng)用于豎井時(shí)不宜超過(guò)400m。大斷面斜井、豎井使用該方法時(shí)，可在反井鉆機(jī)挖掘成反導(dǎo)井后，由于導(dǎo)井?dāng)嗝孑^小，需要再擴(kuò)挖一次導(dǎo)井，以利于大斷面豎井、斜井的擴(kuò)挖[2]。爬罐法和反導(dǎo)井施工方法都需要投入較多的人員在井內(nèi)作業(yè)，施工速度較慢，安全風(fēng)險(xiǎn)程度較高。

1.2 TR3000反井鉆機(jī)開(kāi)挖反導(dǎo)井方法

采用TR3000型反井鉆機(jī)開(kāi)挖反導(dǎo)井法，先鉆進(jìn)?311mm導(dǎo)孔，再反提鉆頭可一次成型?1.8～3.1m導(dǎo)井，不需要再次擴(kuò)挖導(dǎo)井，直接進(jìn)行長(zhǎng)豎井、長(zhǎng)斜井?dāng)U挖施工，減少了人員的投入，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。TR3000反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 TR3000反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of TR3000 raise boring machine

TR3000反井鉆機(jī)配套CX-6C無(wú)線光纖陀螺測(cè)線儀進(jìn)行導(dǎo)孔測(cè)斜，該測(cè)線儀測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強(qiáng)，能準(zhǔn)確顯示鉆孔的頂角、方位角等參數(shù)，同時(shí)根據(jù)測(cè)量結(jié)果顯示出三維圖和平面圖，形象直觀，有效的控制了導(dǎo)孔偏差。

TR3000反井鉆機(jī)在施工過(guò)程中還可用孔內(nèi)攝像對(duì)導(dǎo)孔的井壁巖石情況進(jìn)行觀察，能清晰地看到滲水量、水位，孔內(nèi)是否有塌孔、裂隙、斷層等地質(zhì)缺陷，該設(shè)備采用了先進(jìn)的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使設(shè)備在可靠性、可控性、操作性方面更優(yōu)越，方便操作人員根據(jù)巖層變化及時(shí)調(diào)整導(dǎo)孔參數(shù)，有效的控制孔斜。

TR3000反井鉆機(jī)在荒溝抽水蓄能電站應(yīng)用于長(zhǎng)度383.76m、傾角50°的引水斜井和長(zhǎng)度340.8m通風(fēng)豎井施工，鉆孔偏斜率分別為 0.72%和0.06%，導(dǎo)孔完成后，采用2.4m的鉆頭反提導(dǎo)井，不需要再二次擴(kuò)挖導(dǎo)井，直接進(jìn)行豎井、斜井全斷面擴(kuò)挖[3]。TR3000反井鉆機(jī)導(dǎo)孔反拉后一次形成直徑2.4m的反導(dǎo)井，可以直接作為斜井?dāng)U挖的溜渣井使用，免去了常規(guī)施工中導(dǎo)井二次擴(kuò)挖的程序，導(dǎo)孔精度高，溜渣條件好，節(jié)省了工期，降低了擴(kuò)挖過(guò)程中的堵井風(fēng)險(xiǎn)，杜絕了人員傷亡事故的發(fā)生。

2 定向鉆機(jī)施工長(zhǎng)豎井、長(zhǎng)斜井導(dǎo)孔技術(shù)

ZD450R型定向鉆機(jī)為履帶式自行設(shè)備，自身通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)可以行走，不需吊裝和拆卸。ZD450R型定向鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 ZD450R型定向鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Main technical parameters of ZD450R directional drill

ZD450R型定向鉆機(jī)主要施工反導(dǎo)井的導(dǎo)孔，先鉆進(jìn)直徑216mm的導(dǎo)孔，然后再擴(kuò)孔為直徑295mm的導(dǎo)孔。導(dǎo)孔鉆進(jìn)過(guò)程中采用MWD 無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀對(duì)鉆孔進(jìn)行孔斜監(jiān)測(cè)及定向糾偏，結(jié)合磁導(dǎo)向裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要依靠角度及方位進(jìn)行位置判定，孔斜超偏時(shí)制定定向糾偏設(shè)計(jì)，根據(jù)制定的糾偏設(shè)計(jì)利用?172mm彎螺桿，以及隨鉆測(cè)斜儀進(jìn)行糾偏。

敦化抽水蓄能電站2號(hào)引水上斜井全長(zhǎng) 419.06m，傾角為55°，采用了ZD450R型定向鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)孔施工，先導(dǎo)孔直徑為216mm，導(dǎo)孔軸線偏差和頂角偏差僅32cm和12cm，再將導(dǎo)孔擴(kuò)成295mm，然后采用BMC500型反井鉆機(jī)反提2.5m直徑鉆頭形成反導(dǎo)井，最后利用2.5m直徑反導(dǎo)井從上至下一次擴(kuò)挖完成斜井施工。

ZD450R型定向鉆機(jī)完成一個(gè)導(dǎo)孔后，自行轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工作面，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，形成流水作業(yè)，同時(shí)配置先進(jìn)的測(cè)斜裝置，鉆進(jìn)過(guò)程中隨鉆、隨測(cè)、隨糾偏，保證導(dǎo)孔貫通精度[4]。該技術(shù)具有省工、省時(shí)、效率高、安全可靠等特點(diǎn)。

3 錨桿鉆機(jī)的應(yīng)用

目前地下洞室開(kāi)挖支護(hù)施工普遍為鉆工站在自制的臺(tái)車上手持手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔施工，由于臺(tái)車上部操作平臺(tái)與地下洞室頂拱間距有限，頂拱部位的錨桿很難保證與巖面垂直，大部分不滿足設(shè)計(jì)要求。洞室錨桿鉆孔施工時(shí)由于人員站在洞室圍巖下面施工，如果洞室圍巖較差，在鉆孔時(shí)會(huì)掉塊甚至出現(xiàn)塌方，鉆工的安全風(fēng)險(xiǎn)很高[5]。

在抽水蓄能電站地下洞室施工中引進(jìn)了錨桿鉆機(jī)，錨桿鉆機(jī)是一種履帶式鉆機(jī)，鉆桿能夠360°旋轉(zhuǎn)，可以鉆任意角度，保證了任何部位的錨桿角度滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)由于操作人員與鉆孔部位相差一定的距離，操作人員站在已經(jīng)支護(hù)好的相對(duì)安全的地方操作鉆機(jī)作業(yè)，如果鉆孔時(shí)圍巖有掉塊也砸不到操作人員，保證了施工人員的安全，而且鉆孔效率較高，鉆孔質(zhì)量也得到了保證。

4 智能管控系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著“大云物移”、人工智能、自動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能管控系統(tǒng)逐步引入了抽水蓄能電站地下洞室施工管理，目前普遍開(kāi)展了“五系統(tǒng)一中心”的應(yīng)用管理。

“五系統(tǒng)一中心”是指洞室門禁和人員定位管理系統(tǒng)、視頻與安保監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急廣播和通信系統(tǒng)、地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)[6]、防墜保護(hù)系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)（應(yīng)急指揮）中心。在各洞室進(jìn)洞口設(shè)置人臉識(shí)別、車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)人員和設(shè)備行蹤軌跡可跟蹤記錄，人員或設(shè)備可以隨時(shí)確定準(zhǔn)確位置，人員和設(shè)備與登記信息不一致時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，加強(qiáng)了對(duì)人員和設(shè)備的管理。

抽水蓄能電站在建設(shè)期普遍應(yīng)用了“五系統(tǒng)一中心”，利用先進(jìn)的現(xiàn)代化裝備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全質(zhì)量實(shí)施情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和整理，對(duì)于提升工程建設(shè)本質(zhì)安全水平，確保工程實(shí)體質(zhì)量等方面具有很好的作用。

5 霧炮車和高壓噴霧降塵系統(tǒng)應(yīng)用

高壓噴霧降塵系統(tǒng)主要包括高壓水泵及一套供水回路，高壓水泵安裝在洞口鋼拱架支護(hù)上方，中間為進(jìn)水管線，兩側(cè)為噴霧管線，隨著地下洞室開(kāi)挖在洞室頂部中間部位鋪設(shè)，每次爆破后打開(kāi)噴霧系統(tǒng)，加快洞室爆破后排煙降塵。

霧炮車是一種專業(yè)噴霧降塵設(shè)備，該設(shè)備主要用于城市降塵，目前很多電站都開(kāi)始使用，地下洞室爆破后或不定期的開(kāi)進(jìn)洞內(nèi)進(jìn)行噴霧，能快速有效地降低洞室內(nèi)的煙塵，而且該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，效率高。

6 地下洞室道路采用干硬性混凝土及時(shí)硬化

大部分地下洞室施工過(guò)程中會(huì)有滲水甚至水量較大，各種車輛頻繁進(jìn)出，造成了地下洞室底板道路泥濘，污水四濺，需要大量的人力物力進(jìn)行清理，但是還是無(wú)法滿足文明施工的要求，還存在很大的安全隱患。

在地下洞室施工過(guò)程中，設(shè)置干硬性混凝土墊層，利用節(jié)假日火工品停工期間或者洞室開(kāi)挖掌子面處理期間，對(duì)洞室底板進(jìn)行清理驗(yàn)收，然后利用干硬性混凝土進(jìn)行硬化，干硬性混凝土硬化后短時(shí)間就可以行車，后期清理省時(shí)省工，提高安全文明施工水平，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

7 結(jié)束語(yǔ)

抽水蓄能電站在施工過(guò)程中積極的總結(jié)推廣新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料，通過(guò)TR3000反井鉆機(jī)、定向鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)、霧炮車、智能管控系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提高了隧洞工程安全文明施工水平，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了作業(yè)人員的安全，促進(jìn)了水電工程地下洞室工程施工技術(shù)的進(jìn)步。

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