深圳抽水蓄能電站高壓電纜洞施工技術方案考慮

李堅

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）采用反井鉆機施工在我公司屬于首次。

關鍵詞:正井開挖法 爬灌施工 導井法施工

中圖分類號：TQ639 文獻標識碼： 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，從主變室下游側中部引出通往地面開關站。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場相接，結構底板高程為▽15.75m，上平段與開關站電纜夾層銜接，結構底板高程為▽220.50m，上、下高差為204.75m。高壓電纜洞標準斷面為城門洞型，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開始，樁號按洞中心線的開挖底線實際長度計算，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行，上段（GY0+355.483~GY0+55.483）采用正井開挖，0.1m3反鏟裝渣，卷揚機拖2.0m3礦斗車裝渣出洞，8t自卸車洞外出渣的方式進行；下段（GY0+55.483~GY0+22.357）開挖采用反井開挖，手風鉆造孔，設計36.833°斜坡溜渣，底部積渣，反鏟裝渣出渣的方式進。

經過分析：上段方案不可行，下段方案可行

1）因為高壓電纜洞洞身坡度為36.833°，非常接近石渣的內摩擦角（約40°），出渣時渣料容易從礦斗車中滑落，對下面的作業機具（小反鏟挖掘機）和人員構成安全隱患。

2）高壓電纜洞斷面小（4.0m×4.3m），小反鏟挖掘機（0.1m3）在斜洞內裝渣回旋空間不足，容易碰撞到洞壁，且坡度大，斷面小，不易形成反鏟操作平臺，故不宜采用機械裝渣的方式，人工裝渣進度慢，且安全隱患多，風險大，也不宜采用 。

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

2.2阿里馬克爬灌施工方法

爬灌法缺點

阿里馬克爬灌通過頂部安裝軌道進行施工，每一循環必須延長軌道，排炮循環時間增加，軌道拆裝不安全，且爆破時石渣容易破壞軌道。

在36.833°的情況下，如果石渣溜不下來，處理松渣時容易破壞爬灌。

爬灌施工時沒有導孔，通風排煙難于解決，作業條件差。

如果遇不良地質洞段，爬灌軌道難于固定，如需進行緊急噴護，施工風水管拆裝工作量大，損耗大。2.3選定的導孔施工方案

2.3.1增加施工支洞

根據高壓電纜洞施工特點，高壓電纜洞開挖支護總體分上下兩個作業面進行，分段樁號依據電站洞室相對位置、施工規范及施工難度和進度要求，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《水工建筑物地下工程開挖施工技術規范》 DL/T5099-2011第6.4.5條第5款要求：斜井導井可選用反井鉆法施工，但應用于斜井時不宜超過250m,應用于豎井時不宜超過400m,結合深蓄電站總體布置，擬在尾調通氣洞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,以滿足施工規范要求。

（2）反井鉆先導孔的施工精度是反井施工成敗關鍵，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，先導孔鉆至底部后必須在小于設計斷面尺寸0.7m的范圍內，方能保證反拉施工正常進行，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輸反井鉆設備車輛通行，參照尾調通氣洞尺寸定為4.7m*4.7m，后段20m擴挖為6.7m*4.7m，以利于石渣裝運。

（4）增加施工支洞后，給后續電纜維修增加一通道，給電站運行維修提供方便。

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規范》（DL/T5099-2011）第6.1.3第2款判定為緩斜井（6°＜α≤48°），施工采用常規的斜井開挖方法，即按1先導孔正向鉆進貫通→2反井鉆反拉完成→3自下而上一次擴挖貫通→4自上而下二次擴挖成型的順序來施工，開挖過程中支護及時跟進．高壓電纜洞開挖支護施工程序見下圖

高壓電纜洞開挖支護施工程序流程圖

2.3.3 上平段開挖支護

根據設計圖紙和現場開關站邊坡揭露地質條件，進洞段為Ⅲ圍巖，按標準斷面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行技術性擴挖。上平段及上彎段G0+355.483～G0+382.457開挖渣料采用3m3裝載機倒運至洞口，裝自卸車運至Ⅲ標碎石生產系統的毛料堆場。

為確保進洞安全，進洞前先按設計圖紙進行超前支護，邊開挖邊進行鋼拱架、噴砼、掛鋼筋網等系統支護，上平段及彎段G0+355.483～G0+382.457掘進過程中加強圍巖變形觀測，以便決定是否采取其它必要的支護手段，開挖后應根據圍巖情況及時進行系統支護，以保證施工安全。

混凝土噴射時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，工字鋼架設部位隧洞頂拱開挖半徑為2.355m；工字鋼架設時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

高壓電纜洞斜井段施工分兩個相對獨立作業面：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施工G0+154.137～G0+355.483段導井，斜井上段導井貫通后，反井鉆機移至施工支洞與高壓電纜洞相交處（G0+154.137）進行下段導井施工，導井施工詳見下圖。高壓電纜洞斜井上下段導井均貫通后，上段分兩次擴挖至設計輪廓，上段擴挖完成后,下段再分兩次擴挖至設計輪廓。施工人員、機具、材料從上平段通過10t絞車牽引6.0m吊籠進入工作面。

為了保證兩次擴挖順利溜渣，按照《水電水利工程斜井豎井施工規范》（DL/T5407-2009）相關要求和斷面尺寸，一次擴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，預留導井下部光滑圓弧槽作為溜渣通道，以便于一、二次擴挖時溜渣。

二次擴挖自上而下進行，利用一次擴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；擴挖期間，做好上井口的安全防護工作，并派專人留守監護上、下井口，防止掉物傷人。

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

上段導井施工圖

下段導井施工圖

2.3.5 備用開挖方案

反井鉆先導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，先導孔貫通后其孔位必須在小于設計斷面尺寸0.7m的范圍內，方能保證反拉施工正常進行，長斜井反井鉆導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、三次總工會會議紀要要求，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孔鉆至深度201.346m時，從施工支洞進入高壓電纜洞G0+154.137樁號，若未發現鉆頭，證明導孔已偏離出洞身范圍，啟動備用方案如下所述：

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

（2）若貫通先導孔位置與G0+154.137之間距離在可安裝反井鉆機鉆頭的距離范圍內，安裝反井鉆機擴挖鉆頭，反井擴孔形成Ф1.4導井后，再按“4.2洞身段開挖及支護”中方案分兩次擴挖至設計輪廓。其中，可安裝反井鉆機鉆頭的距離根據現場實際情況確定。

（3）若貫通導孔位置與G0+154.137距離大于可安裝反井鉆機鉆頭的距離，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

先導孔鉆至深度131.78m時，高壓電纜洞G0+022.357處未發現鉆頭，證明導孔已偏離出洞身范圍，啟動備用方案如下所述：

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

（2）若貫通先導孔位置與G0+022.357之間距離在可安裝反井鉆機鉆頭的距離范圍內，安裝反井鉆機擴挖鉆頭，反井擴孔形成Ф1.4導井后，再按“4.2洞身段開挖及支護”中方案分兩次擴挖至設計輪廓。其中，可安裝反井鉆機鉆頭的距離根據現場實際情況確定。

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

2.3.6 斜井導孔精度控制措施

在豎井及斜井施工中，導孔精度控制是反井鉆機導井法施工的關鍵，反井鉆先導孔的施工精度是反井施工成敗關鍵，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，先導孔鉆至底部后必須在小于設計斷面尺寸0.7m的范圍內，方能保證反拉施工正常進行：

1、測量放樣，先制定詳實可行的測量放樣措施，在現場采用全站儀儀進行對開口點進行放樣，然后在安裝機身時一定要采用水平尺和鉛垂球從多角度進行精確測量，再對中心點進行校核，為便于調節鉆機位置精確，底座上螺孔都加工成條型孔，最后通過調節螺栓來固定鉆機，確保鉆桿垂直于水平面（豎井）如果是斜井施工要求就更高，首先是基礎砼的澆筑，按設計傾角通過測量設備定出導線，然后是機身傾斜后的下部支撐及上部牽拉一定要牢固穩定，最后通過調節螺栓來固定，鉆機造孔過程中不斷進行孔向測斜。

２、控制造孔速度，反井鉆機導孔鉆進速度越快，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。

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

4、對于傾斜孔，由于鉆機在開孔后鉆桿會由于自重原因略向下傾斜，本工程經驗為造孔后鉆機會向下傾0.5～1度、在實際施工中可將鉆孔傾角上調0.5～1度，或開孔點作適當調整。

5、遇不良地質段，需及時采取灌漿等方式進行處理，防止鉆桿遇軟巖發生偏斜。

2.3.7 反井鉆機導井法施工應用前景

隨著電站的發展，豎井及斜井的長度在不斷增加，采用人工手風鉆的施工方法滿足不了工程施工要求，而反井鉆機導井法施工由于不需要爆破、鉆進速度快、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，安全性較好等特點，因此，反井鉆機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械，隨著科技的發展，反井鉆機將被更多施工單位認識，在水電建設中，發揮更大的作用。

參考文獻：

1、水電水利工程斜井豎井施工規范中國電力出版社DL/T5407-2009。

2、水工建筑物地下開挖工程施工技術規范 中華人民共和國電力行業標準DL/T5099-1999。

作者簡介：

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