浅谈大型抽水蓄能电站施工关键技术.pdf
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1、115本栏目审稿人:张建中目管理企业经营与项浅谈大型抽水蓄能电站施工关键技术翟梓良/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘要】中国水利水电第十二工程局有限公司建局以来,先后参与建设了浙江天荒坪、桐柏、长龙山、宁海、天台,山东泰安,江苏溧阳,福建仙游、周宁,海南琼中,湖南黑峰,河北抚宁,河南鲁山等3 0 余座抽水蓄能电站。本文对国内大型抽水蓄能电站建设的关键施工技术进行了分析研究,希望能给业界人士提供一定的借鉴与参考。【关键词】大型抽水蓄能电站工程施工研发创新实现“碳达峰、碳中和”目标,构建以新能源为主体的新型电力系统,是党中央、国务院作出的重大决策部署。2 0 2 0 年1 2 月1 2 日,习
2、近平总书记在气候雄心峰会上宣布到2 0 3 0 年中国风电、太阳能发电总装机容量将达到1 2 亿kW以上。风、光等新能源的大规模开发及其发电的波动性、间歇性特点,决定电力系统需建设大量调节电源。结合我国能源资源的赋条件等综合研判:抽水蓄能是当前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源,与风电、太阳能发电、核电、火电等配合效果较好。当前及未来一段时期我国电力系统需要建设大规模的抽水蓄能电站。因此,加快发展抽水蓄能是构建以新能源为主体的新型电力系统的迫切要求,是保障电力系统安全稳定运行的重要支撑,是可再生能源大规模发展的重要保障。中国水利水电第十二工程局有限公司
3、在国内大型抽水蓄能电站施工领域涵盖了上下水库、引水系统、地下厂房洞室群、尾水系统以及高强压力钢管的制作安装和可逆式机组安装等工程项目,是国内水利水电施工企业中掌握大型抽水蓄能电站关键施工技术的企业之一,在抽水蓄能电站施工建设方面积累了丰富的经验。一、工程施工关键技术大型抽水蓄能电站通常由上水库、输水系统、地下厂房、下水库、地面开关站等组成,下面着重对上下水库面板堆石坝、引水系统、地下厂房洞室群、高强压力钢管制安、智能建造等方面的关键技术进行分析与研究。(一)上下水库面板堆石坝施工关键技术据国内已建、在建的抽水蓄能电站相关资料统计,绝大多数抽水蓄能电站上下水库大坝采用面板堆石坝。近年来,一些施工
4、企业在混凝土面板堆石坝软岩筑坝技术、高寒地区面板坝施工、混凝土面板施工质量提高等领域积累了丰富经验,取得了一系列创新成果。下面重点分析总结堆石坝级配料爆破开采智能设计与调控和复杂地形多种料源高面板堆石坝变形控制筑坝关键技术。1.堆石坝级配料爆破开采智能设计与调控关键技术堆石坝的级配料质量直接关系到大坝的填筑质量和坝体运行期的安全,同时爆破块度的合理与否直接影响后续作业工序如装载、运输、设备生产效率和设备磨损的作业成本,影响工程建设的经济效益。堆石坝坝料开采中要求爆破块度级配合理,不均匀系数和曲率系数满足设计要求,同时坝体填筑料的需求量很大,因此,通过爆破手段如何更方便、经济地获得大量可用的坝体
5、填筑料显得十分重要。依托企业在建堆石坝工程项目,与长江水利委员会长江科学院等单位联合研发了基于计算机自动优化的水电站工程智能爆破设计系统,输人爆破设计所需的初始资料、地质条件与开采要求等信息,便可优化设计出科学合理的爆破参数,可以加快施工进度,确保爆破作业116企业经营与项目管理参数的可靠性。智能爆破系统以爆破参数设计为主要功能,适用于露天级配料开采的设计、施工与管理等一体化的智能爆破设计。2.复杂地形多种料源高面板堆石坝变形控制筑坝关键技术溧阳抽水蓄能电站面板坝轴线坝高1 6 5m,大坝填筑量达1 57 2 万m,是国内目前开工建设同类工程中面板堆石坝最高、填筑量最大的工程之一,地质条件极其
6、复杂,开挖区岩石风化层厚、岩体破碎,节理发育,断层和蚀变带分布广泛,所占比例大,大坝填筑料全部利用工程各建筑物自身开挖料,未单独开采其他专门料场,存在“大挖、大填、大运”显著特点,且填筑石料料源复杂、多样、软化系数较低,主要采用下水库开挖料、上水库开挖料和输水发电系统的洞挖料。通过优化坝体堆石分区,修整坝轴线W地形,设置增模区,有效解决了复杂地形带来的不均匀沉降和坝顶挠曲变形;合理利用软岩堆石料和坝后压坡体,基本实现了挖填平衡,经济和环境效益显著。对大坝填筑碾压全过程实时在线监控,创新采用“堆饼”施工工法,有效控制填筑厚度,保证了大坝填筑质量,其中增模区的孔隙率平均值达1 6.8%。应用智能物
7、料管理系统,对复杂料源、运输、加水实行全程监控。基于运输过程智能监控数据,对车辆超速、轨迹偏移、卸料错误、车辆满载离场等进行智能分析与报警,基于车辆实时数据定位,智能分析场内道路交通状况并进行场内上坝运输车辆的智能调度,对车辆运输流程作业状态进行智能感知分析,为建设进度智能仿真与控制提供数据基础。(二)引水系统施工关键技术抽水蓄能电站水头高,引水系统长斜井或深竖井开挖施工难度大,技术复杂。最早的广州抽水蓄能电站,斜井的导井施工采用爬罐施工反导井与人工开挖正导井相结合的方法。由于爬罐施工作业条件差,近几年抽水蓄能电站斜井和竖井的导井施工逐步以反井钻机为主,十三陵抽水蓄能电站首次采用反井钻机进行导
8、井施工,导井长2 0 3 m,导孔偏斜1.43%。下面以长龙山抽水蓄能电站长斜井施工技术为例进行研究。1.长斜井导井反井钻机施工技术长龙山抽水蓄能电站43 5m超长引水长斜井的长度居国内第一、世界第二。其钻井深度大、岩石强度高,属于大倾角、超硬岩、超长斜井,选择“定向钻机施工导孔十反井钻机施工导井”的方法,为近几年在反井钻机法基础上针对超长斜井(尤其超过3 0 0 m)而研发的新方法。该方法首先采用定向钻机进行自上而下导孔施工,并二次扩大至适应反井钻钻杆的导孔,然后采用反井钻机自下而上反扩形成导井,其开挖速度快,导井施工平均月进尺达2 0 0 m以上,进一步提高了施工效率。2.超长斜井孔位偏差
9、沿程控制技术长龙山抽水蓄能电站超长斜井采用无线随钻测斜仪对钻孔进行孔斜监测及定向纠偏。结合磁导向装置(定向钻机先导孔施工剩余1 0 0 m左右,需在中平洞安装磁导向仪)进行监测,主要依靠角度及方位进行位置判定,每钻进3 0 m测斜一次,51 0 m一个测点,孔斜超偏时,加密测点,并制定定向纠偏设计。在无线随钻测斜仪测量参数指导下,通过定向螺杆钻具对钻孔轨迹进行定向控制。每钻进一根钻具测斜一次。孔斜超偏时,加密测点,并制定定向纠偏设计。终孔透孔偏差2 5.9 cm,偏斜率0.6 0%,为导井施工的顺利进行奠定了坚实的基础。通过先导孔施工时收集的返渣判断各施工部位的岩层情况,为反井施工提供了钻机参
10、数设置依据。(三)地下厂房洞室群施工关键技术大跨度地下厂房须重点关注顶拱围岩拱效应的形成,大跨度地下厂房顶拱开挖施工对整个地下工程至关重要。另外,近年来TBM越来越普遍的应用于抽水蓄能电站地下隧洞施工中。下面就地下厂房顶拱成型和地下隧洞盾构机应用方面的关键技术进行重点分析。1.大跨度地下厂房顶拱成型控制爆破关键技术周宁抽水蓄能电站地下主副厂房长1 7 0 m、宽25m(岩台以上2 6.5m),最大开挖高度55m,属于大跨度地下厂房工程。采用“中导洞先行、两侧边墙扩挖紧随其后”的施工方法,使得爆破作业在空间上错开,减少爆破药量,避免爆破产生的振动相互叠加,减少爆破振动对厂房拱顶岩石的损伤。拱顶采
11、用“小间距布孔,光面爆破”方法施工,减少单孔装药量,有效控制放射状裂隙的产生,使拱顶一侧的岩体免受破坏,并形成平整光面。拱顶周边光爆孔采用“不耦合间隔装药结构”,避免破裂区的形成,爆破后能留下半个炮孔痕迹,使拱顶岩石免受损伤。周边光爆孔采用移动钢结构台车配手风钻进行钻孔和光面爆破施工;主爆孔、锚杆孔利用多臂台车等大型机械设备进行施工,有效提高了机械设备的利用率。2.全断面硬岩竖井掘进关键技术竖井常规开挖方法采用“正井钻爆法”或“反井钻导井十人工钻爆扩挖法”,这两种方法井下施工环境恶劣,一直存在安全隐患多、施工工期长、劳动投人大、作业环境差、施工效率低、对资源消耗和环境影响大的问题,对施工作业人
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