海南琼中抽水蓄能电站高压电缆洞施工技术方案

阮旭光

【摘要】海南琼中抽水蓄能电站（以下简称“海蓄电站”）位于海南省琼中县境内，电站安装3台单机容量200MW的可逆式水泵水轮发电机组，总容量600MW，工程建成后其主要任务是承担海南电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务。电站计划于2014年4月开工，2017年12月底首台机组投产，总工期为45个月，工期要求为国内蓄能电站之最。海蓄电站高压电缆洞为斜井式，设计全长544.70m，其中下平洞长130.03m，斜井段长393.49m，上平洞长21.21m。电缆洞上端与地面开关站电缆层相接，下端位于主变排风机室底板，上下髙差176.80m。电缆洞斜洞段标准断面为城门洞型，开挖断面为5.0*5.0m，设计采用0.4m厚全断面衬砌，底部设人行踏步。

【关键词】抽水蓄能；高压电缆

一、开挖方案

目前，国内竖井、斜井工程开挖方法主要有全断面开挖和先开挖导洞再进行扩大开挖两种。

（1）全断面开挖法。一般采用自上而下进行，全断面一次爆破成型。该法适用于井底无出渣条件，从井底出渣工期不能满足要求，或斜井倾角小无法布置溜渣的隧道。

（2）先开挖导井再扩大开挖成型法。导井开挖可采用普通法、一次钻孔分段爆破法、吊罐法、爬罐法和反井钻机法。前4种方法由于作业条件差，钻孔偏斜率大，只能用于较浅的井。采用反井钻机法后，用劳动力少，适用性强，开挖速度快，此法已成为导井开挖的主要方法。

电缆洞斜洞段长393.49m，单一坡度为26.17°，根斜洞长度及坡度，选择最优施工方案，分析如下：

1）斜井开挖优先考虑采用反井钻机法，根据《水电水利工程斜井竖井施工规范（DL/T 5407-2009）》，“长度小于250m，倾角大于45°的斜井，导井开挖宜采用反井钻机，也可采用爬罐；长度大于250m的斜井，宜采用爬罐开挖反导井，必要时人工开挖正导井相配合，正导井的长度不宜超过150m”，斜井反井钻施工一般要求坡度大于45°，长度不大于250m，否则反井钻受重力作用，导孔将偏差较大，加之电缆洞断面较小，容易造成导孔施工时无法找到，或导孔位置无法满足后续施工要求，而且溜渣坡度一般不低于32°，否则无法实现自然溜渣，电缆洞采用爬罐法同样存在溜渣问题，且施工难度、作业风险更大。

2）若采用扒渣机出渣的正井全断面开挖法，经过对国内扒渣机市场调查，目前扒渣機主要用于煤矿和矿井，通常坡度均小于25°，否则因坡度较大，扒渣机扒渣时易失去平衡，且矿料易从斗车中滚落或在输送皮带上打滚。

基于上述考虑，经多方论证，将斜洞段调整为不同坡度的上、下两段。斜井下段拟采用自下而上施工，即人工配合平台架手风钻钻孔爆破，全断面开挖，并在底板铺设钢板辅助溜渣，洞挖料以爆破后自然溜渣至下平洞段为主，反铲、人工辅助溜渣。为实现自然溜渣，斜井下段坡度调整为33°，长度为150.00m（超过150m后工效严重降低），则斜井上段坡度约为22°，长度为245.20m，可满足扒渣机正井法施工要求。调整后，高压电缆洞长度仅增加1.71m，投资增加较小，但因分段施工，有效解决出渣问题，工期可大大缩短。

二、衬砌方案

针对海蓄电站地下水丰富，以及高压电缆洞使用功能需求，高压电缆洞设计采用0.4m厚全断面衬砌，底板设人行踏步。

若采用常规组合模板分仓浇筑，按照先边顶拱，后底板及踏步的顺序浇筑，斜洞上段按9m一仓，斜洞下段按7m一仓分段浇筑，共计50仓，每仓安排4天，至少需要200天，同时还应考虑底板穿插施工的干扰。

为缩短工期，满足电站投产目标，经分析论证，拟采用滑模技术进行底板及边墙混凝土浇筑，而顶拱衬砌则调整为拱形波纹钢屋盖。调整断面时主要考虑如下：

1）除围岩破碎段，其余洞段全断面衬砌主要考虑防水及美观，拱形波纹钢屋盖可以将洞室渗水引排至两侧边墙顶部排水沟，再引排至底板两侧边沟，同样能够达到防水及美观的效果，同时可避免因部分衬砌混凝土质量缺陷而导致防水失效。

2）高压电缆洞倾角较小，顶拱混凝土自重产生的径向分力则会较大，滑模时机难以控制，过早滑动模板，则顶拱混凝土易变形、塌落，过晚滑动模板，则容易拉裂混凝土，产生横向裂缝，以及影响后续的原浆抹面。同时，顶拱衬砌调整为钢屋盖，在滑模系统复杂程度、整体工期及造价方面均有一定改善。

综上所述，海蓄高压电缆洞斜洞段，除桩号130.030～166.554段因平面拐弯难以采用滑模外，其余洞段均采用滑模连续浇筑边墙及底板，全断面衬砌段则待滑模后采用组合模板浇筑顶拱混凝土。

电缆洞滑模浇筑混凝土主要施工工艺如下：

1）底板浮渣采用简易溜槽配合人工，自上而下清理，钢筋安装紧跟底板清理，同样自上而下施工。钢筋运输由运输小车自上平段运输至工作面，运输小车由开挖阶段的10t绞车牵引，小车轨道为固定在底板钢筋上的[12槽钢。同时，在斜洞右侧布置80cm宽钢制楼梯，作为人员上、下高压电缆斜洞的通道，钢楼梯随混凝土向上浇筑逐渐拆除。

2）滑模系统在加工厂提前制作，因斜洞下段和上段坡度不同，滑模至变坡处需进行改造，为节省改造时间，采用两套滑模分别施工斜洞上、下段。

3）混凝土采用溜槽由上平洞运输至仓面，人工配合入仓，底板踏步采用人工立模同时施工。

4）滑模拆除后，斜洞全衬段顶拱采用定型钢、9mm厚木模进行浇筑，拱形波纹钢屋盖同样紧随其后施工。

2016年7月28日电缆洞开始底板钢筋安装，11月10日完成顶拱衬砌及钢屋盖安装，共历时102天，比原方案节省约一半的工期。

三、结束语

海蓄电站高压电缆洞施工过程中对原（常规）方案进行了调整、优化，其目的均是在未大幅增加投资的前提下，通过减小施工难度，减少不确定因素，加快施工进度。其中，开挖方案通过小幅调整斜洞坡度，有效解决了小断面、缓倾角、长距离隧洞洞挖出渣问题，为该类型隧洞施工提供了新的思路。同时，在衬砌混凝土施工中引进滑模技术，结合设计意图，提出了可行的替代方案，调整了施工工艺，加快施工进度。

参考文献：

[1]马洪琪，周宇，和孙文.中国水利水电地下工程施工[M].北京：中国水利水电出版社，2011

[2] DL/T5407-20O9，水电水利工程斜井竖井施工规范[S].北京：中国电力出版社，2009

[3]DL/T5099-2011，水工建筑物地下工程开挖施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，2009