深圳抽水蓄能电站高压电缆洞施工技术方案考虑

李坚

摘要：在地下电站工程中，竖井及斜井是水电水利工程中重要建筑物，布置较为普遍，且竖井及斜井的规模仍在不断加大，在施工中，竖井及斜井的施工历来都是水电工程中的难题，有明显的特殊性。DLT 5407-2009 水电水利工程斜井竖井施工规范中讲斜井倾角为250～750，竖井倾角为大于750，斜井采用最普遍其倾角一般为450～600，,25 0～440的斜井较少，人员不利于操作，溜渣困难，容易堵井。而深圳抽水蓄能电站高压电缆洞斜井段为缓倾角（36.833°）、小断面(4.0m×4.3m)、长斜井（333.126m）采用反井钻机施工在我公司属于首次。

关键词:正井开挖法 爬灌施工 导井法施工

中图分类号：TQ639 文献标识码： A

工程概述

深圳抽水蓄能电站高压电缆洞采用斜井式布置，从主变室下游侧中部引出通往地面开关站。高压电缆洞由下平段、斜井和上平段组成。高压电缆洞斜井段倾角为36.833°，长333.126m。高压电缆洞总长度382.457m。

高压电缆洞下平段与主变室高压试验场相接，结构底板高程为▽15.75m，上平段与开关站电缆夹层衔接，结构底板高程为▽220.50m，上、下高差为204.75m。高压电缆洞标准断面为城门洞型，开挖断面宽4.0m，高4.3m。

高压电缆洞零桩号从主变室下游侧开始，桩号按洞中心线的开挖底线实际长度计算，桩号范围为G0+000.000～G0+382.457，其中：G0+000.000～G0+000.008为下平洞扩大段，开挖底板高程为▽15.55m，与主变洞下游边墙相接，G0+008.000～G0+013.175为台阶段，开挖底板高程为▽15.55m～▽18.55m，G0+013.175～G0+019.143为下平段，开挖底板高程为▽18.55m。上、下弯段的竖弯半径均为5m，长度均为3.214m，下弯段桩号为G0+019.143～G0+022.357，上弯段桩号为G0+355.483～G0+358.697，高压电缆洞斜井直段桩号为G0+022.357～G0+355.483，倾角为36.833°，开挖高程为▽19.548m～▽219.252m，上平段桩号为G0+358.697～G0+382.457，与开关站GIS楼的电缆夹层相连。

方案的比选

2.1正井开挖法

高压电缆洞开挖分两段进行，上段（GY0+355.483~GY0+55.483）采用正井开挖，0.1m3反铲装渣，卷扬机拖2.0m3矿斗车装渣出洞，8t自卸车洞外出渣的方式进行；下段（GY0+55.483~GY0+22.357）开挖采用反井开挖，手风钻造孔，设计36.833°斜坡溜渣，底部积渣，反铲装渣出渣的方式进。

经过分析：上段方案不可行，下段方案可行

1）因为高压电缆洞洞身坡度为36.833°，非常接近石渣的内摩擦角（约40°），出渣时渣料容易从矿斗车中滑落，对下面的作业机具（小反铲挖掘机）和人员构成安全隐患。

2）高压电缆洞断面小（4.0m×4.3m），小反铲挖掘机（0.1m3）在斜洞内装渣回旋空间不足，容易碰撞到洞壁，且坡度大，断面小，不易形成反铲操作平台，故不宜采用机械装渣的方式，人工装渣进度慢，且安全隐患多，风险大，也不宜采用 。

3）下段较短（117.50m），采用自下而上反井开挖，人工搭设简易钻爆支架平台，每次起爆前拆除钻爆支架，钻孔时安装，人员上下利用安全软梯到达掌子面，洞渣是顺开挖斜坡自动滑溜至底部▽17.6平台，再用自缷车运至主变洞。

2.2阿里马克爬灌施工方法

爬灌法缺点

阿里马克爬灌通过顶部安装轨道进行施工，每一循环必须延长轨道，排炮循环时间增加，轨道拆装不安全，且爆破时石渣容易破坏轨道。

在36.833°的情况下，如果石渣溜不下来，处理松渣时容易破坏爬灌。

爬灌施工时没有导孔，通风排烟难于解决，作业条件差。

如果遇不良地质洞段，爬灌轨道难于固定，如需进行紧急喷护，施工风水管拆装工作量大，损耗大。2.3选定的导孔施工方案

2.3.1增加施工支洞

根据高压电缆洞施工特点，高压电缆洞开挖支护总体分上下两个作业面进行，分段桩号依据电站洞室相对位置、施工规范及施工难度和进度要求，划分为上段201.346m和下段131.780m，高压电缆洞洞口施工平面布置见下图：

（1）根据《水工建筑物地下工程开挖施工技术规范》 DL/T5099-2011第6.4.5条第5款要求：斜井导井可选用反井钻法施工，但应用于斜井时不宜超过250m,应用于竖井时不宜超过400m,结合深蓄电站总体布置，拟在尾调通气洞W0+505.917處按12%坡度升坡至GY0+208.308桩号，将高压电缆洞直段分为上段208m,下段133m,以满足施工规范要求。

（2）反井钻先导孔的施工精度是反井施工成败关键，是保证洞轴线的必要条件，按照电缆洞4.0m*4.3m的断面推算，先导孔钻至底部后必须在小于设计断面尺寸0.7m的范围内，方能保证反拉施工正常进行，即段长越短越能保证施工精度，故将深蓄高压电缆洞分为208m和133m相对合理。

（3）下段施工要在施工支洞中完成反井钻布置，其断面尺寸考虑能过运输反井钻设备车辆通行，参照尾调通气洞尺寸定为4.7m*4.7m，后段20m扩挖为6.7m*4.7m，以利于石渣装运。

（4）增加施工支洞后，给后续电缆维修增加一通道，给电站运行维修提供方便。

2.3.2施工程序及施工方法

高压电缆洞轴线与水平面成夹角α＝36.883°，即6°＜α＜75°，按《水工建筑物地下工程开挖施工技术规范》（DL/T5099-2011）第6.1.3第2款判定为缓斜井（6°＜α≤48°），施工采用常规的斜井开挖方法，即按1先导孔正向钻进贯通→2反井钻反拉完成→3自下而上一次扩挖贯通→4自上而下二次扩挖成型的顺序来施工，开挖过程中支护及时跟进．高压电缆洞开挖支护施工程序见下图

高压电缆洞开挖支护施工程序流程图

2.3.3 上平段开挖支护

根据设计图纸和现场开关站边坡揭露地质条件，进洞段为Ⅲ围岩，按标准断面4（城门洞型宽4.26m×高4.43m）开挖，顶拱圆弧半径为2355mm；为了满足反井钻施工空间要求，上平洞部分洞段需进行技术性扩挖。上平段及上弯段G0+355.483～G0+382.457开挖渣料采用3m3装载机倒运至洞口，装自卸车运至Ⅲ标碎石生产系统的毛料堆场。

为确保进洞安全，进洞前先按设计图纸进行超前支护，边开挖边进行钢拱架、喷砼、挂钢筋网等系统支护，上平段及弯段G0+355.483～G0+382.457掘进过程中加强围岩变形观测，以便决定是否采取其它必要的支护手段，开挖后应根据围岩情况及时进行系统支护，以保证施工安全。

混凝土喷射时将工字钢与工字钢之间填平，喷后混凝土线即为衬砌砼外边线，工字钢架设部位隧洞顶拱开挖半径为2.355m；工字钢架设时每榀工字钢下部施作4根Ф20，L＝2.5m，外露0.3m的锁脚锚杆；每榀钢支撑按片组装，用钢板焊接连接脚板，与工字钢端部焊接后，组装用螺栓连接；套筒沿环向以1000mm的间距均匀布置，相邻两榀钢支撑之间采用钢筋连接并控制安装间距。

2.3.4 洞身段开挖及支护

高压电缆洞斜井段施工分两个相对独立作业面：上段为G0+154.137～G0+355.483，长201.346m；下段为G0+022.357～G0+154.137，长131.780m。

首先，高压电缆洞上弯段安装反井钻机施工G0+154.137～G0+355.483段导井，斜井上段导井贯通后，反井钻机移至施工支洞与高压电缆洞相交处（G0+154.137）进行下段导井施工，导井施工详见下图。高压电缆洞斜井上下段导井均贯通后，上段分两次扩挖至设计轮廓，上段扩挖完成后,下段再分两次扩挖至设计轮廓。施工人员、机具、材料从上平段通过10t绞车牵引6.0m吊笼进入工作面。

为了保证两次扩挖顺利溜渣，按照《水电水利工程斜井竖井施工规范》（DL/T5407-2009）相关要求和断面尺寸，一次扩挖自下而上先开挖上半部分洞室，断面净空为4.0m×2.225m的城门洞型，预留导井下部光滑圆弧槽作为溜渣通道，以便于一、二次扩挖时溜渣。

二次扩挖自上而下进行，利用一次扩挖的溜渣通道在施工支洞或主变洞集渣出渣，断面为4.0×2.075m，人员通过钢楼梯上下；扩挖期间，做好上井口的安全防护工作，并派专人留守监护上、下井口，防止掉物伤人。

高压电缆洞属高危工作面，支护必须及时跟进，在二次扩挖时，支护施工及时跟进，并随着掌子面推进顺延安装钢爬梯，保证人员材料安全到达工作面；不良地质段处理完成后才能进行下一步的开挖施工。

上段导井施工图

下段导井施工图

2.3.5 备用开挖方案

反井钻先导孔的施工轴线精度是保证洞轴线的必要条件，是反井施工成败关键，由于缓倾角（36.833°）、小断面(4.0m×4.3m)、长斜井（333.126m）采用反井钻机施工在我公司属于首次，按照电缆洞4.0m*4.3m的断面推算，先导孔贯通后其孔位必须在小于设计断面尺寸0.7m的范围内，方能保证反拉施工正常进行，长斜井反井钻导孔施工精度较难控制，为了保证施工精度，按照深圳抽水蓄能电站第二、三次总工会会议纪要要求，将高压电缆洞斜井段施工分为201.346m（G0+154.137～G0+355.483）和131.780m（G0+022.357～G0+154.137）上下两段。

1）高压电缆洞上段施工备选方案

高压电缆洞上段先导孔钻至深度201.346m时，从施工支洞进入高压电缆洞G0+154.137桩号，若未发现钻头，证明导孔已偏离出洞身范围，启动备用方案如下所述：

（1）高压电缆洞斜井上段从G0+154.137自下而上进行全断面开挖，直至与导孔贯通。

（2）若贯通先导孔位置与G0+154.137之间距离在可安装反井钻机钻头的距离范围内，安装反井钻机扩挖钻头，反井扩孔形成Ф1.4导井后，再按“4.2洞身段开挖及支护”中方案分两次扩挖至设计轮廓。其中，可安装反井钻机钻头的距离根据现场实际情况确定。

（3）若贯通导孔位置与G0+154.137距离大于可安装反井钻机钻头的距离，高压电缆洞斜井上段采用正井法开挖，使用绞车提升轨道小车出渣。

2）高压电缆洞斜井下段备选方案

先导孔钻至深度131.78m时，高压电缆洞G0+022.357处未发现钻头，证明导孔已偏离出洞身范围，启动备用方案如下所述：

（1）高压电缆洞斜井下段从G0+022.357自下而上进行全断面开挖，直至与先导孔贯通；

（2）若贯通先导孔位置与G0+022.357之间距离在可安装反井钻机钻头的距离范围内，安装反井钻机扩挖钻头，反井扩孔形成Ф1.4导井后，再按“4.2洞身段开挖及支护”中方案分两次扩挖至设计轮廓。其中，可安装反井钻机钻头的距离根据现场实际情况确定。

（3）若贯通导孔位置与G0+022.357距离大于可安装反井钻机钻头的距离，高压电缆洞斜井下段采用反井法开挖：每一排炮循环搭设简易平台架自下而上进行全断面开挖支护，人工扒渣，底部集渣出渣。

2.3.6 斜井导孔精度控制措施

在竖井及斜井施工中，导孔精度控制是反井钻机导井法施工的关键，反井钻先导孔的施工精度是反井施工成败关键，是保证洞轴线的必要条件，按照电缆洞4.0m*4.3m的断面推算，先导孔钻至底部后必须在小于设计断面尺寸0.7m的范围内，方能保证反拉施工正常进行：

1、测量放样，先制定详实可行的测量放样措施，在现场采用全站仪仪进行对开口点进行放样，然后在安装机身时一定要采用水平尺和铅垂球从多角度进行精确测量，再对中心点进行校核，为便于调节钻机位置精确，底座上螺孔都加工成条型孔，最后通过调节螺栓来固定钻机，确保钻杆垂直于水平面（竖井）如果是斜井施工要求就更高，首先是基础砼的浇筑，按设计倾角通过测量设备定出导线，然后是机身倾斜后的下部支撑及上部牵拉一定要牢固稳定，最后通过调节螺栓来固定，钻机造孔过程中不断进行孔向测斜。

２、控制造孔速度，反井钻机导孔钻进速度越快，精度越难以保证，因此在精度要求较高的部位，建议慢速推进。

３、在孔口增加扶正器，并在导孔钻进过程中采用稳定钻杆防止钻杆偏斜，稳定钻杆以每隔15～20m长度增加一根为宜。

4、对于倾斜孔，由于钻机在开孔后钻杆会由于自重原因略向下倾斜，本工程经验为造孔后钻机会向下倾0.5～1度、在实际施工中可将钻孔倾角上调0.5～1度，或开孔点作适当调整。

5、遇不良地质段，需及时采取灌浆等方式进行处理，防止钻杆遇软岩发生偏斜。

2.3.7 反井钻机导井法施工应用前景

随着电站的发展，竖井及斜井的长度在不断增加，采用人工手风钻的施工方法满足不了工程施工要求，而反井钻机导井法施工由于不需要爆破、钻进速度快、效率高、比钻爆法相比工期缩短很多、且施工人员不留在井内，安全性较好等特点，因此，反井钻机已被世界众多国家采用，但对我国来说，还是一种新型的施工机械，随着科技的发展，反井钻机将被更多施工单位认识，在水电建设中，发挥更大的作用。

參考文献：

1、水电水利工程斜井竖井施工规范中国电力出版社DL/T5407-2009。

2、水工建筑物地下开挖工程施工技术规范 中华人民共和国电力行业标准DL/T5099-1999。

作者简介：

李 坚：云南昆明人，1982年出生，水电十四局深蓄项目部技术部主任，工程师，长期从事水电工程施工。