深圳抽水蓄能電站高壓電纜洞施工技術(shù)方案考慮

李堅(jiān)

摘要：在地下電站工程中，豎井及斜井是水電水利工程中重要建筑物，布置較為普遍，且豎井及斜井的規(guī)模仍在不斷加大，在施工中，豎井及斜井的施工歷來都是水電工程中的難題，有明顯的特殊性。DLT 5407-2009 水電水利工程斜井豎井施工規(guī)范中講斜井傾角為250～750，豎井傾角為大于750，斜井采用最普遍其傾角一般為450～600，,25 0～440的斜井較少，人員不利于操作，溜渣困難，容易堵井。而深圳抽水蓄能電站高壓電纜洞斜井段為緩傾角（36.833°）、小斷面(4.0m×4.3m)、長斜井（333.126m）采用反井鉆機(jī)施工在我公司屬于首次。

關(guān)鍵詞:正井開挖法 爬灌施工 導(dǎo)井法施工

中圖分類號：TQ639 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

工程概述

深圳抽水蓄能電站高壓電纜洞采用斜井式布置，從主變室下游側(cè)中部引出通往地面開關(guān)站。高壓電纜洞由下平段、斜井和上平段組成。高壓電纜洞斜井段傾角為36.833°，長333.126m。高壓電纜洞總長度382.457m。

高壓電纜洞下平段與主變室高壓試驗(yàn)場相接，結(jié)構(gòu)底板高程為▽15.75m，上平段與開關(guān)站電纜夾層銜接，結(jié)構(gòu)底板高程為▽220.50m，上、下高差為204.75m。高壓電纜洞標(biāo)準(zhǔn)斷面為城門洞型，開挖斷面寬4.0m，高4.3m。

高壓電纜洞零樁號從主變室下游側(cè)開始，樁號按洞中心線的開挖底線實(shí)際長度計(jì)算，樁號范圍為G0+000.000～G0+382.457，其中：G0+000.000～G0+000.008為下平洞擴(kuò)大段，開挖底板高程為▽15.55m，與主變洞下游邊墻相接，G0+008.000～G0+013.175為臺(tái)階段，開挖底板高程為▽15.55m～▽18.55m，G0+013.175～G0+019.143為下平段，開挖底板高程為▽18.55m。上、下彎段的豎彎半徑均為5m，長度均為3.214m，下彎段樁號為G0+019.143～G0+022.357，上彎段樁號為G0+355.483～G0+358.697，高壓電纜洞斜井直段樁號為G0+022.357～G0+355.483，傾角為36.833°，開挖高程為▽19.548m～▽219.252m，上平段樁號為G0+358.697～G0+382.457，與開關(guān)站GIS樓的電纜夾層相連。

方案的比選

2.1正井開挖法

高壓電纜洞開挖分兩段進(jìn)行，上段（GY0+355.483~GY0+55.483）采用正井開挖，0.1m3反鏟裝渣，卷揚(yáng)機(jī)拖2.0m3礦斗車裝渣出洞，8t自卸車洞外出渣的方式進(jìn)行；下段（GY0+55.483~GY0+22.357）開挖采用反井開挖，手風(fēng)鉆造孔，設(shè)計(jì)36.833°斜坡溜渣，底部積渣，反鏟裝渣出渣的方式進(jìn)。

經(jīng)過分析：上段方案不可行，下段方案可行

1）因?yàn)楦邏弘娎|洞洞身坡度為36.833°，非常接近石渣的內(nèi)摩擦角（約40°），出渣時(shí)渣料容易從礦斗車中滑落，對下面的作業(yè)機(jī)具（小反鏟挖掘機(jī)）和人員構(gòu)成安全隱患。

2）高壓電纜洞斷面?。?.0m×4.3m），小反鏟挖掘機(jī)（0.1m3）在斜洞內(nèi)裝渣回旋空間不足，容易碰撞到洞壁，且坡度大，斷面小，不易形成反鏟操作平臺(tái)，故不宜采用機(jī)械裝渣的方式，人工裝渣進(jìn)度慢，且安全隱患多，風(fēng)險(xiǎn)大，也不宜采用 。

3）下段較短（117.50m），采用自下而上反井開挖，人工搭設(shè)簡易鉆爆支架平臺(tái)，每次起爆前拆除鉆爆支架，鉆孔時(shí)安裝，人員上下利用安全軟梯到達(dá)掌子面，洞渣是順開挖斜坡自動(dòng)滑溜至底部▽17.6平臺(tái)，再用自缷車運(yùn)至主變洞。

2.2阿里馬克爬灌施工方法

爬灌法缺點(diǎn)

阿里馬克爬灌通過頂部安裝軌道進(jìn)行施工，每一循環(huán)必須延長軌道，排炮循環(huán)時(shí)間增加，軌道拆裝不安全，且爆破時(shí)石渣容易破壞軌道。

在36.833°的情況下，如果石渣溜不下來，處理松渣時(shí)容易破壞爬灌。

爬灌施工時(shí)沒有導(dǎo)孔，通風(fēng)排煙難于解決，作業(yè)條件差。

如果遇不良地質(zhì)洞段，爬灌軌道難于固定，如需進(jìn)行緊急噴護(hù)，施工風(fēng)水管拆裝工作量大，損耗大。2.3選定的導(dǎo)孔施工方案

2.3.1增加施工支洞

根據(jù)高壓電纜洞施工特點(diǎn)，高壓電纜洞開挖支護(hù)總體分上下兩個(gè)作業(yè)面進(jìn)行，分段樁號依據(jù)電站洞室相對位置、施工規(guī)范及施工難度和進(jìn)度要求，劃分為上段201.346m和下段131.780m，高壓電纜洞洞口施工平面布置見下圖：

（1）根據(jù)《水工建筑物地下工程開挖施工技術(shù)規(guī)范》 DL/T5099-2011第6.4.5條第5款要求：斜井導(dǎo)井可選用反井鉆法施工，但應(yīng)用于斜井時(shí)不宜超過250m,應(yīng)用于豎井時(shí)不宜超過400m,結(jié)合深蓄電站總體布置，擬在尾調(diào)通氣洞W0+505.917處按12%坡度升坡至GY0+208.308樁號，將高壓電纜洞直段分為上段208m,下段133m,以滿足施工規(guī)范要求。

（2）反井鉆先導(dǎo)孔的施工精度是反井施工成敗關(guān)鍵，是保證洞軸線的必要條件，按照電纜洞4.0m*4.3m的斷面推算，先導(dǎo)孔鉆至底部后必須在小于設(shè)計(jì)斷面尺寸0.7m的范圍內(nèi)，方能保證反拉施工正常進(jìn)行，即段長越短越能保證施工精度，故將深蓄高壓電纜洞分為208m和133m相對合理。

（3）下段施工要在施工支洞中完成反井鉆布置，其斷面尺寸考慮能過運(yùn)輸反井鉆設(shè)備車輛通行，參照尾調(diào)通氣洞尺寸定為4.7m*4.7m，后段20m擴(kuò)挖為6.7m*4.7m，以利于石渣裝運(yùn)。

（4）增加施工支洞后，給后續(xù)電纜維修增加一通道，給電站運(yùn)行維修提供方便。

2.3.2施工程序及施工方法

高壓電纜洞軸線與水平面成夾角α＝36.883°，即6°＜α＜75°，按《水工建筑物地下工程開挖施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5099-2011）第6.1.3第2款判定為緩斜井（6°＜α≤48°），施工采用常規(guī)的斜井開挖方法，即按1先導(dǎo)孔正向鉆進(jìn)貫通→2反井鉆反拉完成→3自下而上一次擴(kuò)挖貫通→4自上而下二次擴(kuò)挖成型的順序來施工，開挖過程中支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)．高壓電纜洞開挖支護(hù)施工程序見下圖

高壓電纜洞開挖支護(hù)施工程序流程圖

2.3.3 上平段開挖支護(hù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場開關(guān)站邊坡揭露地質(zhì)條件，進(jìn)洞段為Ⅲ圍巖，按標(biāo)準(zhǔn)斷面4（城門洞型寬4.26m×高4.43m）開挖，頂拱圓弧半徑為2355mm；為了滿足反井鉆施工空間要求，上平洞部分洞段需進(jìn)行技術(shù)性擴(kuò)挖。上平段及上彎段G0+355.483～G0+382.457開挖渣料采用3m3裝載機(jī)倒運(yùn)至洞口，裝自卸車運(yùn)至Ⅲ標(biāo)碎石生產(chǎn)系統(tǒng)的毛料堆場。

為確保進(jìn)洞安全，進(jìn)洞前先按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行超前支護(hù)，邊開挖邊進(jìn)行鋼拱架、噴砼、掛鋼筋網(wǎng)等系統(tǒng)支護(hù)，上平段及彎段G0+355.483～G0+382.457掘進(jìn)過程中加強(qiáng)圍巖變形觀測，以便決定是否采取其它必要的支護(hù)手段，開挖后應(yīng)根據(jù)圍巖情況及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)，以保證施工安全。

混凝土噴射時(shí)將工字鋼與工字鋼之間填平，噴后混凝土線即為襯砌砼外邊線，工字鋼架設(shè)部位隧洞頂拱開挖半徑為2.355m；工字鋼架設(shè)時(shí)每榀工字鋼下部施作4根Ф20，L＝2.5m，外露0.3m的鎖腳錨桿；每榀鋼支撐按片組裝，用鋼板焊接連接腳板，與工字鋼端部焊接后，組裝用螺栓連接；套筒沿環(huán)向以1000mm的間距均勻布置，相鄰兩榀鋼支撐之間采用鋼筋連接并控制安裝間距。

2.3.4 洞身段開挖及支護(hù)

高壓電纜洞斜井段施工分兩個(gè)相對獨(dú)立作業(yè)面：上段為G0+154.137～G0+355.483，長201.346m；下段為G0+022.357～G0+154.137，長131.780m。

首先，高壓電纜洞上彎段安裝反井鉆機(jī)施工G0+154.137～G0+355.483段導(dǎo)井，斜井上段導(dǎo)井貫通后，反井鉆機(jī)移至施工支洞與高壓電纜洞相交處（G0+154.137）進(jìn)行下段導(dǎo)井施工，導(dǎo)井施工詳見下圖。高壓電纜洞斜井上下段導(dǎo)井均貫通后，上段分兩次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)輪廓，上段擴(kuò)挖完成后,下段再分兩次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)輪廓。施工人員、機(jī)具、材料從上平段通過10t絞車牽引6.0m吊籠進(jìn)入工作面。

為了保證兩次擴(kuò)挖順利溜渣，按照《水電水利工程斜井豎井施工規(guī)范》（DL/T5407-2009）相關(guān)要求和斷面尺寸，一次擴(kuò)挖自下而上先開挖上半部分洞室，斷面凈空為4.0m×2.225m的城門洞型，預(yù)留導(dǎo)井下部光滑圓弧槽作為溜渣通道，以便于一、二次擴(kuò)挖時(shí)溜渣。

二次擴(kuò)挖自上而下進(jìn)行，利用一次擴(kuò)挖的溜渣通道在施工支洞或主變洞集渣出渣，斷面為4.0×2.075m，人員通過鋼樓梯上下；擴(kuò)挖期間，做好上井口的安全防護(hù)工作，并派專人留守監(jiān)護(hù)上、下井口，防止掉物傷人。

高壓電纜洞屬高危工作面，支護(hù)必須及時(shí)跟進(jìn)，在二次擴(kuò)挖時(shí)，支護(hù)施工及時(shí)跟進(jìn)，并隨著掌子面推進(jìn)順延安裝鋼爬梯，保證人員材料安全到達(dá)工作面；不良地質(zhì)段處理完成后才能進(jìn)行下一步的開挖施工。

上段導(dǎo)井施工圖

下段導(dǎo)井施工圖

2.3.5 備用開挖方案

反井鉆先導(dǎo)孔的施工軸線精度是保證洞軸線的必要條件，是反井施工成敗關(guān)鍵，由于緩傾角（36.833°）、小斷面(4.0m×4.3m)、長斜井（333.126m）采用反井鉆機(jī)施工在我公司屬于首次，按照電纜洞4.0m*4.3m的斷面推算，先導(dǎo)孔貫通后其孔位必須在小于設(shè)計(jì)斷面尺寸0.7m的范圍內(nèi)，方能保證反拉施工正常進(jìn)行，長斜井反井鉆導(dǎo)孔施工精度較難控制，為了保證施工精度，按照深圳抽水蓄能電站第二、三次總工會(huì)會(huì)議紀(jì)要要求，將高壓電纜洞斜井段施工分為201.346m（G0+154.137～G0+355.483）和131.780m（G0+022.357～G0+154.137）上下兩段。

1）高壓電纜洞上段施工備選方案

高壓電纜洞上段先導(dǎo)孔鉆至深度201.346m時(shí)，從施工支洞進(jìn)入高壓電纜洞G0+154.137樁號，若未發(fā)現(xiàn)鉆頭，證明導(dǎo)孔已偏離出洞身范圍，啟動(dòng)備用方案如下所述：

（1）高壓電纜洞斜井上段從G0+154.137自下而上進(jìn)行全斷面開挖，直至與導(dǎo)孔貫通。

（2）若貫通先導(dǎo)孔位置與G0+154.137之間距離在可安裝反井鉆機(jī)鉆頭的距離范圍內(nèi)，安裝反井鉆機(jī)擴(kuò)挖鉆頭，反井?dāng)U孔形成Ф1.4導(dǎo)井后，再按“4.2洞身段開挖及支護(hù)”中方案分兩次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)輪廓。其中，可安裝反井鉆機(jī)鉆頭的距離根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

（3）若貫通導(dǎo)孔位置與G0+154.137距離大于可安裝反井鉆機(jī)鉆頭的距離，高壓電纜洞斜井上段采用正井法開挖，使用絞車提升軌道小車出渣。

2）高壓電纜洞斜井下段備選方案

先導(dǎo)孔鉆至深度131.78m時(shí)，高壓電纜洞G0+022.357處未發(fā)現(xiàn)鉆頭，證明導(dǎo)孔已偏離出洞身范圍，啟動(dòng)備用方案如下所述：

（1）高壓電纜洞斜井下段從G0+022.357自下而上進(jìn)行全斷面開挖，直至與先導(dǎo)孔貫通；

（2）若貫通先導(dǎo)孔位置與G0+022.357之間距離在可安裝反井鉆機(jī)鉆頭的距離范圍內(nèi)，安裝反井鉆機(jī)擴(kuò)挖鉆頭，反井?dāng)U孔形成Ф1.4導(dǎo)井后，再按“4.2洞身段開挖及支護(hù)”中方案分兩次擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)輪廓。其中，可安裝反井鉆機(jī)鉆頭的距離根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

（3）若貫通導(dǎo)孔位置與G0+022.357距離大于可安裝反井鉆機(jī)鉆頭的距離，高壓電纜洞斜井下段采用反井法開挖：每一排炮循環(huán)搭設(shè)簡易平臺(tái)架自下而上進(jìn)行全斷面開挖支護(hù)，人工扒渣，底部集渣出渣。

2.3.6 斜井導(dǎo)孔精度控制措施

在豎井及斜井施工中，導(dǎo)孔精度控制是反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工的關(guān)鍵，反井鉆先導(dǎo)孔的施工精度是反井施工成敗關(guān)鍵，是保證洞軸線的必要條件，按照電纜洞4.0m*4.3m的斷面推算，先導(dǎo)孔鉆至底部后必須在小于設(shè)計(jì)斷面尺寸0.7m的范圍內(nèi)，方能保證反拉施工正常進(jìn)行：

1、測量放樣，先制定詳實(shí)可行的測量放樣措施，在現(xiàn)場采用全站儀儀進(jìn)行對開口點(diǎn)進(jìn)行放樣，然后在安裝機(jī)身時(shí)一定要采用水平尺和鉛垂球從多角度進(jìn)行精確測量，再對中心點(diǎn)進(jìn)行校核，為便于調(diào)節(jié)鉆機(jī)位置精確，底座上螺孔都加工成條型孔，最后通過調(diào)節(jié)螺栓來固定鉆機(jī)，確保鉆桿垂直于水平面（豎井）如果是斜井施工要求就更高，首先是基礎(chǔ)砼的澆筑，按設(shè)計(jì)傾角通過測量設(shè)備定出導(dǎo)線，然后是機(jī)身傾斜后的下部支撐及上部牽拉一定要牢固穩(wěn)定，最后通過調(diào)節(jié)螺栓來固定，鉆機(jī)造孔過程中不斷進(jìn)行孔向測斜。

２、控制造孔速度，反井鉆機(jī)導(dǎo)孔鉆進(jìn)速度越快，精度越難以保證，因此在精度要求較高的部位，建議慢速推進(jìn)。

３、在孔口增加扶正器，并在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中采用穩(wěn)定鉆桿防止鉆桿偏斜，穩(wěn)定鉆桿以每隔15～20m長度增加一根為宜。

4、對于傾斜孔，由于鉆機(jī)在開孔后鉆桿會(huì)由于自重原因略向下傾斜，本工程經(jīng)驗(yàn)為造孔后鉆機(jī)會(huì)向下傾0.5～1度、在實(shí)際施工中可將鉆孔傾角上調(diào)0.5～1度，或開孔點(diǎn)作適當(dāng)調(diào)整。

5、遇不良地質(zhì)段，需及時(shí)采取灌漿等方式進(jìn)行處理，防止鉆桿遇軟巖發(fā)生偏斜。

2.3.7 反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工應(yīng)用前景

隨著電站的發(fā)展，豎井及斜井的長度在不斷增加，采用人工手風(fēng)鉆的施工方法滿足不了工程施工要求，而反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工由于不需要爆破、鉆進(jìn)速度快、效率高、比鉆爆法相比工期縮短很多、且施工人員不留在井內(nèi)，安全性較好等特點(diǎn)，因此，反井鉆機(jī)已被世界眾多國家采用，但對我國來說，還是一種新型的施工機(jī)械，隨著科技的發(fā)展，反井鉆機(jī)將被更多施工單位認(rèn)識，在水電建設(shè)中，發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

1、水電水利工程斜井豎井施工規(guī)范中國電力出版社DL/T5407-2009。

2、水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5099-1999。

作者簡介：

李 堅(jiān)：云南昆明人，1982年出生，水電十四局深蓄項(xiàng)目部技術(shù)部主任，工程師，長期從事水電工程施工。