一种适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构及方法，TBM设备通过第二施工支洞运输至组装洞室完成组装，步进至始发洞室内准备进行对应的引水斜井的开挖，开挖完成后，TBM设备在拆机洞室内进行拆机，并通过第一施工支洞运出，随后通过第二施工支洞进入另一条引水斜井对应的组装洞室进行组装，组装完成后进行始发、掘进和拆机，依次类推，完成所有引水斜井的开挖施工。该引水斜井布置结构可以解决引水系统长度长以及需增设中平洞的问题，优化了引水系统布置，缩短了引水系统长度，减小了工程土建工程量，提高了施工速度。提高了施工速度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构及方法


[0001]本专利技术属于水电水利工程
，尤其涉及一种适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构及方法。

技术介绍

[0002]目前国内开工建设的高水头电站输水系统引水隧洞普遍选择多级斜井或者竖井的布置方案，采用斜井布置方式的引水隧洞即为引水斜井，引水斜井是水电站中重要的建筑物，其特点是倾角陡、直径大、长度长，所以施工难度大。目前国内引水斜井一般的设计参数为：倾角45
°
～60
°
，开挖直径6～10m，最大施工长度由于受施工能力限制控制在400m左右。近些年来，由于国内抽水蓄能电站建设陆续开工建设，引水斜井施工技术取得了很大进步，采用爬罐开挖斜井导井长度超过400m(宝泉419m，敦化424m)，采用反井钻机开挖斜井导井长度超过300m(惠蓄310m，荒沟360m)。
[0003]目前，国内引水斜井的开挖施工都是采用钻爆法，其主要缺点是：施工导向和成洞体型不易控制；开挖成洞的平整性差，超挖和欠挖问题普遍；施工速度慢；安全性差等。
[0004]受限于目前的施工技术水平，目前国内开工建设的高水头电站输水系统引水隧洞普遍选择多级斜井或者竖井的布置方案，这在很大程度上限制了抽水蓄能电站的立面布置设计。输水系统引水隧洞采用多级斜井或者竖井布置结构，导致引水系统长度较长，调节保证设计性能较差，为了取消引水调压室，厂房位置相对靠前，不利于减小厂房附属洞室和勘探平洞长度。另外受制于反井钻或爬罐法施工限制，当斜井长度较长时，不得不增设中平段或者中平洞施工支洞，从而增加了工程投资，延长了工期，加大了工程施工布置设计的复杂程度。
[0005]TBM施工技术作为一种机械化智能化施工技术手段，可以优化引水系统布置，缩短引水系统长度，减小工程土建工程量；在水电站可行性研究设计阶段的厂房开发方式比选过程中，若考虑引水斜井采用TBM技术施工，厂房位置可以适当向下游移动，可以缩短水电站厂房辅助洞室长度，减小厂房附属洞室工程投资；同时，厂房越靠近下游侧，越有利于减短厂房勘探平洞，缩短地质勘探工作周期；引水系统采用TBM施工技术，可以缩短水电站输水系统水流惯性时间常数(Tw)，有利于改善水电站调节保证设计性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构及方法，以解决多级斜井或竖井布置结构导致的引水系统长度较长，以及斜井长度较长时需增设中平洞或中平洞施工支洞的问题。
[0007]本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构，包括至少一条引水斜井，还包括设于每条所述引水斜井顶部的引水上平洞，以及设于每条所述引水斜井底部的引水下平洞；
[0008]对于采用反井法进行TBM施工的引水斜井，每个所述引水上平洞通过拆机洞室与
对应的引水斜井连接，每个所述引水下平洞依次通过组装洞室、始发洞室与对应的引水斜井连接；
[0009]对于采用正井法进行TBM施工的引水斜井，每个所述引水上平洞依次通过组装洞室、始发洞室与对应的引水斜井连接，每个所述引水下平洞通过拆机洞室与对应的引水斜井连接；
[0010]在每个所述引水上平洞设置第一施工支洞，在每个所述引水下平洞设置第二施工支洞；相邻两个引水上平洞对应的第一施工支洞相连接，相邻两个引水下平洞对应的第二施工支洞相连接。
[0011]本专利技术中，TBM设备通过第二施工支洞(对应反井法)或第一施工支洞(对应正井法)运输至组装洞室完成组装，步进至始发洞室内准备进行对应的引水斜井自下而上(对应反井法)或自上而下(对应正井法)的开挖，开挖完成后，TBM设备在拆机洞室内进行拆机，并通过第一施工支洞(对应反井法)或第二施工支洞(对应正井法)运出，随后通过第二施工支洞(对应反井法)或第一施工支洞(对应正井法)进入另一条引水斜井对应的组装洞室进行组装，组装完成后进行始发、掘进和拆机，依次类推，完成所有引水斜井的开挖施工。该布置结构适用于TBM施工技术，采用TBM施工技术可以使引水斜井采用一级斜井布置方式，而无需采用多级斜井或竖井布置方式，一级斜井布置方式缩短了引水斜井的线路长度，可以一次施工，不需要增设中平洞，解决了引水系统长度长以及需增设中平洞的问题，优化了引水系统布置，缩短了引水系统长度，减小了工程土建工程量，提高了施工速度。基于该布置结构，采用TBM施工进行引水斜井的开挖施工，可以解决常规钻爆法施工引水斜井面临施工难度大、进度慢、施工能力受限、导井施工困难、成洞体型不易控制、扩挖控制爆破要求高以及安全风险高等问题，提高了引水斜井施工机械化、智能化水平，优化了水电站输水系统布置，缩短了引水斜井开挖工期，提升了工程建设期间安全文明施工水平。
[0012]进一步地，所述组装洞室和拆机洞室均采用城门洞形，所述始发洞室采用马蹄形或圆形断面。
[0013]城门洞形便于TBM设备的组装和拆机；始发洞室采用马蹄形或圆形断面，侧壁能够给撑靴提供反力，方便始发。
[0014]进一步地，所述引水斜井的开挖直径比引水斜井的过流断面直径大1.1～2.0m，以满足后期钢板衬砌的引水斜井的初期支护及后期永久支护需要。
[0015]进一步地，所述始发洞室的开挖直径比引水斜井的开挖直径大0.15～0.3m，便于TBM设备的步进。
[0016]进一步地，在每条所述引水斜井的中部设置第三施工支洞，相邻两条所述引水斜井对应的第三施工支洞相连接。
[0017]对于超长引水斜井，设置第三施工支洞以满足TBM施工引水斜井后的衬砌施工，增加了衬砌施工工作面。
[0018]进一步地，对于采用钢板衬砌结构的引水斜井，在距离该引水斜井钢衬起点40m～60m处设置上层排水廊道，在所述引水下平洞顶部设置下层排水廊道。
[0019]上层排水廊道和下层排水廊道减轻了压力钢管承受的外水压力。
[0020]进一步地，TBM施工期间，在所述第三施工支洞与对应的引水斜井之间预留有岩柱，所述岩柱的长度不小于1倍引水斜井的开挖直径。
[0021]岩柱保证了TBM设备掘进施工期间的安全性。
[0022]进一步地，由所述引水上平洞、引水斜井和引水下平洞构成引水主洞，相邻两个所述引水主洞之间的围岩厚度不小于任意一个引水主洞对应的组装洞室或拆机洞室的开挖尺寸，保证了围岩的稳定性。
[0023]本专利技术还提供一种利用如上所述水电站引水斜井布置结构进行引水斜井施工的方法，包括以下步骤：
[0024]步骤1：通过第二施工支洞或第一施工支洞将TBM设备运输至组装洞室，并在所述组装洞室完成TBM设备的组装；
[0025]步骤2：组装好的TBM设备步进至始发洞室，在所述始发洞室内准备对对应的引水斜井进行自下而上或自上而下的开挖施工；
[0026]步骤3：完成所述引水斜井的开挖施工后，在拆机洞室进行TBM设备的拆机；
[0027]步骤4：将拆机后的TBM设备通过第一施工支洞或第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构，包括至少一条引水斜井，其特征在于：还包括设于每条所述引水斜井顶部的引水上平洞，以及设于每条所述引水斜井底部的引水下平洞；对于采用反井法进行TBM施工的引水斜井，每个所述引水上平洞通过拆机洞室与对应的引水斜井连接，每个所述引水下平洞依次通过组装洞室、始发洞室与对应的引水斜井连接；对于采用正井法进行TBM施工的引水斜井，每个所述引水上平洞依次通过组装洞室、始发洞室与对应的引水斜井连接，每个所述引水下平洞通过拆机洞室与对应的引水斜井连接；在每个所述引水上平洞设置第一施工支洞，在每个所述引水下平洞设置第二施工支洞；相邻两个引水上平洞对应的第一施工支洞相连接，相邻两个引水下平洞对应的第二施工支洞相连接。2.如权利要求1所述的适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构，其特征在于：所述组装洞室和拆机洞室均采用城门洞形，所述始发洞室采用马蹄形或圆形断面。3.如权利要求1所述的适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构，其特征在于：所述引水斜井的开挖直径比引水斜井的过流断面直径大1.1~2.0m。4.如权利要求1所述的适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构，其特征在于：所述始发洞室的开挖直径比引水斜井的开挖直径大0.15~0.3m。5.如权利要求1所述的适用于TBM施工的水电站引水斜井布置结构，其特征在于：在每条所述引水斜井的中部设置第三施工支洞，相邻两条所述引水斜井对应的第三施工支洞相连接。6.如权利要求1~5中任一项所述的适用于TBM施工的水电站引水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学清，王炳豹，张建国，殷康，赵路，杜藏，朱静萍，宋振聪，高健，王天兴，
申请(专利权)人：河南洛宁抽水蓄能有限公司中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：