竹怀水  阎士勤  张迎华 （设计二处）

[摘  要] 河南回龙抽水蓄能电站引水高压竖井深度达410m，在国内水电工程中实属罕见，采用目前水电工程常用的施工方法施工虽然可以实现，但是势必导致投资的大幅增加。本文从技术、经济的角度进行分析研究技术上可行、经济上合理的竖井施工方法。

[关键词] 抽水蓄能电站  竖井  开挖  研究

1  工程概况

    河南回龙抽水蓄能电站位于南阳市南召县境内的汉江水系黄鸭河支流回龙沟上游岳庄村附近。电站距豫西南负荷中心南阳市直线距离70km，距云阳和遮山220kV变电站直线距离分别为28km及65km。

    回龙抽水蓄能电站额定水头 379m，总装机容量120MW，共安装2台单机容量60MW的混流可逆式水泵水轮机组。电站主要有上水库、引水发电系统、下水库等组成。上水库控制流域面积0.14km²，总库容118.4万m³，正常蓄水位899m，主坝为碾压混凝土坝，最大坝高54m。下水库控制流域面积8.625 km²，多年平均来水量300多万m³，总库容168万m³，正常蓄水位502m，碾压混凝土坝最大坝高53.3 m。引水发电系统由上水库进/出水口、引水洞上平段、引水高压竖井、引水洞下平段、尾水洞、尾水调压井、下水库进/出水口等组成，引水发电系统总长1833.70m，主洞断面直径3.5m，地下厂房尺寸为112×16×34.05m(长×宽×高)。

    竖井布置方案引水洞上平段为Ⅲ类围岩，上弯段、高压竖井段为Ⅰ类围岩，下平段前段主要为Ⅰ类围岩、后段主要为Ⅱ类围岩；地下厂房围岩为细粒花岗岩，岩体新鲜完整，呈块状结构，为Ⅱ类围岩；尾水洞前半部分主要以Ⅱ类围岩为主，前后半部分为Ⅲ~Ⅴ类围岩。竖井方案的最大优点是避开了F11、L36、L14、L15 等8条大的断层、节理带。因此，竖井布置工程地质条件较好，安全稳定性好。

2  高压竖井施工

    高压引水竖井深度410m，直径3.5m，钢筋混凝土衬砌厚度0.4m，开挖直径4.3m。竖井段岩性为细粒花岗岩，绝大部分属Ⅰ类围岩，局部破碎及影响带为Ⅳ围岩。

    410m高的引水竖井在我国水电工程中是首屈一指的，采用目前水电工程常用的爬罐法施工，国内还没有高度超过200m的先例。由于本工程属中型工程，地方投资，受资金限制，采用价格昂贵的进口设备的可能性极小，拟利用目前国内现有设备，结合本工程的具体情况，达到快速施工，确保进度要求。竖井开挖方案共研究了爬罐法施工、自上而下钻爆施工、混合法施工等三种，从工期和技术经济比较结果，最终选择了自上而下的钻爆法施工方案。

2.1爬罐法开挖

2.1.1爬罐类型选择及支洞设置

    （1）爬罐类型选择。爬罐法进行竖井施工，其所达到的最大高度主要受爬罐性能的限制。爬罐按动力装置分为三类，风动爬罐、电动爬罐及柴油液压式爬罐。风动爬罐下降时，自动卷盘将供应压缩空气的软管卷起，故其爬升高度主要受供应压缩空气的软管的重量限制，风动爬罐适合于开挖高度（长度）200m以内的竖井或斜井。电动爬罐运行速度较高，适合于开挖较高竖井，其供电电缆的重量限制了爬罐的上升高度，适合于竖井高度550m以内。柴油液压式爬罐的爬生高度较前二者大，速度亦较前二者快，不受软管和电缆重量的限制，最大开挖高度已达980m。

    综合分析，选择国内常用风动式爬罐，最大高度可达200m，但本工程竖井高达410m，考虑分两段进行施工。拟在中间部位设一施工支洞，通过支洞和引水洞下平段进行竖井上半部和下半部的开挖。

    （2）支洞布置。竖井总高约410m，根据上坝公路线型布置，考虑尽量缩短支洞长度，拟自上坝公路设一施工支洞，通往竖井，支洞断面3.6×4.0m（宽×高），平均纵坡7.5%。支洞长540m，支洞以上竖井长度190m，支洞以下竖井长度220m。

2.1.2上部竖井施工

    从竖井中部支洞进行爬罐的安装和组织竖井开挖施工。先开挖2×2m的导井，再用手风钻自上而下钻爆扩挖，光面爆破，溜碴至井底（支洞口）。0.75m³侧向装载机配1t机动三轮车出碴至洞口，洞外采用2m³轮式装载机配10t 自卸汽车转运至碴场。洞内运距0.6km，洞外运距1.0km。

2.1.3下部竖井施工

    从下平段进行爬罐的安装和组织竖井开挖施工。先开挖2×2m的导井，再用手风钻自上而下钻爆扩挖，光面爆破，溜碴至井底。0.75m³侧向装载机配1t机动三轮车出碴至洞口，洞外采用2m³轮式装载机配10t 自卸汽车转运至碴场。洞内运距1.0km，洞外运距1.0km。

    临时支护：对于Ⅰ类围岩采用喷125px厚的混凝土，边开挖边进行支护，选用4 m³/h的混凝土喷射机喷射混凝土。

2.2 自上而下钻爆开挖

    采用光面微差全断面爆破，2台YP26型手风钻钻孔，0.4m³中心回转式抓岩机装岩，采用单卷筒单钩JK-2/30型立井提升机提升，配以1.5m³吊桶出碴，由卸碴台直接装10t自卸汽车，运距约0.5km。

    临时支护：井身主要为Ⅰ类围岩，支护措施采用喷125px厚的混凝土，边开挖边进行支护，选用4 m³/h的混凝土喷射机喷射混凝土。喷射机放在掌子面，拌和好的混凝土由吊桶运输，喷射混凝土完毕后，将喷射机提升至井外。

    采用自上而下钻爆法开挖竖井，需增加顶部45m长井身的开挖和回填。此段为Ⅲ类围岩，应加强支护，且另需回填混凝土20m和各种灌浆。此方法在矿山施工中应用颇多，在水电行业中施工少见。

2.3 混合法开挖

    竖井上半部210m（加上顶部45m为255m）采用自上而下钻爆施工，下半部200m采用爬罐施工。爬罐法施工以下平段作施工通道，不再设置施工支洞。

2.4 施工方案的选择

    根据我国的现有施工水平及设备，三种开挖施工方案在技术上均是可行的，主要就经济上进行比较。

    针对上述三种施工方案按有关定额和相关规定进行了单价分析。三种施工方案的主体工程量及单价如表1。

表1               三种施工方案工程量及投资比较表

注:.★ 本表中自上而下钻爆法及混合法中支洞均为竖井顶部向上通顶的45m井身高度。

    由上表可以看出，采用混合法开挖高压引水竖井投资较省，因与分两段采用爬罐法施工相比，减少了施工支洞，与全部自上而下钻爆开挖相比，减小了施工难度，经济技术上混合法是可行的。

    但从施工进度上分析，竖井下半部采用爬罐法施工（爬罐法和混合法均存在同样问题），由于要利用下平段做施工通道，将直接影响下平段的施工工期，竖井下半部开挖、衬砌及高压灌浆等约占直线工期13个月，经分析在竖井施工影响的情况下，下平段将成为关键线路，下平段施工结束时将滞后第一台机组安装完毕约7个月左右，故竖井下半部采用爬罐法施工将超出总工期三年半的控制，在工期上是不可行的；并且承包商为此购买爬罐施工设备时一次性投入过大，工程规模又相对较小，所以也不宜采用。

    经上述综合比较分析，推荐采用自上而下钻爆法进行高压引水竖井施工。

3 结 语

3.1  回龙抽水蓄能电站引水高压竖井深度达410m ，从工期和投资两个方面综合考虑，本文推荐的“自上而下钻爆法”进行高压引水竖井施工是可行的。

3.2  高深竖井（400m以上）采用自上而下的施工方法，在煤碳行业已经广泛应用，但应用于水电工程并不多见，采用此法施工，可以为水电工程施工积累必要而有益的施工经验。

3.3  南阳回龙抽水蓄能电站主体工程于2001年6月6日已正式开工，我们将进一步深入追踪研究引水竖井的各种施工问题。

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