抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法技术方案

本发明专利技术提供一种抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法，采用“定向钻+反井钻+竖井扩孔掘进机”的全机械化施工方法，是解决现有竖井爆破建井井下作业人员多、工序复杂、安全管控困难和环境污染等问题的可行技术途径；定向钻可显著提高深竖井的垂直度，进一步控制竖井的偏斜率；而反井钻机和竖井扩挖掘进机作为“少人化、机械化、标准化、智能化”发展方向的代表性技术与装备，在质量、工期、安全、环境保护与文明施工方面具有突出优势，实现了开挖、出渣、支护、导向等一体化施工作业，掘进机法施工速度是钻爆法的3～4倍，显著提高了竖井的开挖效率，是实现抽水蓄能电站竖井机械化、智能化建造的有效途径。智能化建造的有效途径。智能化建造的有效途径。

【技术实现步骤摘要】
抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法


[0001]本专利技术属于抽水蓄能电站施工
，尤其是涉及抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法。

技术介绍

[0002]目前，国内开工建设的抽水蓄能电站引水系统普遍选择多级斜井的布置方案，斜井设计参数一般为：倾角45~60
°
，直径6~10 m，长度400 m左右，具有倾角陡、直径大、长度长的特点，施工难度极大。国内引水斜井开挖大多采用导井+钻爆扩挖的施工方法，其主要缺点是：（1）、斜井导井的偏斜率误差较大、导向及纠偏控制困难；（2）、爆破施工安全性差、成洞平整性差、通风散烟条件差、施工速度慢、斜导孔堵井和超欠挖问题普遍等，制约了抽水蓄能电站引水斜井的安全高效施工，极易导致引水斜井成为项目的施工关键线路。
[0003]相比于斜井施工，竖井施工具有以下优点：（1）、竖直导井施工方便，自重荷载的弯矩为零，导井精度可控，对钻孔设备要求低，施工难度低；（2）、竖直导井便于溜渣，出渣效率高；（3）、竖井提升系统无需安装轨道，提升速度快，相比于有轨扩挖台车，施工风险低。此外，单级竖井的钢衬起点位于引水上平洞，而多级竖井钢衬起点位于引水中平洞，多级竖井布置可节省引水系统钢衬长度，减少工程投资。综合分析，从施工难度、偏斜率控制、堵孔风险、施工安全、工程投资等方面比较，引水系统采用多级竖井布置方案具有显著优势，同时多级竖井布置也为机械化开挖提供了有利条件。
[0004]然而，目前针对抽水蓄能电站多级引水竖井布置结构及其施工方式的研究成果相对较少，大多集中于单级引水斜/竖井布置及施工方法，例如：中国专利CN214695483U提出了一种水电站单级引水斜井布置结构，此种布置结构导致斜井长度较长，施工安全风险大，采用斜井TBM从下至上反井开挖，一旦遇到不良地质发生卡机、坍塌等事故难以处理；中国专利CN111677512A提出了一种竖井式引水隧道开挖方法，使溜渣井轴线与竖井轴线形成大于零度的夹角，从而减少钻机作业洞室的大量扩挖，此种方法仍采用反井导孔+钻爆扩挖的施工方法，火工品施工安全难以控制。
[0005]现阶段，以竖井扩孔掘进机为代表的非爆破破岩技术是现阶段竖井施工技术发展的重要方向，具有安全风险低、施工效率快、围岩扰动小、机械化水平高等优点，目前国内竖井扩孔掘进机的应用较少，尚未有采用竖井扩孔掘进机施工多级竖井的施工案例。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于，提供一种抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法，以解决抽水蓄能电站多级引水竖井施工风险高、作业人员多、机械化程度低的问题。
[0007]为此，本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：基于抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构，提出抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法；所述抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构包括引水上竖井和引水下竖井；所述引
水上竖井上部和引水上平洞相连通；所述引水上竖井下部和引水下竖井上部通过引水中平洞相连通；引水下竖井下部和引水下平洞相连通；所述引水下平洞连通至主厂房；所述引水上竖井上方设有引水调压井，所述引水调压井与地表相连通；所述引水中平洞、引水下平洞分别与第一施工支洞、第二施工支洞相连通；所述抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法包括如下步骤：S1：对引水调压井平台边坡进行开挖及支护施工，从引水调压井上部向下开挖第一始发井，在第一始发井口施作锁口及圈梁基础，在第一始发井上方布置龙门吊系统，用来吊装机械设备；采用破碎锤及长臂挖掘机向下开挖形成深10 m，直径8 m的第一始发井，在第一始发井下部形成第一始发平台；S2：重复步骤S1中的施工步骤，以在引水下竖井上端同样开挖深10 m，直径8 m的第二始发井和第二始发平台；S3：在第一始发平台上安装定向钻机，采用定向钻机沿引水上竖井中轴线自上而下钻进φ410 mm的定向孔，以满足反井钻机施工所需的钻杆直径；定向孔超过30 m后安装无线随钻测斜仪，在其测量参数指导下，对钻孔轨迹进行定向控制，提高定向孔精度；直至定向孔贯通至引水中平洞，定向孔施工完成，拆除定向钻头及配套测斜纠偏设备，利用龙门吊系统拆除定向钻机及辅助设备；S4：将拆除的定向钻机及辅助设备运输至引水下竖井第二始发平台，重复步骤S3中的施工步骤，以形成引水下竖井φ410 mm导孔；S5：在第一始发平台上安装反井钻机主机、主副泵站等设备，采用反井钻机沿φ410 mm导孔自下而上进行φ1.5 m导井施工；将反井钻机钻杆沿φ410 mm导孔下放至引水上竖井下端，将直径φ1.5 m的反井钻扩孔钻头通过施工支洞、引水中平洞运输至引水上竖井下端，与反井钻机钻杆相连接，然后慢速上提扩孔钻头自下而上进行扩孔施工；φ1.5 m导井扩孔完成后，利用龙门吊系统拆除反井钻机及辅助设备；S6：将拆除的反井钻机及辅助设备运输至引水下竖井第二始发平台，重复步骤S5中的施工步骤，以形成引水下竖井φ1.5 m导井；S7：在第一始发井内部组装、调试竖井扩孔掘进机，采用竖井扩孔掘进机由上向下进行开挖及初期支护，扩挖引水上竖井至设计直径8 m，破碎岩渣依靠自重经1.5 m导井下落至引水中平洞，由井下运输设备经引水中平洞和第一施工支洞外运；S8：引水上竖井扩挖施工完成后，掘进机设备在引水中平洞进行顺次拆解；拆解顺序依次为：刀盘、支撑推进系统、主驱动系统、锚杆系统、喷混系统、后配套系统等；顺次拆解的竖井掘进机设备通过引水中平洞运输至第二始发平台；S9：重复步骤S7中的组装、调试和开挖支护流程：在第二始发井内部组装、调试竖井扩孔掘进机，采用竖井扩孔掘进机由上向下扩挖引水下竖井至设计直径，破碎岩渣依靠自重经φ1.5 m导井下落至引水下平洞，由井下运输设备经引水下平洞和第二施工支洞外运；S10：引水下竖井扩挖施工完成后，掘进机设备在引水下平洞进行顺次拆解，并经引水下平洞和第二施工支洞外运退场。
[0008]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：作为本专利技术的一种优选技术方案：所述引水上竖井采用混凝土衬砌，所述引水中
平洞与引水下竖井采用钢板衬砌；所述引水中平洞上覆岩体厚度满足最小覆盖厚度的情况下，引水中平洞尽量降低，使得引水上竖井的长度大于引水下竖井的长度，以减少引水下竖井的钢衬长度，降低工程投资。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤S7或者S9中，竖井扩孔掘进机的组装流程如下：1）利用龙门吊系统将破岩刀盘、支撑推进系统、主驱动系统依次吊装下井，并组装成竖井扩孔掘进机主机；2）在锁口圈梁基础上安装钢绞线提升系统，将钢绞线提升系统和掘进机主机相连接，保证掘进机主机设备整体姿态居中稳定；3）利用龙门吊系统依次吊装锚杆系统、喷混系统、后配套系统等；4）竖井扩孔掘进机整机组装完成后，将电气管线和地面主控室相连，进行组装确认，确认供电线路、液压管路连接正确、可靠。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤S7或者S9中，竖井扩孔掘进机的调试流程如下：竖井扩孔掘进机调试主要分为供电调试、控制调试、液压调试、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法，其特征在于：所述抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法基于抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构；所述抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构包括引水上竖井和引水下竖井；所述引水上竖井上部和引水上平洞相连通；所述引水上竖井下部和引水下竖井上部通过引水中平洞相连通；引水下竖井下部和引水下平洞相连通；所述引水下平洞连通至主厂房；所述引水上竖井上方设有引水调压井，所述引水调压井与地表相连通；所述引水中平洞、引水下平洞分别与第一施工支洞、第二施工支洞相连通；所述抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法包括如下步骤：S1：对引水调压井平台边坡进行开挖及支护施工，从引水调压井上部向下开挖第一始发井，在第一始发井口施作锁口及圈梁基础，在第一始发井上方布置龙门吊系统，用来吊装机械设备；采用破碎锤及长臂挖掘机向下开挖形成深10 m，直径8 m的第一始发井，在第一始发井下部形成第一始发平台；S2：重复步骤S1中的施工步骤，以在引水下竖井上端同样开挖深10 m，直径8 m的第二始发井和第二始发平台；S3：在第一始发平台上安装定向钻机，采用定向钻机沿引水上竖井中轴线自上而下钻进φ410 mm的定向孔，以满足反井钻机施工所需的钻杆直径；定向孔超过30 m后安装无线随钻测斜仪，在其测量参数指导下，对钻孔轨迹进行定向控制，提高定向孔精度；直至定向孔贯通至引水中平洞，定向孔施工完成，拆除定向钻头及配套测斜纠偏设备，利用龙门吊系统拆除定向钻机及辅助设备；S4：将拆除的定向钻机及辅助设备运输至引水下竖井第二始发平台，重复步骤S3中的施工步骤，以形成引水下竖井φ410 mm导孔；S5：在第一始发平台上安装反井钻机主机、主副泵站，采用反井钻机沿φ410 mm导孔自下而上进行φ1.5 m导井施工；将反井钻机钻杆沿φ410 mm导孔下放至引水上竖井下端，将直径φ1.5 m的反井钻扩孔钻头通过施工支洞、引水中平洞运输至引水上竖井下端，与反井钻机钻杆相连接，然后慢速上提扩孔钻头自下而上进行扩孔施工；φ1.5 m导井扩孔完成后，利用龙门吊系统拆除反井钻机及辅助设备；S6：将拆除的反井钻机及辅助设备运输至引水下竖井第二始发平台，重复步骤S5中的施工步骤，以形成引水下竖井φ1.5 m导井；S7：在第一始发井内部组装、调试竖井扩孔掘进机，采用竖井扩孔掘进机由上向下进行开挖及初期支护，扩挖引水上竖井至设计直径8 m，破碎岩渣依靠自重经1.5 m导井下落至引水中平洞，由井下运输设备经引水中平洞和第一施工支洞外运；S8：引水上竖井扩挖施工完成后，掘进机设备在引水中平洞进行顺次拆解；拆解顺序依次为：刀盘、支撑推进系统、主驱动系统、锚杆系统、喷混系统、后配套系统；顺次拆解的竖井掘进机设备通过引水中平洞运输至第二始发平台；S9：重复步骤S7中的组装、调试和开挖支护流程：在第二始发井内部组装、调试竖井扩孔掘进机，采用竖井扩孔掘进机由上向下扩挖引水下竖井至设计直径，破碎岩渣依靠自重经φ1.5 m导井下落至引水下平洞，由井下运输设备经引水下平洞和第二施工支洞外运；S10：引水下竖井扩挖施工完成后，掘进机设备在引水下平洞进行顺次拆解，并经引水
下平洞和第二施工支洞外运退场。2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站引水系统多级竖井结构的机械化施工方法，其特征在于：所述引水上竖井采用混凝土衬砌，所述引水中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，王永明，周垂一，高岩堂，曾志全，钟伟斌，刘玲，刘义佳，魏海滨，李瑞泽，陈逸帆，刘一宏，翁凯，张亚鹏，
申请(专利权)人：浙江华东工程建设管理有限公司，
类型：发明
国别省市：