出线竖井方案比选专题报告

出线竖井方案比选专题报告概述部位高度有效直径穿覆盖层深度左岸1#竖井上段251m10.0m115m2#竖井上段10.0m126m右岸3#竖井上段263m10.0m62m4#竖井上段11.0m65m结合地质、施工及机电布置综合分析，左右岸出线竖井有以下工程特点：1)左右岸出线竖井规模巨大且均穿过深厚覆盖层，地下水位相对不高，地层不均一，地质条件较复杂；2)考虑到竖井的规模巨大，地质条件复杂，对于水电工程来说，尚未有规模类似建成的竖井，施工不确定性因素及风险较大；3）从机电厂家关于管道母线交流的情况来看，不同的厂家对于出线竖井管道母线的布置、运输和安装要求均不同，由于管道母线没有招标，给竖井布置及设计工作带来较大的困难。鉴于以上原因，有必要通过本专题研究来确定合理的竖井设计及施工方案，以便进行竖井上段的招标文件编制。2工程地质条件2.1地震与构造稳定性溪洛渡坝址区位于莲峰断裂、峨边─金阳断裂和马边─盐津隐伏断裂三条断裂所围限的雷波─永善三角形块体之中南部。块体南北长80km，东西宽40km，内部构造破坏微弱，未见大的断层分布，不具备发生6级以上强震的地震地质背景，是一个相对完整、稳定的块体。溪洛渡坝区的地震危险性主要来自块体东侧马边地震带的波及影响。据国家地震局对溪洛渡水电站进行的地震危险性分析成果，坝址区地震基本烈度为Ⅷ度，相应的基岩水平峰值加速度为0.18g，垂直加速度取水平向的0.65倍。出线竖井部位左岸覆盖层厚度大于100m，为IV类场地，右岸大于60m，为III类场地，均为坚硬场地土，两岸覆盖层特征周期为0.3s。2.2左岸出线竖井的工程地质条件2.2.1左岸出线竖井场地的基本地质条件及稳定性左岸出线场布置在象鼻子沟上游侧的堆积体斜坡上，前缘地面高程大致在865～880m高程，地形坡度为5°～10°。出线场轴线与地下厂房轴线斜交，方向为N69°W，顺河长140m，宽55m，出线平台高程为865m。根据钻孔揭示场地区域堆积体厚度59.64～166.9m。堆积体由下至上，从老到新依次为古滑坡堆积体，冰川、冰水堆积体，洪积堆积体。古滑坡堆积体(delQ)：主要由三叠系紫红色砂页岩和石灰岩块碎石组成，下部保留有厚约3.0m的宣威组(P2x)铝土质砂页岩滑坡残体。滑体基本保持了滑动前的地层顺序，但完整性差，破碎严重。冰川、冰水堆积体（fgl+glQ）：成分比较单一，主要由玄武岩含漂块碎石层和角砾砂层组成，内含直径1～5m的漂石，部分为钙质接触式胶结，具架空结构和分层性。洪积堆积体（plQ）：含孤块碎石土，成分主要由砂岩、泥灰岩和玄武岩组成，泥质含量较高。主滑面主要沿宣威组底部铁铝质粘土岩、粉细砂岩发育，钻孔揭示主滑带厚度为0.19～3.25m，主要由宣威组灰色铝土质粘土岩，黄绿色泥质粉砂岩碎屑夹泥组成，颗粒成分以砂粒为主(74.8％)，天然含水量8.3～8.5％。滑面倾向山内(3°～5°)和下游(4°～7°)，总体产状N20°E/SE∠8°。下伏基岩主要为二叠系上统峨眉山玄武岩，坚硬较完整。区内堆积体顶面平缓，前缘斜坡总体坡度30°～38°；现残存的底滑面长550～900m，以2°～6°缓倾山内；滑体内地下水位较低，滑带物质结合紧密，性状较好；滑坡形成时代较早，经历了后期改造，长期以来未出现整体复活迹象，后缘地表无变形及错落台坎等。该段堆积体整体是稳定的。场地外侧865～840m高程边坡较缓，840m高程以下边坡已按1：1.25坡比进行了削坡及支护处理，开挖后未见变形迹象，因此出线场场地是稳定的。2.1.2左岸出线竖井岩土体物理力学参数出线竖井上段主要为覆盖层，结构较复杂，为此对堆积体各层现场取样进行了岩土体的物理力学试验工作，见表表1冰川、冰水堆积体物理力学试验成果表表2左岸出线竖井土体室内力学性试验成果试验编号制样控制条件压缩试验(0.1~0.2MPa)直剪试验(天然快剪)残剪试验干密度含水率压缩系数压缩模量凝聚力摩擦角凝聚力摩擦角ρdωaVESCφC’φ’%MPa-1MPaMPa(°)MPa(°)XZ1表层洪积层1.6817.50.1819.090.02916.40.02313.3XZ2表层洪积层1.6022.30.2217.810.02115.80.01012.2XZ3表层洪积层1.6218.20.3454.980.01714.50.01411.0XZ4表层洪积层1.7613.40.1997.910.02218.40.01713.5XZ10滑坡堆积体1.912.50.13510.50.03527.50.02214.1XZ12滑坡堆积体1.922.30.07020.00.03030.00.01714.5表3左岸出线竖井岩土体物理力学参数建议值表土体类型天然密度ρ0(g/cm3)压缩模量变形模量允许承载力岩体抗剪断指标Eo(MPa)Eo(GPa)〔R〕(MPa)f’c’(MPa)古滑坡体（delQ21）2.2530～400.4～0.50.45～0.500.05冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)2.3550～600.5～0.60.50～0.550.05洪积体（plQ3）2.0020～300.25～0.30.30～0.350.015砂页岩2.50.5～1.00.55～0.600.3玄武岩2.85～101.0～1.21.0紫红色凝灰岩左岸出线竖井的工程地质条件与评价左岸地面出线场平台高程865m，与主变室之间采用1＃、2＃出线竖井连接，竖井直径为8.6m，竖井深度463.5m，底高程376.5m，在高程614m处设置了一个水平段。1＃、2＃出线竖井614m高程以上地层情况见表。表41＃、2＃出线竖井上段地层简表地层代号1＃竖井2＃竖井厚度／深度（m）高程(m)厚度／深度（m）高程(m)洪积体（plQ3）24/2484133/33832冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)55/7978642/75790古滑坡堆积体体（delQ21）36/11575051/126739P2x砂页岩9/1247417/13373214层玄武岩26/15071525/15870613层顶部紫红色凝灰岩6/1567097/16570013层玄武岩43/19966642/20765812层玄武岩52/25161444/2516141＃、2＃出线竖井上段地层基本一样，遇到的工程地质问题相同，现由上至下分段评价如下：洪积堆积体（plQ3）：厚度24～33m，主要由含碎砾石低液限粘土组成，结构不均一，土体内随机分布有块碎石经钙泥质胶结形成的孤石，成分主要为砂岩、泥灰岩和玄武岩。对土体中细粒土取样进行了物理力学性试验，表明土体天然含水量18％，＜5mm的粒径含量约占80％，＜0.075mm粒径的细粒含量约占50％，土体天然快剪摩擦角16～18°。该层土体属中密～密实土，可灌性差，地下水不丰富。土体自稳能力差。需部分采用爆破开挖，对孤石爆破及遇细颗粒土层集中分布段易产生井壁垮塌，应有较强的工程处理措施，开挖后及时支护。冰川、冰水堆积体（fgl+glQ21）：厚度42～55m，成分比较单一，主要由玄武岩块碎石夹角砾砂层组成，粒径差别较大，内夹少量1～5m孤块石，碎石粒径以2～6cm为主，部分为钙质接触式胶结，结构稍密～中密。物性指标：湿密度ρ=2.06g/cm3，天然含水率w=5.95％，＞2mm颗粒含量70％，＜0.075mm粉粘粒含量11％，土体天然快剪摩擦角30～33°。该层具架空结构，可灌性好，地下水不丰富。但土体具架空结构，结构不均一，块碎石之间结合力差，需采取钻爆开挖，对大孤石爆破及遇砂层、架空层时，易出现跨塌现象，自稳能力差，应有较强的工程处理措施，开挖后必须及时支护。古滑坡堆积体（delQ21）：厚度36～51m，由三叠系紫红色砂页岩和石灰岩块碎石组成，岩石较坚硬，滑坡体基本保持了滑动前的地层顺序，但破碎严重。湿密度ρ=1.94g/cm3，天然含水率w=2.4％，＜5mm颗粒含量10％～24.72％，土体天然快剪摩擦角27～30°。该层成层性较好，地层层面倾角较陡，裂隙发育，可灌性好。底部为滑带，厚约1～3m，属相对隔水层，地下水位高出滑带约10m，雨季地下水较丰富。需钻爆开挖，遇块石架空或结合差的部位，易出现块体失稳及碎石土体跨塌现象，自稳能力差；底部滑带为泥夹碎屑，长期受地下水浸泡，强度低，易发生塑性变形，应有较强的工程处理措施，开挖后必须及时支护。二叠系宣威组（P2x）：厚度7~9m，岩性褐黄色粉砂岩、铝土质粘土岩，岩性较软，完整性差，遇水易软化，为Ⅳ类围岩，施工中应有相应的支护处理措施。二叠系峨眉山玄武岩：厚度118～127m，岩性为P2β12～P2β14层玄武岩和角砾集块熔岩，岩质坚硬，较完整，结构面主要为层间、层内错动带，产状平缓，倾角10～25度，围岩主要为Ⅱ、Ⅲ类，稳定性较好。P2β13层顶部分布的紫红色凝灰岩，厚度6~7m，岩性软弱，为Ⅴ类围岩，开挖后遇水软化易发生塑性变形和垮塌，应有较强的工程处理措施并即使封闭支护。1＃、2＃竖井下段岩性为P2β5～P2β12层玄武岩和角砾集块熔岩，岩质坚硬，较完整，结构面主要为层间、层内错动带，产状平缓，倾角10～25度，围岩主要为Ⅱ类，局部Ⅲ类，稳定性较好。2.3右岸出线竖井的工程地质条件2.3.1右岸出线竖井场地的基本地质条件及稳定性二坪开挖平台高程870m，呈长条状顺江展布，钻孔揭示堆积体厚60～70m，主要为冰川、冰水堆积，成分比较单一，主要由玄武岩含漂块碎石层夹角砾砂层组成，内含直径1～3m的漂石，个别可达15～20m，部分钙质接触式胶结，具架空结构，具有一定的成层性。底部局部有古滑坡残体分布。右岸堆积体地表水匮乏，堆积体内地下水不丰富，仅有少量孔隙潜水。二坪堆积体坡面平坦、开阔；底部基岩面平缓，水平距离长，仅以3～5°缓倾坡外；滑坡残体零星分布，主要为冰积物直接堆积于宣威组粉砂岩和粘土岩上；冰积层结构较密实，地下水不丰富；地表无变形拉裂缝发育等，故整体具有良好的稳定性。2.3.2右岸出线竖井岩土体物理力学参数表5右岸出线竖井岩土体物理力学参数建议值表土体类型天然密度ρ0(g/cm3)压缩模量变形模量允许承载力岩体抗剪断指标Eo(MPa)Eo(GPa)〔R〕(MPa)f’c’(MPa)古滑坡残体（delQ21）2.2530～400.4～0.50.45～0.500.05冰川、冰水堆积物(fglQ+glQ)2.3550～600.5～0.60.50～0.550.05砂页岩0.5～1.00.55～0.600.3玄武岩2.85～101.0～1.21.0紫红色凝灰岩0.12.3.3右岸出线竖井的工程地质条件与评价右岸出线平台高程870m，与主变室之间采用3＃、4＃出线竖井连接，竖井直径为8.6m，竖井深度463.5m，底高程376.5m，在高程607m处设置了一个水平段。3＃、4＃出线竖井607m高程以上地层情况见表。表63＃、4＃出线竖井上段地层简表地层代号4＃竖井3＃竖井厚度／深度（m）高程(m)厚度／深度（m）高程(m)冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)56/5681459/59811古滑坡堆积体体（delQ）6/628086/65805P2x砂页岩7/698017/7279814层玄武岩22/9177922/9477613层顶部紫红色凝灰岩5/967736/10077013层玄武岩41/13773341/14172912层玄武岩91/22864290/23163911层玄武岩11/23963111/24262810层玄武岩14/25361714/2566149层玄武岩10/2636077/2636073＃、4＃出线竖井上段地层基本一样，遇到的工程地质问题相同，现由上至下分段评价如下：冰川、冰水堆积体（fgl+glQ）：厚度50～60m，成分比较单一，主要由玄武岩块碎石夹角砾砂层组成，粒径差别较大，内夹少量孤块石，碎石粒径以2～6cm为主，钙质接触式胶结，结构密实。物性指标：湿密度ρ=2.06g/cm3，天然含水率w=5.95％，＞2mm颗粒含量70％，＜0.075mm粉粘粒含量11％，土体天然快剪摩擦角30～33°。该层部分具架空结构，可灌性好，有少量地下水，地下水位约距基岩5m左右。需钻爆开挖，遇架空结构、大孤石或砂层时，易出现跨塌现象，自稳能力差，应有较强的工程处理措施，并及时支护。古滑坡堆积体（delQ）：残留厚度0～6m，由二叠系宣威组砂页岩组成，岩石较软，破碎，可灌性较好。土体天然快剪摩擦角27.5～30°。土体内有少量地下水。碎石土体易出现跨塌现象，自稳时间短；底部局部有滑带，厚1～2m，为泥夹碎屑，长期受地下水浸泡，强度低，易发生塑性变形和垮塌，应有较强的工程处理措施并及时支护。二叠系宣威组（P2x）：厚度约7m，岩性褐黄色粉砂岩、铝土质粘土岩，岩性较软，完整性差，为Ⅳ类围岩，施工中应有相应的支护处理措施。二叠系峨眉山玄武岩：厚度190～195m，岩性为P2β9～P2β14层玄武岩和角砾集块熔岩，岩质坚硬，较完整，结构面主要为层间、层内错动带，产状平缓，围岩主要为Ⅱ、Ⅲ类，稳定性较好。P2β13层顶部分布的紫红色凝灰岩，厚度6m，岩性软弱，为Ⅴ类围岩，开挖后遇水软化易发生塑性变形，应有较强的工程处理措施并及时封闭支护。3＃、4＃竖井下段岩层为P2β3～P2β9层玄武岩和角砾集块熔岩，岩质坚硬，较完整，结构面主要为层间、层内错动带，产状平缓，围岩主要为Ⅱ类，局部Ⅲ类，稳定性较好。3左右岸出线竖井总体布置3.1 总体设计方案及边界条件在溪洛渡水电站可研设计完成后，根据电力系统对电站要求的变化（由可研阶段左右岸各出线6回改为左岸出线三回，右岸出线5回）以及长江三峡开发总公司的要求，我院于2005年2月完成了《电气主接线调整设计报告》和《500kV引出方式和出线场位置选择》专题报告。并于2005年2月底通过了长江三峡开发总公司的审查。这次会议明确了500kV开关站地下布置，设地面出线场，左岸4回4500ASF6管道母线通过2个引出洞引出至地面出线场，右岸3回4500ASF6管道母线和1回3150ASF6管道母线并预留1回管道母线，通过两个引出洞引出至地面出线场，其中右岸的一个出线洞要考虑布置3回管道母线的设计方案。根据审查意见，在招标设计阶段，我院对出线竖井和出线厂的布置方案作了进一步的比较和设计调整。根据溪洛渡电站枢纽布置情况，左右岸电厂500kV引出线洞系统连接了主变压器洞各层、上坝交通洞以及地面出线场，主要用于布置电站500kV引出线，同时兼作电站安全疏散通道和连接枢纽区各部位的电缆通道。因此引出线系统的设计不仅需要考虑500kV引出线系统的设备布置需要，还要兼顾交通组织、通风、安全疏散和电缆敷设的要求。经过电站前期各阶段的设计研究成果，目前本电站500kV引出线洞系统的设计边界条件如下：1) 根据2005年初编制出版的《500kV引出方式和开关站位置选择专题报告》和《电气主接线调整设计报告》的论证结论，本电站500kV引出线设备采用500kV气体（SF6）绝缘金属封闭输电线路（简称GIL），单回GIL最大输送容量达到31500MW。2) 根据目前的接入系统条件，左岸电厂#1和#2引出线洞及右岸#3引出线洞内均各布置2回GIL，右岸#4引出线洞内布置3回GIL。由于本电站GIL的输送容量非常大，而设备布置垂直落差较大也给布置、安装带来了较大的难度。因此竖井的设计应尽量给设备布置和安装留出足够的空间。此外，为保证现场设备安装的进度，水平段的设计不仅需要考虑设备的布置，还应给设备的运输和现场短时存储准备适当的空间。3) 根据枢纽布置的需要和目前的设计成果，选择左岸电厂地面出线场的高程为865.00m，竖井总高差为488.50m；右岸电厂地面出线场的高程为870.00m，竖井总高差为493.50m。4) 由于竖井的上下端需要分别根据地面出线场选址和主变洞定位。竖井上端直接进入地面出线场，地面出线场的选址需要结合地形、地质条件以及电站输电线路出线通道综合考虑；引出线洞下端连接主变洞各层，而该部分的设计需要结合引水发电系统综合布置方案、引出线竖井距主变洞和尾调室的距离以及围岩稳定性等情况综合考虑。因此竖井上下端不可能位于同一竖直轴线上，目前左右岸电厂4回500kV引出线洞均分为上下两段布置，上、下两段竖井之间通过平段连接，该平段的设置高程和交通结合电站左右岸过坝交通洞考虑，左岸电厂上平洞位于614.00m高程，右岸电厂上平洞位于607.00m高程。5) 本电站引出线洞竖井内建筑布置方案应以机电专业的设备布置方案为依据，同时应满足以下设计规范：《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001年版）、《水利水电工程设计防火规范》SDJ278-90、《建筑内部装修设计防火规范》GB50222-95。由于本电站电梯的选型需要兼顾设备、安装专用工具等的运输，因此对其提升高度和提升重量要求均较高。由于目前世界上一次性提升高度超过200的电梯非常少，具备供货能力的制造厂不多，需要对电梯选型给予足够的重视。此外，由于引出线洞规划为电站逃生疏散通道，因此需在竖井内部设置封闭（防烟）楼梯间和电梯前室。6) 根据全厂通风系统设计，引出线洞需要承担部分正常排风的功能。此外结合封闭楼梯间和前室的要求，竖井内需要设置加压送风竖井。因此，引出线洞上下段竖井之间的风道连接、加压送风系统风源的选择以及风路的设计均有较大的难度。经初步计算左岸出线竖井的GIL长度为7620m，右岸出线竖井的GIL长度为9300m，计算出的右岸出线竖井发热量为75.5万(kcal/h)，左岸出线竖井发热量为47.0万(kcal/h)，为了安全在本阶段在计算通风量时以右岸GIL长度的发热量为依据进行。兼顾正常通风和消防的要求，引出线洞内通风系统组织难度较大，需要引起足够的重视。3.2出线竖井总体布置方案考虑到出线竖井内部功能要求，竖井在各高程的通道布置以及诸如通风、消防等功能要求的复杂性，在就SF6管道设备与各制造厂进行广泛的技术交流后，两回出线竖井的内径设计为10.0m，三回出线竖井的内径设计为11.0m。2006年7月，三峡公司机电部在宜昌主持召开了“溪洛渡电站管道母线布置初步方案审查会”，在会上明确意见如下：“同意成勘院提出的在溪洛渡电站左右岸各设置2个出线洞的设计方案，该方案能满足电站外送方案的变化的要求。母线洞竖井的尺寸设计不宜太小，以利于土建开挖、设备布置和设备维护检修。左岸两个竖井及右岸布置两回出线的竖井的有效内径按10米控制，右岸布置三回出线的竖井的有效内径按11米控制。”根据以上意见，目前的出线竖井的总体布置兼顾了设备安装布置条件、出线场场址选择、引水发电系统总体布置条件、厂区防渗帷幕布置及排水系统布置等，详见附图：左、右岸主变压器洞（500kV开关站）各通过两条500kV引出线洞与地面出线场连接。SF6管道母线分别安装在两条出线洞中。左岸电厂共4回4500ASF6管道母线，每个洞布置两回；右岸电厂有3回4500A和2回3150ASF6管道母线，一个洞布置2回，另一个洞布置3回。每为满足设备安装、检修、交通、消防、通风等功能要求，出线洞垂直段中均布置有电梯和人行楼梯，并分隔出专用的SF6管道母线井、动力及控制电缆井、通风竖井、加压送风井、封闭楼梯间及电梯竖井。下垂直段电梯可达主变压器运输道、电缆廊道和上坝交通洞，上垂直段电梯可达上坝交通洞和地面出线场。（1） 主变洞侧（出线洞下端）布置电站500kV配电装置选用气体绝缘全封闭组合电器（GIS），左、右岸电厂500kVGIS设备布置在地下主变压器洞内。左、右岸主变洞主要尺寸及内部布置均相同，左岸主变洞长349.3m，右岸主变洞长352.9m，宽均为19.8m，高32.82m，断面为圆拱直墙型。主变洞按功能分为四层：底层为主变层，布置有主变搬运道、主变压器室及其它附属设备室；第二层为电缆夹层，布置电缆夹层、电缆室和仪表室；第三层为GIS层，布置有500kV气体绝缘全封闭组合电器（GIS）和保护盘室；顶层为排风道层。主变洞通过主变搬运道与进厂交通洞相连，以实现对外交通。引出线洞下段竖井的布置应考虑到地下洞室群的岩石稳定条件、厂房排水系统的设置、通道组织和设备储运等因素。左、右岸电厂各2条500kV引出线洞下段竖井均布置在主变压器洞下游侧，中心线距离主变洞下游侧开挖边墙20m，距离尾调室上游侧开挖边墙约29.85m，且位于排水廊道和防渗帷幕的内侧。竖井上下游距离主变洞和尾调室的岩体厚度均满足岩石稳定的要求。主变压器洞在主变层、电缆夹层和GIS层分别通过三层廊道与下段竖井连接，第一层为联系洞，与主变压器层同高程（EL.376.50），主要用做人行通道和布置排风道；第二层为电缆道，用以连接竖井和电缆夹层，主要用做敷设电缆桥架和高低压动力电缆；第三层为引出线洞下平段，与GIS室同高程（EL.390.00），主要用于布置500kVGIL设备、排风道以及人行通道。（2） 地面出线场侧（出线洞上端）布置左岸电厂500kV出线场布置在左岸地面865.00m高程，位于深厚覆盖层上，覆盖层深度超过100m。右岸电厂500kV出线场布置在右岸地面870.00m高程的天然台地上，覆盖层较深。左右岸电厂地面出线场布置参见附图一、二。500kV引出线洞上段竖井的布置应考虑与出线场位置对应，且应在竖井上端出口附近预留适当的安装和堆放场地。因此左岸引出线洞上段竖井的上端出口在左岸地面出线场（EL.865.00m）内，右岸引出线洞上段竖井的上端出口在右岸地面出线场（EL.870.00m）内。为满足附属设施的布置要求，需在各竖井上端建电梯楼，规划布置如下设备：GIL吊装间、电梯机房、加压送风机房、排风机房、电缆沟等。（3） 引出线洞洞身路径选择500kV引出线洞下段竖井垂直引上到坝顶高程附近接引出线洞上平段。左岸电厂上平段高程为614.00m，右岸电厂上平段高程为607.00m。左、右岸电厂的上平段均与对应过坝交通洞连接。连接地下厂房10kV厂用电系统和坝区10kV供电系统的动力电缆和控制、通信电缆通过上平段、过坝交通洞和上坝交通洞敷设到坝肩以及位于进水口的坝区10kV配电中心。左岸引出线洞上段竖井的下端出口以及下段竖井的上端出口在614.00m高程，与左岸出线洞上平段连接；右岸引出线洞上段竖井的下端出口以及下段竖井的上端出口在607.00m高程，与右岸出线洞上平段连接。上平段的布置路径需要考虑以下几点因素：1) 上段竖井的下端应考虑各制造厂的设备条件，满足因各厂设备自身特点提出的布置要求，因此上平段连接竖井的直线段长度不应过短，应避免设备引出竖井后立即转弯的情况；2) 下段竖井的上端应考虑设备的吊装要求。应满足具有一定包装长度的设备的运输和起吊要求；3) 在上平段的竖井开口布置处电梯、楼梯及人员进出通道的安排，应与竖井主变洞侧和出线场侧的布置对应。由于该出线洞为逃生通道，因此以上通道的设置应满足消防相关规范的要求；4) 由于竖井内需要进行加压送风，因此正常排风通道的设置以及加压送风风源的选择应统筹考虑，竖井内设施的布置应满足在火灾条件下的加压送风和排烟的要求。（4） 通风组织根据溪洛渡水电站地下厂房结构特点，全厂通风系统设置了2个进风通道：进风竖井作为主厂房的进风通道，进厂交通洞作为主变洞及出线竖井的进风通道。排风系统设置了5个排风通道：主厂房拱顶排风道，主要承担主厂房部分排风兼主厂房事故排风通道；主变洞专用排风竖井，主要承担母线洞、电缆道、GIS层及主变旁的电气房间排风及兼作主变搬运道事故排烟通道；2个出线竖井内排风道，主要排除管道母线的热量。出线竖井为自然进风、机械排风的通风方式。2个出线竖井总风量为41.22万m3/h。进风分2部分；大部分进风从交通洞经主变搬运道旁交通道进入，风量为23.22万m3/h，另一部分风来自GIS层，风量为18.0万m3/h。排风每个出线竖井分2部分；大部分排风通过出线竖井末端（出线场）风机室的风机直接排至室外，风量为17.25万m3/h，其余3.36万m3/h风量从上坝交通洞排走。3.3左、右岸出线竖井及出线场施工现状左岸出线场平面尺寸为143m×50m，地面高程865m，出线场是通过挖填形成，开挖边坡1：2.5。左岸开挖边坡最大高度约50.09m。地面出线场的开挖及支护作为提前实施项目已经完成。右岸出线场平面尺寸为173m×67m，高程870m，出线场是通过开挖形成，开挖边坡1：2.0，开挖边坡高度约6~10m，出线场的开挖及支护作为提前实施项目已经完成。左岸出线竖井614m高程布置有到上坝公路的交通洞，考虑到竖井上下段之间的平段布置的不确定性，目前从3#公路到614m高程平段岔口方向已开挖施工了70m，设计断面9.0m×7.4m。右岸出线竖井607m高程布置有到上坝公路的交通洞，目前从4#公路到607m高程平段岔口已经开挖完成施工160m，设计断面9.0m×7.4m。4出线竖井井内布置由于引出线洞主要用于布置本电站的500kV引出线设备，因此出线洞内部布置应满足本电站500kV引出线设备所有潜在供货商的产品技术、安装特点和对土建的要求。根据我院此前收集的资料以及三峡总公司组织技术交流会上收集到的信息，本电站500kV引出线设备潜在的供货商有新东北电气沈阳高压开关厂（简称沈高）、西电集团西安高压开关厂（简称西电）、美国AZZ公司、瑞士ABB公司、德国SIEMENS公司等。由于沈高和西电均考虑采用引进的ABB技术，因此实际上竖井的布置主要应考虑AZZ、ABB和SIEMENS等三家制造厂的产品特点。4.1 两回出线竖井（#1～#3竖井）布置对于两回出线竖井的布置，AZZ、ABB及SIEMENS等三家制造厂提供的布置方案参见附图。由于竖井落差较大，目前应考虑不同的SF6气体充气及回收的要求。根据ABB提供的资料，可采用的气体回收小车主要有以下两种尺寸：950mm（W）×1860mm（L）×1150mm（H）、重700kg和1150mm（W）×2420mm（L）×1770mm（H）、重1130kg。由于目前拟考虑对1.8t、1.6t、和1.0t等三种规格的电梯进行比较，受竖井内部尺寸限制，吨位更高的电梯无法采用。4.1.1井内布置#1～#3竖井典型断面布置参见附图六。井内功能分区主要分为管道（GIL）井、电梯井、楼梯井、前室、加压送风井、正常排风井及电缆井等7个部分。2回GIL（共6根）并排布置在管道井一侧的井壁上，管道井内留有足够的安装操作空间。电梯井和楼梯井共用1个前室，由加压送风井向各层前室和楼梯间加压。经初步计算要求加压井断面不小于1.5m2，以保证压力传递到竖井底端。经初步计算，正常排风井断面不应小于7m2。为便于安装，在管道井的顶部需要布置1台20t的吊车。左岸下段竖井顶部吊车的提升高度不小于224m；上部竖井顶部吊车的提升高度不小于251m。右岸下段竖井顶部吊车的提升高度不小于217m；上部竖井顶部吊车的提升高度不小于263m。竖井顶端的空间高度应允许1段长度11.5m的管道母线在此处起立并运入竖井。每段竖井内布置有一部电梯，一座楼梯，6.5m2侯梯厅，楼梯间与候梯厅用甲级防火门分隔，电梯提升高度分别为237.50m、251.00m、230.50m、263.00m，每台电梯荷重暂考虑为1.6吨，运行速度3m/s。该电梯主要服务于运行维护、安装检修及更换小型设备时的垂直运输，使用频率很低。装载人员数量不超过10人且只有在检修时有人。因竖井内无可燃物，且每停站面积不超过50平方米，故电梯按普通电梯设置，楼梯按封闭楼梯间设置。电梯间及楼梯间在各电缆检修安装层设有停站，作为竖向交通，停站间距不超过11米处设有逃生门，符合规范要求。4.1.2气流组织、SF6气体排放及加压送风出线洞竖井内布置有管道母线、电梯、楼梯、排风道和加压送风，分别采用砖墙隔开。在管道母线与排风道之间的隔墙上设有风口，来自交通洞和GIS的2部分进风分别从出线竖井底部和竖井侧面进入管道母线井内，然后通过设在隔墙上的风口排入排风道内。部分排风通过风管经竖井平段由上坝交通洞风机室的风机排走；其余大部分排风再由出线竖井末端（出线场）风机室的风机直接排至室外。考虑到SH6这种有害气体的比重要比空气重的多，一旦沉积在某密闭空间或的底部或死角不容易排走。因此虽然出线竖井设有排风系统，在每段出线竖井的底部（电梯基坑旁）另各设2台风机不定期进行排风。上段出线竖井底部SF6由风机通过风管排风至上坝交通洞；下段出线竖井底部SF6由风机通过风管经主变室下游夹墙排风至主变排风洞内，再由主变竖井主排风机排走。由于出线洞垂直深度达400多m深，且由两段平洞和两个竖井组成，所以在垂直高度上设一套加压送风系统是不合适的。因此考虑每条出线洞分上下两段竖井各设一套加压送风系统，各设一个加压送风机室。平洞段不加压。上段加压送风机室设在地面，直接从室外取风；下段加压送风机室设在中间平洞段与上坝交通洞交汇处附近，取风于上坝交通洞。两套加压送风经加压送风机室送至加压送风道内，再通过每个停站台与加压送风道之间隔墙上的风口分别送入电梯前室和楼梯间。4.1.3电梯本电站电缆竖井的楼梯及电梯主要是为满足运行维护，安装检修及更换小型设备时的垂直运输使用。电站左岸布置有1#、2#电缆竖井下段电梯运行高度从376.50高程至614.00高程，高度237.50m；上段电梯运行高度从614.00高程至865.00高程，高度251.00m。右岸3#与4#竖井下段电梯运行高度从376.50高程至607.00高程，高度230.50m；上段电梯运行高度从607.00高程至870.00高程，高度263.00m。因本工程电梯为超高层电梯，国内厂家无法生产，为全进口设备，目前电梯行业内的排名依次是：美国的奥的斯、瑞士的迅达、芬兰的通力、德国的蒂森克虏伯、日本的三菱，均是本工程的潜在供货商。考虑到各厂家尺寸相差很大，电梯井设计时应兼顾到对各制造厂的适应性。4.1.4初步荷载要求左岸电厂#1、#2引出线洞内均各布置2回500kV管道母线。上段竖井高差约为251m，单根管道垂直部分总重量约为18t，竖井内管道母线的总重量为6×18＝108t。下段竖井落差约为224m，单根管道垂直部分总重量约为16t，竖井内管道母线的总重量为6×16＝96t。右岸电厂#3引出线洞内布置2回500kV管道母线。上段竖井落差约为263m，单根管道垂直部分总重量约为18.5t，竖井内管道母线的总重量为6×18.5＝111t。下段竖井落差约为217m，单根管道垂直部分总重量约为15.5t，竖井内管道母线的总重量为6×15.5＝93根据不同制造厂提供的初步资料，GIL在竖井中的支撑有两种情况：滑动定位和固定支撑。滑动定位仅保证GIL不发生径向位移，但允许轴向上自由滑动；固定支撑则不允许母线在各方向上发生位移。两个固定支撑点之间必定采用一定的弹性结构以吸收母线在自重和热态下的伸缩。各制造厂依据各自的产品特点提出的母线固定支撑设置方式有三种：方式一为仅顶端一点固定，母线全部重量均由顶端的支撑点承担，这种方式下竖井内所有GIL的重量全部施加在竖井上端的井壁上；方式二为顶端和中间两点固定，每个固定点承担1/2垂直段管道的重量；方式三为顶端、2/3高度处和1/3高度处三点固定，每个固定点承担1/3垂直段管道的重量。除此之外，还需要考虑的其它荷载有：GIL安装吊车、电梯、加压送风风机等。其中GIL安装吊车的荷载能力为20t，极端情况下需要提起整根（单相）GIL的重量约18.5t。4.1.5对竖井的其它要求为保证高压电气设备的正常运行，管道井和电缆井内不允许出现渗水、并应尽量避免潮湿的情况。管道母线的支撑固定有膨胀螺栓固定和预埋件固定两种方式，预埋件锚固深度约为300mm。由于目前设备尚未采购，竖井内部布置无法深入和最终确定，因此井壁应按照分两期衬砌进行考虑。4.2 三回出线竖井（#4竖井）布置全厂仅#4竖井内布置了三回GIL，参见附图。该竖井采用的气体回收小车及竖井内通风方式同#1～#3竖井。4.2.1井内布置#4竖井典型断面布置参见附图。井内功能分区主要分为管道（GIL）井、电梯井、楼梯井、前室、加压送风井、正常排风井及电缆井等7个部分。3回GIL中有2回GIL（共6根）并排布置在管道井一侧的井壁上，另一回GIL（共3根）并排布置在靠电梯侧的墙体上，管道井内留有足够的安装操作空间。该竖井对加压送风和正常排风通道的要求同#1～#3竖井。为便于安装，在管道井的顶部需要布置1台20t的吊车。下段竖井顶部吊车的提升高度不小于217m；上部竖井顶部吊车的提升高度不小于263m。竖井顶端的空间高度应允许1段长度11.5m的管道母线在此处起立并运入竖井。每段竖井内布置有一部电梯，一座楼梯，6.5m2侯梯厅，楼梯间与候梯厅用甲级防火门分隔，电梯提升高度分别为230.50m、263.00m，每台电梯荷重暂考虑为1.6吨，运行速度3m/s。电梯和楼梯间的其它设计同#1～#3竖井。4.2.2气流组织、SF6气体排放及加压送风同#1～#3竖井。4.2.3电梯同#1～#3竖井。4.2.4初步荷载要求右岸电厂#4引出线洞内布置3回500kV管道母线。上段竖井落差约为263m，单根管道垂直部分总重量约为18.5t，竖井内管道母线的总重量为9×18.5＝167t。下段竖井落差约为217m，单根管道垂直部分总重量约为15.5t，竖井内管道母线的总重量为9×15.5＝140t。4.2.5对竖井的其它要求同#1～#3竖井。4.3 平洞布置、交通及运输4.3.1 #1～#3出线洞平洞布置#1～#3出线洞平洞内2回管道母线竖直并排布置在平洞的一侧，且尽量避免跨越平洞断面阻断交通。平洞的各连接段、岔洞、弯道等均应满足11.5mGIL标准段带包装的运输和转弯要求。而且在靠近竖井上端处应有足够的宽度以布置临时拼装场或临时仓储场地。由于母线是从竖井上端往下部吊装。因此平洞与各下段竖井的上端连接处应抬高空间，并设置1台2t吊车，以满足GIL标准段的起立、标准段吊入竖井以及预组装段（3～4段标准段）的临时起吊的要求。平洞内还布置有加压送风管道，该管道从平洞通往过坝交通洞的出口引到下段竖井的加压送风机房。加压送风管道暂定布置在竖井的另一侧的洞壁上方。4.3.2对平洞的其它要求为保证高压电气设备的正常运行，平洞内管道布置侧不允许出现渗水，并应尽量避免洞内潮湿。管道母线的支撑固定有膨胀螺栓固定和预埋件固定两种方式，目前尚不能确定。建议平洞开挖后仅作简单喷锚支护。若由于地质条件必须立即衬砌，建议分两期进行衬砌，表面应预留300mm的厚二期砼层以供二期浇筑时预埋。5衬砌结构设计5.1基岩衬砌结构设计5.1.1支护设计左、右岸竖井上段总深度分别为251m、263m，其中基岩段深度约为130m和200m，基岩开挖高度较大。竖井开挖直径分别为11.50m和12.50m，岩层以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，局部Ⅳ、Ⅴ类围岩。支护设计以充分发挥围岩本身的自承能力为原则，同时满足竖井的使用功能具体采用：=1\*GB3①以已建工程经验和工程类比为主；=2\*GB3②以喷锚支护为一期支护、钢筋混凝土衬砌为二期支护；=3\*GB3③以系统支护为主、局部加强支护为辅、并与随机支护相结合；=4\*GB3④实行动态支护设计，根据开挖揭示的地质情况，对地质缺陷段特殊部位特殊支护，必要时及时调整支护参数。喷锚支护设计参数如下：=1\*GB3①以Ⅱ、Ⅲ类为主的基岩段，岩体坚硬，新鲜完整，成井条件较好，故系统支护采用：喷0.10mC25钢钎维混凝土；锚杆φ28，L＝6.0m（入岩5.50m）与锚杆φ25，L＝4.5m（入岩4.00m）交错布置，间距1.5m；=2\*GB3②以Ⅳ、Ⅴ类为主的基岩段，岩性较软，成井条件较差，故系统支护采用：喷C25混凝土厚0.15m；挂网φ6.5@0.20m×0.20m；锚杆φ28，L＝6.0m（入岩5.50m），间距1.5m，梅花形布置；因竖井段较长，施工中应根据具体情况对井壁随机不稳定块体进行处理。5.1.2衬砌结构设计衬砌拟采用C25钢筋混凝土，厚0.60m。5.1.3排水、防潮及细部构造设计基岩段井筒排水设计以排为主，为保证围岩稳定，最大限度的减小地下水渗漏对竖井的影响，对整个基岩段竖井设置φ48，L＝4.0m，间距3.0m，梅花形布置的系统排水孔。沿洞高紧贴基岩满布φ48，间、排距3.0m的软式排水管网，软式排水管与排水孔连接将岩壁渗水汇至竖井底部，经交通联系平洞到左右岸上坝公路排水沟排至洞外。5.1.4工程量左右岸出线竖井基岩段的开挖支护工程量见下表:左岸出线竖井上段及平硐主要工程量单位1＃左平硐2＃左平硐1＃左竖井2#左竖井左岸总量洞挖量m372137855148321363343533C25喷混凝土量m32362577747111977C25衬砌量m317721929361724179735衬砌钢筋量t142154289193779挂网钢筋量t67131239锚杆φ28，L=6m@1.5*1.5根656715151213884271锚杆φ25，L=4.5m@1.5*1.5,外露50cm根3283577566942135预应力锚杆φ32，L=9m@1.5*1.5根100锚杆φ32，L=9m@1.5*1.5,外露50cm根100排水孔φ48：L=4m@3m*3mm647707224220575653软式排水管网：φ48，间、排距3.0mm343934396879橡胶止水m125125253253755回填灌浆m293510191954C25钢纤维喷混凝土厚10cmm3360326687右岸出线竖井上段及平硐主要工程量单位3＃右平硐4＃右平硐3＃右竖井4#右竖井右岸总量洞挖量m36172641215942214050547C25喷混凝土量m320221112711552504C25衬砌量m315161575266539912338衬砌钢筋量t12113421432987挂网钢筋量t51202045锚杆φ28，L=6m@1.5*1.5根56158220922655093锚杆φ25，L=4.5m@1.5*1.5,外露50cm根28129110411322547预应力锚杆φ32，L=9m@1.5*1.5根100锚杆φ32，L=9m@1.5*1.5,外露50cm根100排水孔φ48：L=4m@3m*3mm55037328833727247软式排水管网：φ48，间、排距3.0m5007513410141橡胶止水m100361361822回填灌浆m280083883C25钢纤维喷混凝土厚10cmm363461812525.2左岸覆盖层衬砌结构设计左岸1＃、2＃出线竖井上段深度251m，其中1＃竖井覆盖层段长约115m，2＃竖井覆盖层段长约约126m，覆盖层从上至下分别为洪积物(plQ3)、冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)和古滑坡残体（delQ21）。覆盖层段出出线竖井的永久支护主要考虑现浇钢筋混凝土双层井壁结构。根据管线布置和运行要求等需要，1＃、2#竖井的净径为10m，二次衬砌设计厚度初拟为0.4m，所以计算一期衬砌时1＃、2#竖井的净径为10.8m。左岸出线竖井岩土体物理力学参数建议值表及1＃、2#出线竖井上段地层简表如下：左岸出线竖井岩土体物理力学参数建议值表土体类型天然密度ρ0(g/cm3)压缩模量变形模量允许承载力岩体抗剪断指标Eo(MPa)Eo(GPa)〔R〕(MPa)f’c’(MPa)古滑坡体（delQ21）2.2530～400.4～0.50.45～0.500.05冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)2.3550～550.5～0.60.50～0.550.05洪积体（plQ3）2.1520～300.25～0.30.30～0.350.0151＃、2#出线竖井上段地层简表地层代号1＃竖井2＃竖井深度（m）底高程(m)深度（m）底高程(m)洪积体（plQ3）2484133832冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)5578642790古滑坡堆积体体（delQ21）3675051739P2x砂页岩974177325.2.1一衬结构设计井壁衬砌结构计算（1）、计算原则及基本假定：①考虑圆筒与底板用伸缩缝脱开，不考虑底板与筒壁的整体作用。②竖井衬砌内力计算常取水平截条，忽略衬砌自重。（2）、荷载：①侧向土压力Ａ1②灌浆压力A2③外水压力Ａ3④地震力Ａ4（3）荷载组合①基本组合：Ａ1＋Ａ3②特殊组合：施工Ａ1＋Ａ2＋Ａ3地震Ａ1＋Ａ3＋Ａ4（4）圆形竖井井壁厚度计算:由于左岸出线竖井覆盖层采用预灌浆边挖边衬的施工方案，所以圆形竖井的井壁厚度采用麦拉公式（参见《建井设计手册》（第3章建井施工技术·表3-2-112）计算,经计算井壁厚度初拟为C60混凝土0.8m。井筒稳定及壁座设计（1）井筒的稳定计算①计算原则：a：井筒的稳定计算包括两部分：施工期井筒的稳定计算及运行期间井筒的稳定计算；b:施工期井筒的稳定计算只考虑井筒衬砌与覆盖层间的摩擦力来维持；c:井筒衬砌与覆盖层间的摩擦系数及粘结力指标都采用扰动土的力学物理指标。②计算采用抗剪断公式进行计算，在施工期时洪积体内井筒稳定不满足设计要求，拟采用预制混凝土摩擦桩和土锚杆以改善外部条件，满足稳定要求。在运行期时井筒稳定不满足设计要求，故需在井筒上设置壁座来保证井筒稳定。（4）壁座设计①设计原则a：两壁座之间的衬砌自重假定全由壁座支承；b：壁座底面应力不超过地基容许压应力与抗剪强度；c：初拟每隔20ｍ沿井筒四周浇筑混凝土壁座。d：按壁座岩层容许压应力和井壁材料的容许应力设计壁座。e：考虑到左岸出线竖井覆盖层抗压强度较低，壁座分段较大（20m/个），故本工程中采用双锥形壁座.②壁座计算:根据双锥形壁座的计算公式及（《水工设计手册第七卷》·一般规定）进行壁座设计，壁座的具体参数初拟如下：d＝0.8m，h＝1.5m，βg＝25°。（4）井颈设计考虑到左岸出线竖井覆盖层厚度约（115～126m），竖向的机电荷载及建筑荷载都比较大，所以采用倒圆台形井颈结构，即圆筒井塔与圆形井筒的井颈直接固接在一起。井圈锁口结合竖井上方的建筑结构基础设计，初拟宽度采用4.0m，深度采用2-3m。井颈壁深度受覆盖层的深度控制，通过工程类比，深度采用15m（约一倍井径）；厚度按照构造要求初拟为1.0m，然后验算井颈在竖向荷载及水平荷载作用下的基底承压力，满足设计要求。5.3.2二衬结构设计荷载资料（1）1＃竖井内管道母线的总重量；（2）2＃竖井内管道母线的总重量；（3）计算时考虑母线固定点方式为顶端固定，顶端承担全部垂直段管道的重量；（4）建筑荷载。二期衬砌结构验算根据机电设备预埋件埋设要求及建筑布置的构造要求，二期衬砌的厚度初拟0.4m。经抗滑稳定验算及局部受压验算，计算结果均满足设计要求。5.3右岸覆盖层衬砌结构设计右岸3＃、4＃出线竖井上段深度263m，其中3＃竖井覆盖层段长约62m，4＃竖井覆盖层段长约65m，覆盖层从上至下分别为冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)和古滑坡残体（delQ21）。覆盖层段出线竖井的永久支护主要考虑现浇钢筋混凝土双层井壁结构。根据管线路布置和运行要求等需要，3＃竖井的净径为10m，4＃竖井的净径为11m；二次衬砌设计厚度初拟为0.4m，所以计算一期衬砌时3#竖井的净径为10.8m；，4#竖井的净径为11.8m。右岸出线竖井岩土体物理力学参数建议值表及3＃、4＃出线竖井上段地层简表如下：右岸出线竖井岩土体物理力学参数建议值表土体类型天然密度ρ0(g/cm3)压缩模量变形模量允许承载力岩体抗剪断指标Eo(MPa)Eo(GPa)〔R〕(MPa)f’c’(MPa)古滑坡残体（delQ21）2.2530～400.4～0.50.45～0.500.05冰川、冰水堆积物(fglQ+glQ)2.3550～550.5～0.60.50～0.550.053＃、4＃出线竖井上段地层简表地层代号4＃竖井3＃竖井深度（m）底高程(m)深度（m）底高程(m)冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)5681459811古滑坡堆积体体（delQ）68086805P2x砂页岩780177985.3.1一衬结构设计井壁衬砌结构计算（1）计算原则及基本假定：①考虑圆筒与底板用伸缩缝脱开，不考虑底板与筒壁的整体作用。②竖井衬砌内力计算常取水平截条，忽略衬砌自重。（2）荷载：①侧向土压力Ａ1②灌浆压力A2③外水压力Ａ3④地震力Ａ4（3）荷载组合①基本组合：Ａ1＋Ａ3②特殊组合：施工Ａ1＋Ａ2＋Ａ3地震Ａ1＋Ａ3＋Ａ4（4）圆形竖井井壁厚度计算:右岸出线竖井覆盖层采用预灌浆边挖边衬的施工方案，圆形竖井的井壁厚度采用麦拉公式（参见《建井设计手册》（第3章建井施工技术·表3-2-112）计算，经计算井壁厚度初拟为C60混凝土0.6m。井筒稳定及壁座设计（1）井筒的稳定计算①计算原则：a：井筒的稳定计算包含两个部分：施工期井筒的稳定计算及运行期井筒的稳定计算；b:施工期井筒的稳定计算只考虑井筒衬砌与覆盖层间的摩擦力来维持；c:井筒衬砌与覆盖层间的摩擦系数及粘结力指标都采用扰动土的力学物理指标。②计算采用抗剪断公式进行计算，在施工期时井筒稳定满足设计要求，但是在运行期时井筒稳定不满足设计要求，故需在井壁上设置壁座来保证井筒稳定。（2）壁座设计①设计原则a：两壁座之间的衬砌自重假定全由壁座支承；b：壁座底面应力不超过地基容许压应力与抗剪强度；c：初拟每隔20ｍ沿井筒四周浇筑混凝土壁座。d：按壁座岩层容许压应力和井壁材料的容许应力设计壁座。e：考虑到右岸出线竖井覆盖层抗压强度较低，壁座分段较大（20m/个），故本工程中采用双锥形壁座.②壁座计算:根据双锥形壁座的计算公式及（《水工设计手册第七卷》·一般规定）进行壁座设计，壁座的具体参数初拟如下：d＝0.7m，h＝1.5m，βg＝25°。井颈设计考虑到右岸出线竖井覆盖层厚度约（62～65m），竖向的机电荷载及建筑荷载都比较大，所以采用倒圆台形井颈结构，即圆筒井塔与圆形井筒的井颈直接固接在一起。井圈锁口结合竖井上方的建筑结构基础设计，初拟宽度4.0m，深度2-3m。井颈壁深度受覆盖层的深度控制，通过工程类比，初拟深度采用15m（约一倍井径）；厚度按照构造要求初拟为0.8m，经验算井颈在竖向荷载及水平荷载作用下的基底承压力，满足设计要求。5.3.2二衬结构设计荷载资料（1）3＃竖井内管道母线的总重量；（2）4＃竖井内管道母线的总重量t；（3）计算时考虑母线固定点方式为顶端固定，顶端承担全部垂直段管道的重量；（4）建筑荷载；二期衬砌结构验算根据机电设备预埋件埋设要求及建筑布置的构造要求，二期衬砌的厚度初拟0.4m。经抗滑稳定验算及局部受压验算，计算结果均满足设计要求。5.4覆盖层衬砌整体结构处理5.4.1整体连接设计左岸1＃，2＃竖井结构内直径10.00m，初拟一衬厚度0.80m，二衬厚度0.40m。喷钢钎维混凝土0.10m，开挖直径12.60m。右岸3＃竖井结构内直径10.00m，4＃竖井结构内直径11.00m，初拟一衬厚度0.60m，二衬厚度0.40m。喷钢钎维混凝土0.10m，开挖直径12.20m和13.20m。系统支护设计：=1\*GB3①喷钢钎维混凝土0.10m。=2\*GB3②左岸洪积体（plQ3）段可灌性差，覆盖层承载力及抗剪断指标低，拟采用预制混凝土摩擦桩和土锚杆以改善土体物理力学指标。=3\*GB3③冰川、冰水堆积体和古滑坡堆积体段可灌性好，拟采用先灌浆再开挖。一衬、二衬井壁混凝土间的连接设计：为了达到一衬、二衬井壁共同受力的目的，交界面采用φ20@1.00m的插筋，梅花型布置，并灌注水泥浆填实。二衬井壁混凝土浇注前，一衬井壁混凝土需凿毛并清洗干净。基覆交界段的壁后充填：根据其他工程经验，井壁局部破坏，大部分首先出现在基岩与表土交界面附近的井壁内，表现为井壁内侧混凝土成块脱落，严重者结构竖向钢筋和环向钢筋弯曲内凸。因此，覆盖层段采用壁后注浆，注浆压力由现场试验确定。壁座及基座的设置：拟在覆盖层段每隔20.00m设置壁座，在玄武岩内设置大基座。5.4.2防渗、防潮及排水设计根据地质资料在古滑坡堆积体底部为滑带，厚约1～3m，属相对隔水层，地下水位高出滑带约10m，因此覆盖层的排水主要集中在底部的10米左右，在覆盖层底部与一衬之间铺设软式透水管，并穿过一衬基座埋设的PVC套管与下部基岩段的排水软管相连，形成系统的排水体系。一衬结构初拟每隔20m设一道永久缝，缝间设铜片止水，同时考虑到一衬结构边挖边衬，一般每2～3米有一道施工横缝，在横缝间也设止水一道。二衬结构初拟每隔20米也设一道永久缝，缝间设铜片止水，并将二衬结构缝与一衬结构缝错开布置，同时考虑在一、二衬之间作接触灌浆，以提高结构的整体性，并提高防渗性能。5.5小结根据以上结构的初步计算分析，初拟的钢筋混凝土衬砌结构能满足覆盖层洞段施工期和运行期的井壁稳定，基本能够解决土建先期施工与井内设备招标滞后、布置不确定性的矛盾问题，最终结构计算分析，需结合三维有限元分析确定。结合后面的“第6章施工方案探讨”可知，左岸的竖井穿覆盖层段推荐施工方案为预灌边挖边衬的施工方法，因此以上竖井穿覆盖层段的结构计算是针对边挖边衬施工方法进行的，同时为配合施工方案探讨，根据已有的工程资料及上面的计算分析成果，类比初拟了其他几个施工方案的结构尺寸进行工程量的估算，见下表：左岸出线竖井上段穿覆盖层段工程量表项目1#井2#井方案1（边挖边衬）方案2（地连墙）方案3（沉井）方案4（冻结法）方案1（边挖边衬）方案2（地连墙）方案3（沉井）方案4（冻结法）土方明挖(m3)10001000100010001000100010001000土方洞挖(m3)1634917014163491634917490181541749017490混凝土预制桩（L=20m）6060606060606060一衬混凝土C60(m3)39471499272339474222177529984222二衬混凝土C60(m3)17691769176917691893189318931893一衬钢筋(t)335120218335359142240359二衬钢筋(t)115115115115123123123123止水(m)32893289328932893519351935193519接缝灌浆(m2)45934593459345934914491449144914地连墙混凝土(m3)31123112地连墙钢筋(t)389389沉井混凝土(m3)12241224沉井钢筋(t)9898右岸出线竖井上段穿覆盖层段工程量表项目单位3#井（覆盖层段）4#井（覆盖层段）方案1（边挖边衬）方案2（地连墙）方案1（边挖边衬）方案2（地连墙）土方明挖m31000100010001000土方井挖m39547105511067011759衬砌混凝土（C60)m33647432138304537钢筋t270477283500接触灌浆m26258292665293069止水m22802218238123026施工方案探讨6.1国内施工方案概述根据对国内目前各行业已建和在建工程施工经验的总结，目前软弱地层竖井施工方法主要有深孔预固结灌浆后边挖边衬施工，地下连续墙施工，沉井法施工，冻结法施工等几种。深孔预固结灌浆后边挖边衬施工（预灌法）是在开挖前先对竖井周围及井身进行深孔固结灌浆，填充围岩裂隙，增强其整体性。预固结灌浆使用范围广，各类覆盖层均可进行，总体来说致密、物质含量均一且主要以粗颗粒为主的地层灌浆效果最好，细颗粒含量较多的地层如夹泥层等浆液难以灌进，可灌性不好，如地层中存在架空结构则吸浆量增大，难以达到灌浆结束标准，造价增大。岷江福堂电站开敞式调压井开挖直径31m，井筒深度116.2m，上部66m属于强卸荷带，主要为松散破碎的Ⅴ类岩体，开挖前采用预灌法对其上部破碎岩体进行加固，并且在灌浆孔内下锚筋束，保证了开挖施工的安全，取得了较好效果，。地下连续墙施工是先在井圈外围松散地基中以泥浆护壁连续造孔成槽，在泥浆下浇筑混凝土形成，以地下连续墙作为支护结构进行井筒施工，地下连续墙一般须作为井身永久衬砌的一部分。地连墙主要优点一是使用范围广，各类覆盖层均可进行，从松软的淤泥到密实的砂卵石甚至漂石中，但是施工上有难易之分；二是地连墙可直接作为永久建筑物，缺点是工艺环节较多，对施工队伍要求较高，地连墙施工的主要限制条件是若地层中大孤石含量较多，则给造孔带来较大困难，一般需要对大孤石进行孔内爆破，对施工工期影响极大，且孔内爆破可能对周围土体造成振动，使原本已经较差的地层进一步恶化。目前国内已实施的地下连续墙施工已达到较高水平，小浪底工程主坝防渗墙深81.9m，厚1.2m，狮子坪电站防渗墙二期槽孔S8#长度为5.8m，三个主孔2个副孔，最大钻孔深度101.8m，全槽平均孔深为100.23m,是目前国内已施工的最深槽段。沉井法施工是在预制好的钢筋混凝土井筒内挖土，依靠井筒自重克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下，从而形成井身的施工方法，沉井一般须作为井身永久衬砌的一部分。沉井法适用于均质的土层或沙砾石层，也可在风化和软弱岩层中沉入，但在地下水位较高及渗水量较大的地层沉井法不适用，如果地层中大孤石含量较多可能造成沉井不能均匀下层，一般需要对大孤石进行爆破，再对沉井纠偏，对施工工期影响极大，且爆破可能对周围土体造成振动，使原本已经较差的地层进一步恶化。国内工程实例有铜街子电站沉井最大尺寸达25m×10m，最深达30m，向家坝电站沉井群最大施工深度已达50m，为目前国内最高水平。冻结法施工是一项特殊的地层加固施工方法，是用人工制冷方法使含水地层冻结，从而提高地层稳定性的方法，该法适用于各种地层，技术可靠，其限制条件是必须在含水率》5%的地层中应用，如果地层中有架空结构则冻结效果不好，且其费用昂贵，一般在其他方法不能解决的工程中才采用此法。安徽淮南顾桥矿副井冻结工程，井筒直径8.4m，冻结深度达319m，目前国内竖井冻结施工水平已远超100m以上。6.2左岸出线竖井覆盖层施工方案分析6.2.1左岸出线竖井工程特点左岸地面出线场平台高程865m，与主变室之间采用1＃、2＃出线竖井连接，竖井深度463.5m，底高程376.5m，净断面为直径Φ10的圆形断面，在高程614m处设置了一个水平段，以水平段为界分为上下两段，下段已纳入厂房标施工，本次专题仅针对高程614.00m以上竖井施工方案进行研究。覆盖层段永久支护为喷混凝土及两层钢筋混凝土衬砌联合支护，喷钢纤维混凝土厚度0.1m，一次衬砌厚度0.7m，二次衬砌厚度0.4m，开挖直径Φ12.4m。竖井穿越的覆盖层由下至上，由老到新可分为三层：第一层为古滑坡残体（delQ21），厚度36～51m，由三叠系紫红色砂页岩和石灰岩块碎石组成，岩石较坚硬，滑坡体基本保持了滑动前的地层顺序，但破碎严重。该层成层性较好，地层层面倾角较陡，裂隙发育，可灌性好。底部为滑带，厚约1～3m，属相对隔水层，地下水位高出滑带约5m，土体具备成井条件。但块石之间结合力差，易出现块体失稳及碎石土体跨塌现象，自稳时间短；底部滑带为泥夹碎屑，长期受地下水浸泡，强度低，易发生塑性变形；第二层为冰川、冰水堆积物（fgl+glQ21），厚度42～55m，成分比较单一，主要由玄武岩块碎石夹角砾砂层组成，粒径差别较大，内夹少量孤块石，碎石粒径以2～6cm为主，部分为钙质接触式胶结，结构稍密～中密。该层具架空结构，可灌性好，地下水不丰富，具备成井条件。但土体具架空结构，块碎石之间结合力差，易出现跨塌现象，自稳时间短；第三层为洪积物（plQ3），厚度24～33m，主要由含碎砾石低液限粘土组成，结构不均一，土体内随机分布有块碎石经钙泥质胶结形成的孤石，成分主要为砂岩、泥灰岩和玄武岩。该层土体属中密～密实土，可灌性差，无地下水，具备成井条件。但土体自稳时间短，土体内孤石爆破可对周边土体产生不利影响。1＃、2＃出线竖井上段覆盖层地层情况见表6-1。表6-11＃、2＃出线竖井上段覆盖层地层简表地层代号1＃竖井2＃竖井深度（m）高程(m)深度（m）高程(m)洪积体（plQ3）2484133832冰川、冰水堆积体(fglQ+glQ)7978675790古滑坡堆积体体（delQ21）1157501267396.2.2施工方案比选洪积物位于覆盖层最上层，若采用预灌法施工，由于其可灌性不好，灌浆难以增强土体的物理力学性能，效果难以保证；若采用沉井法及地连墙施工，由于地层结构不均一，施工难度都大；若采用冻结法，由于无地下水，需要充水才能施工。冰积物位于覆盖层中层，若采用沉井法及地连墙施工，由于地层结构不均一，且有架空结构，施工难度都较大。且国内较先进的沉井法施工水平为50m，地连墙施工水平为80m，故难以应用；由于可灌性较好，本层优先考虑预灌法施工。古滑坡残体位于覆盖层最底层，由于深度太大，沉井法及地连墙法已不适用，本层优先考虑预灌法施工。各层适用方法见下表所示表6-2左岸覆盖层不同施工方案实适用性简表洪积物冰积物古滑坡体预灌法△√√沉井法△××地连墙法△△×冻结法△△△√表示适用，△表示基本适用，×表示不适用综上考虑，冰积物及古滑坡堆积体最好采用预灌法施工，洪积物地层四种方法均可采用，虽可灌性不好，但其本身就具备成井条件，据此设计四种可行的施工方案：方案1：采用预灌法穿越整个覆盖层进行，施工工艺简单，对洪积物层可考虑在预固结灌浆的基础上增加安全措施；方案2：洪积物及冰积物地层采用地连墙法，古滑坡体采用预灌法；方案3：洪积物地层采用沉井法，冰积物及古滑坡体采用预灌法；方案4：采用冻结法穿越整个覆盖层进行。现就四个方案的施工程序、施工方法及施工进度分述如下。6.2.3全长预灌方案施工程序深孔预固结灌浆施工穿越整个覆盖层进行，先在井口平台上对井圈外围实施深孔预固结灌浆，再从上至下分层开挖形成井筒，井筒上部5m开挖完成后立即浇筑井圈锁口混凝土，然后再逐层向下开挖，一衬混凝土浇筑与开挖平行作业，开挖及一衬混凝土浇筑完成后再自下而上浇筑二衬混凝土。施工方法（1）超前预固结灌浆超前预固结灌浆部位为井圈，井圈沿环向布置两圈灌浆孔，第一圈距开挖边线0.5m，均匀布置24个灌浆孔，孔距约1.70m，第二圈距开挖边线1.5m，均匀布置30个灌浆孔，孔距约1.57m，灌浆孔布置见图4。1#竖井孔底高程均按750m控制，孔深115m，2#竖井孔底高程均按739m控制，孔深126m。图6-1深孔预固结灌浆孔位布置图灌浆顺序为先灌内圈，再灌外圈，每圈灌浆分三序按逐序加密的原则进行。固结灌浆采用孔口封闭循环钻灌法施工，钻孔时采用泥浆循环护壁，SPC-100回转钻机钻进，灌浆采用TBW200/20灌浆泵进行施工。由于覆盖层上部24~33m洪积物地层可灌性差，浆液可能难以灌进，但本身具备成井性，为进一步增强土体稳定性，在全孔灌浆结束后，在所有灌浆孔内插1根适应孔径的无缝钢管，在钢管内灌注水泥浆，采用灌浆钢管加固土体。灌浆钢管穿越洪积物地层，1#井长24m，2#井长33m。（2）开挖及支护井筒分层全断面开挖，层高1.5m。每层开挖前对周边围土先进行超前小导管灌浆，在预固结灌浆的基础上进一步加固围土。超前小导管采用32mm×2.5mm无缝钢管制作，长2m，倾角15度，每圈均匀布置30根小导管，排距1.5m，每排搭接0.43m。开挖采用挖掘机挖土，出渣采用卷扬机吊运箕斗提升至井口，挖掘机转自卸汽车出渣。施工中如遇大孤石，则采用手风钻钻孔爆破解小再开挖。每层开挖完成后即进行喷锚临时支护，支护参数：喷钢纤维混凝土0.1m厚，系统锚杆Φ32L=3m，间排距1.5m。喷混凝土采用喷混凝土施工,锚杆采用手风钻钻孔。（3）混凝土浇筑一期混凝土浇筑与开挖平行作业，每开挖两层即浇筑混凝土，全部开挖及一衬混凝土浇筑完成后再从下至上浇筑二期混凝土。混凝土均采用滑模施工，真空溜管入仓，插入式振捣器振捣密实。施工进度根据施工程序及工程量计算，预固结灌浆总工期4个月。钢管灌浆施工工期1个月。井筒开挖及一衬混凝土综合进尺按20m/月考虑，则开挖及一衬工期须6.5个月，加上二衬混凝土浇筑时间2个月。综合考虑，竖井覆盖层施工采用预灌法施工共须13.5个月。6.2.4地下连续墙加预灌方案目前国内最高水平的地下连续墙深度约为80m，故本方案将覆盖层分为两段施工，上部80m采用地连墙施工，地连墙从上至下依次穿越洪积物、冰川冰水堆积物及薄层古滑坡堆积体，下部35m（1#）、46m（2#）仍须采用预灌法施工，灌浆主要穿越古滑坡堆积体。施工程序先进行地下连续墙施工，地连墙施工段将钢筋混凝土地下连续墙作为竖井井壁一衬结构，待地连墙达到设计强度后再在井口平台上对井圈外围实施深孔预固结灌浆钻孔，开钻高程865m，孔底高程750m（1#）、739m（2#），钻孔深度115m（1#）、126m（2#），自上而下循环钻灌法灌浆起始785m高程，灌浆深度35m（1#）、46m（2#），预固灌完成后在固结圈及地连墙保护下进行井筒开挖，预固段开挖时一衬混凝土浇筑与开挖平行进行。全部开挖及一衬混凝土完成后，再从下至上进行二衬混凝土浇筑。施工方法（1）超前预固结灌浆地连墙外径12.8m，井圈沿环向布置两圈灌浆孔，第一圈距地连墙外边线0.5m，均匀布置24个灌浆孔，，第二圈距地连墙外边线1.5m，均匀布置30个灌浆孔。上部不灌浆部位采用跟管法钻进，下部超前预固结灌浆施工与方案1预灌法相同。（2）地连墙施工地连墙段直接将地连墙作为水工一衬结构，设计厚度1.0m，地连墙轴线半径11.8m，地连墙施工轴线长度37.07m。根据成槽及墙段连接工艺方法，竖井地连墙共划分6个槽段，Ⅰ、Ⅱ期槽段各3个。Ⅰ、Ⅱ期槽长期槽长均为5.90m，先施工Ⅰ期槽，再施工Ⅱ期槽。槽段开挖采用“两钻一劈法”施工，主孔施工完毕后，再施工副孔，在副孔中心先钻一导孔，到一定深度后，再将两边的残余物冲砸干净，经反复打回填、找小墙后成槽。接头采用“接头管法”施工。槽孔划分情况见图。图6-2地连墙槽段布置图地连墙造孔主要采用CZF-1200和CZF-1500型冲击反循环钻机，地质条件差的部位（出现塌孔、大孤石），改反循环钻机为冲击钻机。防渗墙用120cm十字钻头开孔，开孔深度为6m左右，开孔必须用黄土护壁、悬渣，用抽筒将悬渣抽出。开孔完成后，改为冲击反循环钻进、膨润土泥浆固壁，用小号阶梯钻头造孔，120cm钻头扩孔。混凝土浇筑采用泥浆下直升导管浇筑，导管开浇顺序为自低处至高处。导管直径230mm，下设至距孔底15cm左右。采用满管法开浇。每个槽段布置两根导管，各导管均匀进料，混凝土面高差不大于0.3m，导管埋深不小于1.5m，不宜超过6m。防渗墙墙段连接采用“接头管法”连接槽段，即用YBJ-1000型液压拔管机（最大500t）进行接头拔管（管径100cm），再用120cm钻头进行扩孔。（3）开挖及支护地连墙段井筒分层全断面开挖，层高1.5m，开挖采用挖掘机挖土，出渣采用卷扬机吊运箕斗提升至井口，挖掘机转自卸汽车出渣。施工中如遇大孤石，则采用手风钻钻孔爆破解小再开挖。地连墙作为一次衬砌结构先施工，不再进行超前小导管注浆及喷锚支护。预固段开挖及支护方式同方案1全长预灌法施工。（4）混凝土浇筑预固段一期混凝土浇筑与开挖平行作业，每开挖两层即浇筑混凝土，全部开挖及一衬混凝土浇筑完成后再从下至上