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【杰青来了】中国水利水电第七工程局王峻:45°缓倾斜井反导井开挖及复杂结构滑模衬砌技术

王峻,第三届工程建设行业杰出科技青年,高级工程师,一级建造师,中国施工企业管理协会科技专家。共获得发明专利2项、实用新型专利19项、省部级工法11项、国优工程1项、省部级以上科研成果4项。

【编者按】随着我国水电建设水平的提高,与之密切相关的斜井施工技术也越来越备受关注。斜井是整个水利水电工程的重要建筑,施工难度大,斜井的施工质量直接影响整个工程的质量。本期【杰青来了】邀请第三届工程建设行业杰出科技青年、中国水利水电第七工程局有限公司项目经理王峻,与我们分享45°缓倾斜井反导井开挖及复杂结构滑模衬砌技术。

王总您好!四川省大渡河猴子岩水电站是国家及四川“十三五”规划建设的重大工程,请您简要介绍一下该项目的基本情况。

猴子岩水电站位于四川省甘孜州康定市境内,是大渡河干流水电规划28级开发方案中第10个梯级电站。电站总装机容量170万千瓦。引水发电系统布置在河道右岸,布置约40余条洞室。出线洞连接地下主变室与地面开关站,总长703.6m,其中斜井段长185.1m,倾角45°,开挖及衬砌断面均为城门洞型,开挖断面6.72m×6.78m(宽×高),衬砌后断面5.52m×6.18m,衬砌厚度48cm,底板厚度50cm,斜井底板范围内设置25cm×25cm通长踏步1572个,两侧设置30cm宽排水沟。

45°长斜井施工难度大,安全风险高。项目施工面临哪些困难?采用的关键施工技术有哪些?请您具体阐述一下。

目前,我国主要采用经济、快速、安全的反井法进行斜井掘进,此法适用倾角一般在60°~90°。该工程斜井距离长达185.1m,倾角为45°,城门洞型断面复杂,需同步浇筑踏步、排水沟等结构,此情况下采用反井法施工尚无先例。需对45°倾角下导孔轨迹变化情况、精度控制方法、正向开挖轮廓线及块度控制、滑模受力进行研究,以快速、安全、优质地完成衬砌浇筑。课题组依托猴子岩水电站出线洞工程,通过深入研究,采用的关键技术主要有以下4个方面。

1、45°斜井反井法导孔轨迹与溜渣力学模型

考虑渣料粒径大小、分布规律、形状特征等因素的影响,开展了斜井导井溜渣规律理论分析和研究,建立相关模型并进行核算。验证了45°倾角斜井溜渣的可行性,为45°缓倾角斜井采用反导井法自上而下一次扩挖成型的施工方案提供了依据。

图1 斜井导孔溜渣模型

图2 猴子岩城门洞斜井模型

2、45°复杂断面斜井反井法导孔施工控制技术

改造研制“一种缓坡斜井开挖施工设备”,采用倾斜机座及可伸缩式吊杆。研究提出了“一种钻孔轨迹精度控制方法”,对钻机轨迹关键点的操控参数进行规定,提出钻机开孔角度补偿方法。提高了反井钻机对缓倾角斜井钻孔的适应性,避免设备构件的冲突,保障了斜井反井法的顺利实施,同时提高了钻孔精度。

图3 反井钻机基础结构

图4 斜井导孔贯通

3、45°斜井正向掘进一次成型控制爆破技术

通过理论分析和现场试验,采用环形密孔微差控制爆破技术,实现开挖轮廓、爆破规模和爆块粒径的精确控制。确保了斜井成型质量、爆破振动符合要求,避免了堵井现象发生,有效的解决了常规二次扩挖面临的进度和安全风险。

图5 斜井开挖支护完成

4、45°城门洞型断面斜井一体化“导梁自行式”滑模研制与施工技术

研发了“一种用于城门洞型斜井混凝土浇筑的滑模台车”。边顶拱采用滑模,依靠钢轨作为台车行走结构及辅助滑模线性控制,埋入式液压千斤顶提供爬升动力,踏步采用液压伸缩结构,有效解决了常规施工方法面临的运输系统干扰、荷载摩阻力大、台车受力复杂、滑升行程及方向不一致、踏步与边顶拱需二次浇注等一系列问题。

图6 斜井衬砌台车结构

您认为45°缓倾斜井反导井开挖及复杂结构滑模衬砌技术的亮点有哪些?该技术的效益如何?

亮点主要体现在2个方面。①首次在45°斜井中采用了“反井正挖法”,避免了常规开挖面临的安全风险,大大降低施工成本;②首创采用“一体化导梁自行式滑模”进行复杂结构斜井的衬砌,规避了施工干扰,提高了工程质量。

该技术从工期、成本、质量安全等方面综合考虑,产生经济效益共计1275.33万元。节约了开挖期的通风散烟、排水费用,大大提升了施工效率,实现了该类斜井施工技术的突破,社会效益显著。

本文责编:王涵


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