中国水利水电第十二工程局有限公司 浙江省杭州市 310000
摘要：随着我国经济的快速发展以及我国能源资源的匮乏使得我国对于新型能源的需求激增，开发新型能源资源成为了当前政府以及相关院所维持经济持续发展且保护环境不受侵害的首要任务。抽水蓄能电站作为新能源开发的首要环节，其引水系统的构建对于电站的使用寿命和使用性能都具有重要的影响。本文主要以长龙山抽水蓄能电站为例，从安全、质量等角度出发对抽水蓄电站引水系统开挖支护施工进行了研究，以期为抽水蓄电站后期施工提供理论依据和参考。
关键词：抽水蓄电站；新能源；饮水系统；开挖；支护施工
引言
引水系统作为抽水蓄能电站的重要组成部分，其质量对于电站的使用寿命和使用性能都具有重要的影响。通过对当前抽水蓄能站引水系统调查后发现，我国目前在建以及已经完工的抽水蓄能电站引水系统基本上分为竖井与平洞结合以及斜井与平洞结合这两种方式。在引水系统中，斜井方式应用最为普遍，且其倾斜角多为45°—60°之间。由于斜井对于开发方法和设备的选择较为苛刻，所以斜井的开挖较为困难，且在施工中由于深度大等原因导致施工安全受到巨大威胁。通过对抽水蓄能电站引水系统开挖支护施工技术相关资料进行调查后发现，目前从地质条件、地形以及施工技术等因素对抽水蓄能电站引水系统开挖支护施工技术的研究较少。因此，本文以长龙山抽水蓄能电站为例，对电站引水系统开挖和支护施工进行研究，以期为我国抽水蓄能引水系统开挖及支护施工提供理论和数据支持。
1工程概况
长龙山抽水蓄能电站位于浙江省安吉县境内，紧邻已建天荒坪抽水蓄能电站，地处华东电网负荷中心，与上海、南京、杭州三市的距离分别为175km、180km、80km，地理位置十分优越。长龙山抽水蓄能电站工程装机规模2100MW。
图1 引水系统施工程序图
2 斜井开挖及支护
2.1地质情况研究
由于地质情况直接决定水电站是否能够建设以及电站的质量和使用寿命，所以在水电站开建前必须要对水电站以及其周边区域内的地质条件进行调查，调查主要从以下几个方面入手：
（1）斜井开挖和支护过程中，有许多关键问题都与地质情况相关，必须要细致调查水电站及其周边地质条件，为水电站施工提供技术支持；（2）要特别对岩层以及地质构造进行调查和研究；（3）调查电站及其周边地下是否存在有毒气体。
通过调查后发现长龙山抽水蓄能电站的地质条件如下所示：
斜井总长460m左右，方向N16～24W，断面直径为6.0m，纵坡坡度58，自高程约918m下降至550m左右，高差368m，上覆岩体厚度约85～410m。斜井自上而下穿越流纹质角砾熔结凝灰岩（J3L2-2）、流纹质晶屑熔结凝灰岩（J3L2-1）、流纹质含砾晶屑熔结凝灰岩（J3L1-5）等地层。地面地质测绘未发现断层通过，ZKc109深孔也无断层揭示；节理（裂隙）较发育～不发育，主要为NNW、NW～NWW向及NNE、NE～NEE向中陡倾角节理；岩石微风化～新鲜，岩质坚硬，斜井段岩体较完整～完整，次块状～块状结构为主，局部完整性差。斜井位于地下水位线以下，岩体为弱～微透水性，洞段开挖后以渗水、滴水为主。该洞段围岩以Ⅱ类为主。
2.2方法选择
调查后发现，斜井开挖方法的选择主要是参考截面尺寸、长度、倾角以及工期、施工设备和交通条件、技术支持等多方面的因素。由于斜井的倾角不一样，在选择开挖方式时也有所不同。若倾角<45°时，采取从上到下开挖的方式，该方式简单且容易操作，但是在具体施工时必须要做好锁扣和井口支护工作，保证开挖过程中开挖口的稳定可靠；若倾角>45°时，则应该挖导井后，再自上而下进行操作。通过调查后发现，本工程引水系统采用三洞六机斜井式布置，以中平洞钢衬起始点为分标界限，引水隧洞上半段工作内容包括引水上平洞、引水上斜井、引水中平洞前半段。单条引水隧洞上平段长21.45m，上斜井上弯段长22.84m，上斜井直段长403.21m，上斜井下弯段长22.84m；1#、2#、3#引水隧洞中平洞前半段长度分别为460.7m、479.7m、501.7m。引水上平段轴线间距32.0m，底坡10%。引水上斜井轴线间距32m～38.2m，斜井倾角为58°；引水中平段轴线间距38.8m～47.0m，底坡i=6.5%。
2.3施工程序
引水系统引水斜井高差大，斜井长度长，引水上斜井直线长度为403.21m，倾角为58°。引水系统分别从引水中、上平洞内的施工支洞进入施工。为加快引水系统施工进度，可从不同的施工支洞进入工作面施工，总体施工程序如图1所示。
从图中可以看出，引水系统施工程序如下所示：
（1）1#和2#、3#施工支洞工作面提交后，从1#施工支洞进入，进行上平洞段的开挖，从3#、2#施工支洞进入中平洞开挖。（2）引水系统工程一进点后首先进行1#施工支洞及延伸段的开挖，各支洞开挖到位后，进行引水上、中平洞施工。其中引水上平洞由1#施工支洞进入施工，引水中平洞由3#、2#施工支洞进入施工。3条引水隧洞施工时，施工支洞开挖到底，按1#引水隧洞到3#引水隧洞的施工顺序，由内而外进行施工。（3）1#引水隧洞上半段的施工，首先由1#施工支洞进入，进行1#引水上平洞和1#辅助支洞的施工，按1#引水隧洞到3#引水隧洞的顺序由内而外进行上平洞开挖。之后由2#施工支洞进入，进行1#引水中平洞施工。本工程采用定向钻孔（先导孔）+反井钻进行导井开挖作为斜井导井施工的首选方案。上平洞掘进至1#引水隧洞上斜井上弯段，按施工需要进行超挖，布置定向钻机施工平台，安装斜井钻机钻先导孔，1#引水中平洞须在先导孔到底前掘进到位，而后进行导孔扩孔、反导井开挖，后采用斜井扩挖台车，用手风钻钻孔自上而下进行斜井扩挖，斜井扩挖的石渣自导井溜入斜井底部，通过2#施工支洞出渣。（4）2#、3#引水隧洞工程开工后经施工支洞从引水上、中平洞进入，并尽快将引水上平洞、2#、3#辅助支洞与斜井连接的弯段开挖到位，弯段按斜井钻机安装、作业需要进行扩挖，尽快展开先导孔施工，为斜井施工创造有利条件，后续施工与1#引水隧洞相同。
图2 反井钻机示意图
2.4导井施工方法
导井采用自制简易开挖支护台车进行开挖，斜导井要尽量靠近斜井的下面，并且要预留出一部分岩石保证斜井截面尺寸要求，在进行斜导井位置设定时需要按设计线上移1m来处理，目的是为了减少后期人工清渣的难度和工作效率。
2.5斜井开挖方法
由于本工程有三条引水隧洞，每条引水隧洞布置有二条引水斜井，为上斜井和下斜井，上斜井直线段长为403.21m，倾角为58°，开挖直径7.0m。因此，根据施工难度选择定向钻孔+反井钻法的方法来进行斜井开挖。首先由斜井专用定向钻机，由上至下施工定向导孔，导孔直径190mm。施工中如遇到岩石破碎，孔壁支撑不好的情况时，可利用导孔进行灌浆或加压灌浆，从而对地层进行改良，确保随后扩孔施工的安全。定向钻进采用螺杆
钻具和仪器，确保导孔施工的偏斜率小于0.5%,之后采用BMC500型反井钻机，将直径190mm导孔，由下至上扩至295mm。最后自下而上，完成斜井导井的钻凿，成井直径为2.5m。其中，反井钻机示意图如图2所示。
2.6爆破
在导井开挖和斜井开挖时，需要通过爆破来加速引水系统开挖的速度，通常采用十字四空孔挖槽，然后周边孔进行爆破的方式，爆破材料一般选择乳化炸药，通过雷管进行引爆，实际施工过程中需要根据实际情况进行调整和施工工艺的优化。
2.7通风和出渣
斜井开挖过程中，粉尘和烟雾等一般是通过高压风和高压水来进行排放，而斜井内残存的粉尘和烟雾则被新鲜空气压入斜井底部后，通过斜井支洞排出井外。出渣主要是通过装阶机将渣滓运出井后，通过自卸汽车运到制定倾倒场所。
2.8支护
在开挖过程中，若发现引水系统斜井开挖处及周边地质条件不好时，需要及时与管理部门和设计部门进行沟通，对已经开挖的斜井进行安全支护。斜井施工过程中的支护主要有两种：临时性支护和永久性支护。临时性支护一般应用于斜井开挖时遭遇不良地质带时所采取的措施，而永久性支护则一般应用于斜井开挖至设计尺寸时，所进行的支护防护。在施工中支护的建立还需要根据岩石的种类以及斜井开挖设计来进行。
3 结论
综上所述，抽水蓄能电站引水系统开挖支护已经成功应用于长龙山抽水蓄能电站中，并且通过对其应用进行研究后发现，水电站引水系统开挖支护技术需要通过地质调查、方法选择、施工工序选择、导井施工方法选择、爆破、通风和出渣以及支护等一系列工序来实现，研究发现抽水蓄能电站引水系统开挖支护施工技术对于水电站的建设和运营具有重要作用。
参考文献
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论文作者:杨常嘉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/2
标签：斜井论文; 电站论文; 中平论文; 隧洞论文; 系统论文; 倾角论文; 地质论文; 《基层建设》2017年第34期论文;