张溪河抽水蓄能电站工程枢纽总体设计

张溪河抽水蓄能电站工程枢纽总体设计

张湾引水蓄能站位于河北省石家庄区井义县测鱼市。总安装功率为1000mw，安装台4台，配备250mw。工程枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统及地面出线场、下水库等组成。工程等级为一等。上水库位于甘陶河左岸的老爷庙山顶,通过挖填筑坝围库形成。下水库是利用已建的张河湾水库拦河坝加高续建而成。引水系统采用一管二机的布置方式,尾水系统采用一管一机的布置方式。地下厂房系统由主副厂房、主变及开关室、附属洞室和地面出线场等组成。1垂直井和设计井的布置1.1竖井与转弯半径管张河湾抽水蓄能电站引水竖井共2条,开挖断面均为直径7.6m的圆形,竖井井深303.4m,竖井上下口与转弯半径20m的上弯段和转弯半径18m的下弯段相接。引水竖井采用钢板衬砌,衬砌后直径为6.4m。1.2损变型“破碎带”引水竖井围岩以Ⅲ类围岩为主,少部分Ⅱ类围岩,局部(J5、J6挤压破碎带)为Ⅳ类围岩。引水竖井穿过多组岩层,以竖井中下部的不整合面(高程514～520m)为界,其上部为中元古界长城系沉积岩层,其下部以下蒿亭组变质安山岩为主,少量安山质火山砾岩。引水竖井岩性见表1。1.3施工竖井、钻机引水系统上平段覆盖岩体较薄,61～63m,设计充分利用此有利的地形条件,布置2条施工竖井,将引水竖井延伸直接通至地面,并在井口露天平台安装龙门式起重机,作为竖井钢管吊装、混凝土运输的作业工具。施工竖井特性见表2。1.4合枢纽布置特点经分析,施工竖井的布置设计具有经济性好、实用性强的优点:(1)结合枢纽布置特点,并充分利用工程自身天然优越的地形条件,竖井直上直下,施工通道顺畅,作业方便快捷。(2)钻爆作业后通风时间短,通风效果好,作业环境好,施工速度快。(3)临建工程量少,投资省。2垂直井开挖技术2.1反井钻机现场施工引水竖井深度303.4m,加上施工竖井井深高达365.3m,施工单位采用中煤集团研制的ZFY2.0/400型反井钻机钻设导井、人工扩挖的施工方式。水道系统岩性大部为变质安山岩,饱和抗压强度120～290MPa,岩石质地坚硬,同时国产反井钻机当时还没有类似工程业绩,为提高引水竖井施工的可靠性,业主提出PD1探洞进行局部扩挖作为施工通道,将引水竖井分成上下两段进行施工。500.0m高程以上部分导井选用ZFY2.0/400的反井钻机进行施工,500.0m高程以下部分的导井采用人工手风钻自上而下进行施工。1#竖井实际施工时反井钻机偏斜率控制良好,施工顺利。建设各方均有意向在2#竖井导井施工时进行全井一次钻成(高程801.3～436m)的尝试,由于钻机生产研制单位事先没有准备相应井长的钻杆,继续生产钻杆会导致工期延后,2#竖井施工仍分为上下两段,反井钻机成孔深度为299m(高程801.3～502.3m)。2.2导井深化设计竖井开挖施工程序为:反井钻机基础混凝土浇筑→反井钻机自上而下钻设导孔→反井钻机自下而上反导井提拉→人工自下而上一次扩挖→人工自上而下竖井二次扩挖及支护。(1)反井钻机基础施工。反井钻机基础采用C15混凝土,浇筑前预埋反井钻机螺栓。基础混凝土强度满足安装要求后进行反井钻机安装。(2)导孔钻设。沿竖井中心线自上而下钻设直径为270mm的导孔,在钻设导孔时如遇裂隙、破碎带等不良地质条件或断层,采用膨润土泥浆进行护壁。控制导孔偏斜度是反井钻机施工的技术关键环节,采取的措施是:钻机安装牢固、定位准确;根据地质条件选用螺旋、直条等多种镶齿稳定钻杆和硬岩导孔钻头;挑选熟练工人,根据地质条件选择不同的钻压、钻速和转速,及时发现和处理钻进中的问题。(3)反导井提拉。竖井导孔形成后,在中部施工支洞部位换扩孔钻头,自下而上扩挖为直径1.4m的导井,挖至反井钻机混凝土基础时结束。(4)竖井一次扩挖。反井钻机钻设导井形成后,采取钻爆法对竖井分2次扩挖。为防止崩落石渣堵塞导井,第1次扩挖自下而上,导井直径由1.4m扩大到3.4m。施工时以龙门式起重机作为牵引起吊系统,采用简易提升吊笼运输材料、工具、人员,并在岩壁固定后作为作业平台。扩挖采用YT28手风钻人工钻设水平径向孔,井外起爆。(5)竖井二次扩挖。竖井二次扩挖采用自上而下全断面扩挖至设计断面,光面爆破,采取YT28手风钻人工钻设垂直孔,毫秒微差起爆。2.3反井提取工程施工2004年8月6日反井钻机开始导孔钻进,至11月25日完成1#引水竖井反井提拉钻进施工,至2005年7月30日完成2#竖井反井提拉钻进施工,至此反井钻机导井工程完工。至2006年7月张河湾引水竖井开挖全部完工,施工进度满足了总工期要求。1#、2#引水竖井开挖工期见表3、4。2.4机械施工井开挖后井壁控制张河湾抽水蓄能电站反井钻机施工竖井有以下特点:(1)施工安全,作业环境好。导井开挖利用机械施工,导井钻设后井壁平整,避免扩挖施工中的岩壁掉块现象,施工安全和作业环境得到改善。(2)施工精度控制好。经测量,1#竖井导孔偏差为0.5%,2#竖井导孔偏差为0.2%,均满足设计精度的要求,施工质量控制良好。3竖井安全施工保障和施工前提张河湾抽水蓄能电站施工竖井充分结合了地形条件和枢纽布置特点,施工通道布置合理、灵活,