宝泉抽水蓄能电站复杂地质结构斜井施工技术

水利水电技术　第39卷　2008年第12期宝泉抽水蓄能电站复杂地质结构斜井施工技术王振军,李　伟,沈志松,曲　杰,潘月梁,许立利,赵涵莹,刘　海(中国水利水电第一工程局有限公司,吉林长春　130062)摘　要:在宝泉抽水蓄能电站引水系统1#、2#上斜井施工过程中,遇到了在国内抽水蓄能电站中陡倾角、大直径、长斜井从未遇到的复杂地质结构,给施工带来了极大的困难。

为此,研究了在古风化壳影响区域内的斜井开挖、支护和施工措施;开发了“激光接力导向控制”的测量控制方法,选择并研发了帷幕灌浆阻水及“树杈形”布置的埋管引排措施,并采用了对斜井衬砌后的围岩进行强化加固和锥形帷幕灌浆等施工措施,保证了施工各阶段的质量和安全。

关键词:复杂地质结构;隧洞施工;开挖支护;排水措施;帷幕灌浆;宝泉抽水蓄能电站中图分类号:T V554(261) 文献标识码:B 文章编号:100020860(2008)1220016204Technology for con str uc t i on of upper i ncl i ned shaf t of Baoquan P um ped S tora ge Hydr opowerSta t i on with i n com p lic a ted geolog i ca l str uc tureWANG Zhen 2jun,L IWe i,S HEN Zhi 2song,Q U Jie,P AN Yue 2liang,X U L i 2li,ZH AO Han 2ying,L I U Hai(Si nohydr o Enginee ring Bureau No 11Co 1,Ltd 1,Changchun 130062,Jilin,China )Ab stra ct:During the construc tion of the No 11and 2upper inclined s hafts of B aoquan Pump ed St orage Hy dropowe r Stati on,the construc ti on of t he s hafts are just within a comp lica t ed geol ogical structure tha t is neve r encounte red by the construc ti on of such a l ong i ncli ned s haftwith steep di p and large diame t e r for the pumped storage hydro po wer sta ti ons at h ome 1Therefore,the re lev ant excav a tion,s upporting and constructi on mea s ures for t he inclined shaft though co mp licated geol ogical structure —palaeo 2wea the 2ring crust are st udi ed,in which the survey control method of “La ser relay point of the orienta ti on control ”is develo p ed,the con 2struc ti on m ea sure s of both the curtain grouti ng and the “fork ”layout of e m bedded drainage pi pe s are app lied or devel oped,fur 2t her more,the strengtheni ng mea s ure and tape red curta i n gr outing are applied t o enforce the surr ounding r ock of the s hafts afte r lining,and then the qua lit y and safe t y in eve ry construc tion pha ses are fully ensured as well 1Key wor ds:co mp lica t ed geol ogical structure;tunne l construc ti on;excavati on s upporting ;drainage measure;curta i n grouti ng ;Baoquan Pu mped St orage Hydropowe r Stati on收稿日期22作者简介王振军(—),男,高级工程师。

1　工程概况河南国网宝泉抽水蓄能电站位于河南省新乡市辉县簿壁镇大王庙以上214km 的峪河上,距新乡市约57km 。

该电站是一座日调节纯抽水蓄能电站,总装机容量为4×300M W 。

中国水利水电第一工程局承建该电站的引水系统工程(BOP /C3标),引水系统按两洞四机布置,引水隧洞全长为287619m ,斜井总长度为15191436m ,斜井倾角5°,其中#上斜井全长316,#上斜井全长31366,斜井开挖直径为15～819m 。

本工程自2004年6月16日进点,同年7月8日正式开工,计划总工期5315个月。

2　上斜井地质结构状况宝泉电站引水系统1#、2#上斜井遇到了国内蓄能电站陡倾角、大直径、长斜井从未遇到的复杂地质结构,上斜井自上而下沿线穿越3种岩性不同水:20080919:1971014070m 242m 7王振军,等∥宝泉抽水蓄能电站复杂地质结构斜井施工技术平分布的岩层。

上部岩层以泥灰岩为主,岩石遇水泥化,为强透水层和良好的含水层。

中部岩层为浅变质石英岩状砂岩夹薄层状的泥质粉砂岩、粉砂质页岩,岩质坚硬,也是良好的含水层。

下部岩层为花岗岩状片麻岩、黑云斜长片麻岩等。

在3种不同岩性的岩层之间部位受风化、卸荷作用的影响,风化及构造节理发育,岩体破碎,完整性差,形成2条古风化壳,2条古风化壳在上斜井的影响宽度为15～25m。

3　上斜井出水情况古风化壳附近及古风化壳本身富含地下水,且与大气、外界连通,有补给源,自上斜井正、反导井开挖揭露古风化壳后,均出现持续的大量渗水,围岩在渗水的作用下不断出现坍塌现象。

经量测1#上斜正导井最大出水量达28m3/h;1#上斜反导井出水量10～20m3/h;2#上斜正导井最大出水量达5m3/h;2#上斜反导井最大出水量达65m3/h。

1#上斜井导井贯通后采用量水堰测得1#上斜井导井出水量为85m3/h。

4　需要解决的问题复杂的地质结构给斜井施工造成极大的困难,安全问题十分突出,这是目前国内抽水蓄能电站输水系统斜井施工中前所未有的。

经过认真分析、广泛探讨,我们认为在施工中应该主要解决如下问题:(1)小洞径的正、反导井开挖安全穿越长距离岩石破碎且大量出水的洞段,采取合适的支护方法,保证施工安全,而且不能影响后续的扩挖施工;(2)反导井通视环境极其复杂、恶劣,如何进行施工测量控制;(3)探究在施工期间如何解决大量出水影响的方案和实施,以保证后续扩挖、滑模等施工的安全顺利进行;(4)总结针对复杂地质结构(古风化壳影响区域)变径段、尤其是扩大开挖段进行开挖、支护及混凝土衬砌所采用的施工措施、方法、施工程序或技术改进应用等;(5)实施并验证设计就衬砌后对古风化壳影响区域进行围岩强化加固处理的措施,所采用锥形帷幕灌浆方法的施工布置和实施。

5　开挖支护施工方法斜井开挖施工采用“钻爆法”施工,采取首先正、反导井贯通,然后自上而下扩大开挖的方法进行。

为便于溜渣,导井仍布置在斜井断面偏下的位置。

各施工方法简介如下。

511　斜井导井施工正导井采用手风钻钻孔、爆破配合卷扬提升系统出渣法施工(提升系统由1台8t卷扬机、1个1m3渣斗、导向滑轮及运行轨道组成),反导井利用A li mak爬罐进行施工。

导井施工程序见图1。

图1　斜井导井施工程序框图1#上斜正导井施工1301618m,2#上斜正导井施工1291770m,1#上斜反导井施工2881447m,2#上斜反导井施工2851833m。

正、反导井分别穿越上下部古风化壳断层破碎带。

基于特殊的地质结构和大量的出水,在导井施工中采取了几项特殊措施和改进。

如在使用国产新工艺激光定向仪代替原爬罐自身激光的基础上,发明并采用“激光接力投点导向控制”的新办法,即在反导井内连续布置NO11、NO12激光定向仪,通过N O11激光安装、检核、校准NO12激光,通过NO12激光延伸基准控制线,实现导向的目的,此法彻底解决了激光穿透力不足、长距离斜井内导井通视环境极其恶劣的困难,保证了导井的精确贯通。

512　斜井扩挖施工斜井扩挖施工采用卷扬牵引扩挖平台车为钻爆、锚喷支护提供施工作业场所,另外设载人/送料小车提供通行及材料运输条件。

扩挖台车采用了“两机一绳”的牵引方法,以便更好地解决扩挖卷扬机同步运行的问题。

正常施工段斜井扩挖施工程序见图。

在古风化壳影响区域扩大开挖段施工时,在锚喷支护环节要采用先安全封闭再2王振军,等∥宝泉抽水蓄能电站复杂地质结构斜井施工技术支护施工的更加合理的顺序和方式。

图2　正常段扩挖施工程序框图6　开挖支护阶段阻水方案的比较和试验结果 针对大量出水,首先明确了“阻排结合、先阻后排”的原则。

就如何阻水,有二种设想:一是采用超前小导管支护、适当增补自进式锚杆,分段加固围岩并阻水;二是在扩挖断面外轮廓采取八字形帷幕灌浆的方式全面封闭出水影响区域进行阻水。

并分别结合现场施工进行了施工试验。

试验结果一:直径为42mm ,长度415m 、外插角20°布置的超前小导管在泥质页岩、泥岩等软弱岩体部位钻孔塌孔,无法插入小导管,而替代用的自进式锚杆,在钻入过程中钻头孔阻塞,无法注浆施工;在钻孔成孔部位安装小导管后,注浆效果不明显,无法堵漏,没有明显阻水效果。

试验结果二:帷幕试验孔采用半环形布置,孔深10m 、外插角为25°,成功实施灌浆后,发现试验部位的渗水明显减少,说明此方案可行,拟采用。

另外通过试验过程就钻孔、钻灌工艺、埋设孔口管、灌浆浆液配比及压力进行了有益的总结,为施工做好了准备。

7　帷幕阻水灌浆施工的实施在上斜井设计开挖周边布设贯穿古风化壳影响区域的帷幕阻水灌浆孔,施工方法如下。

采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分序、分段的灌浆方法,采用高速搅拌机集中制浆、供浆(制浆能力为5m 3/h)。