地下廠房設(shè)置單級(jí)豎井解決超深電纜出線的研究

于生波，逄立輝

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130021）

地下廠房設(shè)置單級(jí)豎井解決超深電纜出線的研究

于生波，逄立輝

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130021）

針對(duì)目前地下廠房超深電纜出線豎井，通常采用兩級(jí)豎井所存在的不足現(xiàn)狀，超深豎井設(shè)置成單級(jí)豎井加耳洞的型式，取消分級(jí)豎井的中平洞及施工支洞，可以有效地節(jié)省工程投資，符合“安全可靠、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用”的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)理念。

超深出線豎井；單級(jí)豎井；地下廠房出線；豎井耳洞

1 常規(guī)設(shè)計(jì)方法及存在的問(wèn)題

超深出線豎井常規(guī)設(shè)計(jì)方法通常采用分段設(shè)置（或稱(chēng)分級(jí)設(shè)置）來(lái)減小豎井深度，各級(jí)豎井間采用中平洞連接。國(guó)內(nèi)電站地下廠房出線一般設(shè)置為兩級(jí)豎井，如溪洛渡水電站布置為左右岸電纜豎井，深度分別為463.50 m、493.50 m，均分為兩級(jí)設(shè)置，豎井下段深度均為234 m，左岸上段深度為230 m，右岸上段深度為260 m。

分級(jí)設(shè)置的豎井雖然有效地解決了超深豎井電纜敷設(shè)安裝等難題，但存在以下弊端：

1）由于電纜敷設(shè)及開(kāi)挖出渣施工需要，各級(jí)之間需設(shè)置中平洞，以便連接各級(jí)豎井。

2）根據(jù)開(kāi)挖出渣需要，地面與中平洞之間需設(shè)置施工支洞。

3）需設(shè)置廠區(qū)至施工支洞地面進(jìn)口的施工道路。

考慮電纜敷設(shè)轉(zhuǎn)向需要、中平洞與施工支洞交叉口車(chē)輛轉(zhuǎn)向需要等因素，中平洞長(zhǎng)度一般在50 m以上，中平洞至地面的施工支洞長(zhǎng)度，根據(jù)高差及施工隧洞底坡要求確定。

上述措施的中平洞、施工支洞及施工道路等均需增加較多的工程投資，另外，由于增加了施工道路及施工支洞洞口的工程占地，也不利于環(huán)境保護(hù)和水土保持。由此可見(jiàn)，超深出線豎井的常規(guī)解決方法存在一定的弊端。

2 超深出線設(shè)置單級(jí)豎井的研究

國(guó)內(nèi)大型水電工程采用深埋式地下廠房的出線豎井深度一般可達(dá)300～500 m，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)高壓電纜制造、運(yùn)輸、安裝敷設(shè)技術(shù)水平，若采用單級(jí)豎井出線，則電纜安裝、敷設(shè)等難度較大，常規(guī)設(shè)計(jì)方法通常采用兩級(jí)豎井的型式出線，在兩級(jí)豎井中間加一中平洞，平洞作為緩沖段，其作用就是減小電纜的自承力，但由于中平洞的存在，需增設(shè)施工支洞和交通道路，土建工程量增大、施工較復(fù)雜。

針對(duì)目前地下廠房超深電纜出線豎井，通常采用兩級(jí)豎井所存在的土建施工困難、需增加施工支洞及施工公路等不足現(xiàn)狀，研究將一定深度范圍的超深豎井設(shè)置為單級(jí)豎井的可行性。

考慮到超深豎井電纜安裝、敷設(shè)受垂直高度限制，通過(guò)調(diào)研及論證分析，初步考慮在超深豎井中部，設(shè)置耳洞作為電纜緩沖段，耳洞的開(kāi)挖出渣及混凝土澆筑可以通過(guò)豎井進(jìn)行，不必設(shè)置單獨(dú)的施工支洞，因此會(huì)大大減小土建工程量。高壓電纜在豎井內(nèi)垂直敷設(shè)，在耳洞內(nèi)水平敷設(shè)，將水平敷設(shè)段作為垂直敷設(shè)的緩沖段，完全能夠滿足電纜的敷設(shè)安裝要求。耳洞設(shè)在豎井中間部位，上段和下段豎井一般均不超過(guò)280 m，以滿足電纜垂直敷設(shè)自承力的要求。

從豎井的開(kāi)挖、混凝土澆筑、電纜敷設(shè)等方面分析超深單級(jí)豎井的可行性如下：

2．1 超深單級(jí)豎井的開(kāi)挖

豎井開(kāi)挖施工一般分五步：準(zhǔn)備階段→反井鉆導(dǎo)孔施工→導(dǎo)井施工→溜渣井?dāng)U挖施工→豎井成型擴(kuò)挖施工。

國(guó)內(nèi)各行業(yè)如煤炭、冶金、黃金、水電等豎井工程中，采用反井鉆法施工的較為普遍，單級(jí)豎井開(kāi)挖深度能達(dá)到500 m以上。

根據(jù)國(guó)內(nèi)深豎井的反井鉆開(kāi)挖結(jié)果，其偏孔 率通過(guò)糾偏措施一般均能夠控制在1%以內(nèi)，導(dǎo)孔鉆孔速度能達(dá)到10 m/d。

通過(guò)分析可知，單級(jí)豎井開(kāi)挖與分級(jí)豎井開(kāi)挖技術(shù)、進(jìn)度等方面差異不大，目前的施工技術(shù)完全能夠滿足單級(jí)豎井開(kāi)挖的精度要求。

2．2 超深豎井的混凝土澆筑

根據(jù)同類(lèi)工程的施工經(jīng)驗(yàn)，由于滑模施工具有速度快（日平均進(jìn)度可達(dá)4 m）、質(zhì)量可靠、外觀平整、安全性高等特點(diǎn)，對(duì)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，因此擬定超深出線豎井混凝土澆筑采用滑模施工。

目前國(guó)內(nèi)工程豎井混凝土垂直運(yùn)輸，大多數(shù)采用混凝土溜管運(yùn)輸方式，深度超過(guò)350 m豎井采用溜管垂直運(yùn)輸混凝土的成功先例較多，例如，陜西秦嶺終南山隧道2號(hào)通風(fēng)豎井（井深661 m，凈徑11.2 m），3號(hào)通風(fēng)豎井（井深393 m，凈徑11.5 m），山西霍州煤電集團(tuán)一團(tuán)柏礦疙瘩條進(jìn)風(fēng)井（井深465 m），山西陽(yáng)城大寧礦南山進(jìn)風(fēng)井（井深397 m，凈徑8.0 m）等。對(duì)于水電工程單級(jí)出線豎井一般深度不會(huì)超過(guò)500 m，豎井混凝土澆筑的垂直運(yùn)輸能夠得以保證。

耳洞混凝土襯砌，可采用鋼木模板澆筑施工，混凝土從地面混凝土拌和系統(tǒng)，利用溜管運(yùn)輸至耳洞附近，再用混凝土泵泵送入倉(cāng)，人工平倉(cāng)振搗，耳洞混凝土澆筑施工難度不大。

由上述論述可以得出：在混凝土澆筑施工方面，超深出線豎井采用多級(jí)豎井或單級(jí)豎井型式，沒(méi)有明顯的差異。

2．3 超深豎井的電纜敷設(shè)

超深單級(jí)豎井與分級(jí)豎井電纜敷設(shè)方式基本相同，利用布置在中平洞或耳洞內(nèi)的導(dǎo)向裝置進(jìn)行電纜轉(zhuǎn)向，區(qū)別只是轉(zhuǎn)向次數(shù)不同，兩級(jí)豎井僅有兩個(gè)轉(zhuǎn)向：電纜從上級(jí)豎井轉(zhuǎn)入中平洞，再?gòu)闹衅蕉崔D(zhuǎn)入下級(jí)豎井；單級(jí)豎井需四個(gè)轉(zhuǎn)向：電纜從豎井轉(zhuǎn)入耳洞，耳洞內(nèi)回轉(zhuǎn)180°（兩次轉(zhuǎn)向），再?gòu)亩崔D(zhuǎn)入豎井。

從電纜解盤(pán)、敷設(shè)安裝、固定及運(yùn)行維護(hù)條件等方面考慮，單級(jí)豎井加耳洞的型式與分級(jí)豎井加中平洞型式基本類(lèi)似。

綜合分析，采用在豎井中間增設(shè)耳洞方式，以代替分級(jí)豎井加平洞的常規(guī)超深出線方式，沒(méi)有增加豎井開(kāi)挖、混凝土澆筑等土建施工的難度，且可以避免增加施工支洞及施工公路等不利現(xiàn)狀，電纜敷設(shè)安裝及運(yùn)行維護(hù)條件等方面也差異不大，所以說(shuō)，超深豎井采用單級(jí)豎井加耳洞的方式在經(jīng)濟(jì)上是合理的、技術(shù)上是完全可行的。

3 應(yīng)用與思考

目前深埋式大型水電站地下廠房，出線通常采用豎井或斜井方式，相對(duì)于出線斜井而言，出線豎井開(kāi)挖施工技術(shù)較成熟，施工安全度較高，且豎井內(nèi)一般設(shè)有電梯，地下廠房與地面開(kāi)關(guān)站之間交通、聯(lián)絡(luò)更便捷，運(yùn)行管理?xiàng)l件較好，因而大多數(shù)電站采用了豎井出線。

針對(duì)目前地下廠房超深電纜出線豎井，通常采用兩級(jí)豎井所存在的不足現(xiàn)狀，超深豎井設(shè)置成單級(jí)豎井加耳洞的型式，取消分級(jí)豎井的中平洞及施工支洞，可以有效地節(jié)省工程投資，減少施工公路的占地，有利于環(huán)境保護(hù)和水土保持，有利于生態(tài)建設(shè)，符合國(guó)家提倡生態(tài)建設(shè)的宗旨，符合“安全可靠、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用”的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)理念。所以說(shuō)，超深豎井設(shè)置成單級(jí)豎井加耳洞的型式，是一種新型地下廠房超深出線豎井布置型式，為國(guó)內(nèi)水電工程首創(chuàng)，具有較高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具備廣泛應(yīng)用的條件。

雖然超深豎井設(shè)置為單級(jí)豎井的型式有上述優(yōu)點(diǎn)，鑒于國(guó)內(nèi)外豎井開(kāi)挖施工技術(shù)、電纜敷設(shè)水平及電梯制造安裝水平等因素，單級(jí)豎井深度不宜超過(guò)500 m。

超深出線豎井布置中應(yīng)考慮以下因素：

1）根據(jù)實(shí)際工程情況，結(jié)合出線豎井與地下洞室群位置關(guān)系、出線豎井與地面開(kāi)關(guān)站位置關(guān)系等，確定出線豎井平面位置及豎井地面、地下兩部分的連接布置。

2）根據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)情況，為減小山巖壓力及地下水對(duì)豎井結(jié)構(gòu)的不利影響，豎井截面宜選擇圓形，結(jié)構(gòu)受力均勻，節(jié)省工程量。

3）出線豎井布置應(yīng)考慮出線、排風(fēng)、交通等功能，充分考慮各功能區(qū)特點(diǎn)，合理分區(qū)。

4）耳洞布置應(yīng)充分考慮導(dǎo)向裝置布置及電纜轉(zhuǎn)彎要求，按有利于電纜敷設(shè)安裝及土建施工的原則確定耳洞的位置、尺寸。

5）充分考慮電梯的制造安裝水平及造價(jià)，設(shè)置一級(jí)電梯或二級(jí)電梯，保障出線豎井交通的便捷性和安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

在中國(guó)能源“調(diào)結(jié)構(gòu)”的宏觀背景下，抽水蓄能電站建設(shè)步伐將會(huì)加快，大中型蓄能電站會(huì)陸續(xù)投入建設(shè)，由于蓄能電站大多具有高水頭、機(jī)組吸出高度大的特點(diǎn)，電站多采用深埋式地下廠房，因此超深出線的問(wèn)題也會(huì)越來(lái)越普遍。一定深度范圍的超深豎井設(shè)置為單級(jí)豎井加耳洞的型式，節(jié)省工程投資，有利于生態(tài)建設(shè)，將會(huì)是未來(lái)超深出線的主要解決方法。

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2016-07-13