1、输水系统大坡度超长斜井开挖技术研究,编 辑：趙 剛,委托单位：中国水利水电建设集团公司,承建单位：中国水利水电第三工程局,经过两年多时间，20余名技术及科研人员的一致努力，“输水系统大坡度超长斜井开挖技术研究”在西龙池抽水蓄能电站取得丰硕成果。在大坡度超长斜井开挖技术攻关的关键技术项目已经结束并取得成功。西龙池抽水蓄能电站引水系统上斜井斜段长515.474m，上下为弧段各20m，倾斜坡面为560角。为了便于施工，将上斜井分为两段，上段导井为反井施工，长度135m，下段导井为爬罐施工382m，目前上下导井已施工结束。 西龙池抽水蓄能电站引水系统斜井爬罐导井施工创造了单条382m的目前国内最高施工
2、纪录，开挖进度82m/月也处于全国领先水平，比计划工期提前一个月。与此同时试制成功了低成本点火起爆装置。在反井钻斜井施工研究项目上，我局克服了钻机本身设计制造上的缺陷造成的影响，创造了斜井施工135m贯通偏差4.4的目前国内最好水平。（反井钻设计控制偏差千分之十五）在测量领域形成了一套成熟爬罐斜井施工导向控制与反井钻导孔钻进过程偏斜测量手段。在此两项控制测量方面取得了非常好的成果，为爬罐和反井钻施工创造了非常便捷的测控方法。在爬罐382m的导井施工中遇到的不良地质处理和反井钻过不良地质段方面的探索研究方面亦取得重要成果，可以为今后反井钻与爬罐施工提供可借鉴的处理技术方法。,山西西龙池抽水蓄能电
3、站引水系统土建及钢管制安工程标，总标价1.4亿元。该工程的输水系统采用一管两机布置，系统有二条输水隧洞，单线最长1859.28m（包括尾水洞），开挖高差90.3m，正常发电水头640m，最高发电水头694.5m，最低发电水头620m，引水1#洞和2#洞分别为1448.33m和1431.18m，单线引水斜洞长756.59m,其中上斜段515.474m，坡度56度，下斜段241.9m，坡度60度，最大洞径5.9m，最小洞径4.82m，马蹄形布置。该电站输水系统斜井的坡度和长度，电站发电的压力水头均是国内第一，其发电压力水头还位居世界第二，其钢衬的HD值位居亚洲第二。,工程概况,主要参与科研人员情况
4、汇总,电阻起爆法示意图,爬罐安装及施工培训,爬罐设备到场验收,开箱验货,核对到货清单,爬罐到货验收,膨胀锚杆,起吊主机,爬罐安装前准备,轨道端头处理,现场指导,轨道端头处理目的：使轨道端头接合部连接紧密，防止水、气损失。,爬罐安装前准备,轨道连接,轨道吊装,弧段轨道安装是爬罐轨道安装的关键和难点.图中为我局员工在厂家专家指导下进行弯轨段的拼装.,爬罐轨道安装,固定轨道,轨道垫块安装,爬罐安装前准备,运行系统起吊,运行系统安装,爬罐主机安装,组装完成的爬罐,组装完成的爬罐试运行,上图：爬罐风水管路系统,下图：供风系统,下图：通讯电话,上图：报警指示灯,爬罐供水泵,爬罐在施工中：图为施工人员从施工
5、平台下到安全罐内,爬罐在施工中：图为施工人员在爬罐内罐内,下图：延伸的轨道及激光光靶,上图：绿色点为激光光点,长斜井施工中的导向控制也是制约施工进度的难题之一。采用激光指向仪是通常的斜井导向控制方法，但受激光指向系统能力及斜井中的烟尘雾气影响，指向能力受到限制，指向仪难以发挥应有作用，会直接影响工程进展。在西龙池输水系统导井开挖中也遇到了样的技术难题。我局采用的激光指向仪（YHJ800A型号：）在正常情况下一般可达到有效距离800m，但在斜井中各种不利因素（雾气、烟尘）影响下，有效射程一般只能达到200m，200 m后光斑很弱，严重影响导向能力。 经过一个阶段的试验，采取增加通风排烟设施，尽量
6、减小激光束的能量损失，斜井导向控制的难题就得到了很好的解决。,激光导向问题,左图：红源激光光束扩散情况,右图：红源激光光束扩散情况,下图为激光器外罩,上图为绿源激光光束,国产激光器,左图：水平运行状态的爬罐,爬罐运行状态照片.2,左图：爬罐导井施工钻孔作业,右图：激光光点在作业面投影,采用特殊加工的膨胀锚杆固定轨道,在爬罐导井施工中遇到了长达10多米的破碎带，由于岩石破碎且夹泥，爬罐导轨固定存在问题，爬罐厂家提供的膨胀锚杆最长只有1.2m，由于锚固长度不够，无法穿越岩石破碎层（经钻探发现破碎带厚度距开挖面1.6m），由于斜井导井的开挖段面为2.42.4m，长钻杆在导井内无法一次完成深于2m的钻
7、孔。攻关小组经过仔细研究决定，还是采用膨胀锚杆，锚杆加长到2m，锚杆孔采取长短钻杆结合，一个钻孔两次成型的施工方法，先用段钻杆施工，在用长钻杆可以确保在导井有限的空间内进行钻孔作业，钻孔深度（侧向）可达2.2m，解决了钻孔问题。膨胀锚杆在国内找厂家加工，使爬罐顺利穿越不良地质段。,爬罐贯通处,爬罐导井施工纪录：382m,国内输水系统爬罐导井施工长度对比图,反井钻斜井施工部分,近年来，反井钻施工水利水电站竖、斜井导井的方法是一种高效、安全的开挖施工新工艺。 反井钻机工作原理如下：将钻机安装在上平或地面，先向下钻小直径导孔，用清水或泥浆作循环洗井液排渣。导孔钻透以后，在下水平巷道中卸下导孔钻头，装
8、上大直径的扩孔钻头，然后沿导孔自下而上扩孔，钻屑从工作面自由下落到下水平，由装运设备将岩渣从下水平巷道运出，当扩孔钻头从上水平巷道透出后，拆掉扩孔钻头，即告完成。根据工作原理不难看出反井钻施工的重点或者说成败主要是在导孔施工时的偏斜控制上。 由于反井钻施工采用全机械化作业，钻孔偏斜率不易控制。如何有效的控制导孔钻孔的偏斜，对反井钻施工是极其重要的。,反井钻在西龙池工程中的应用,反井钻斜井钻孔偏差明细,反井钻斜井施工全景,钻孔中心点,反井钻对中,施工中的反井钻,反井钻在扩孔作业中,斜井爬梯及运输台车框架,扩挖完成的斜井,社会效益与经济效益分析西龙池抽水蓄能电站输水系统斜井施工中，我局利用单斜长度
9、515m(斜直段)这个平台，创造了爬罐导井施工382m的国内最好纪录，同时国产反井钻（L-300型）斜井施工135m，轴线偏差只有0.44%的目前国内领先水平。其创造的社会效益是，使中国在输水系统斜井开挖施工进一步跻身世界前列。同时也使水利建筑施工企业依靠技术创新来提高市场竞争能力，扩大市场份额成为施工企业的重要品牌。长斜井施工中，我局采用的电阻起爆装置替代有压起爆装置大大降低了施工成本，同时利用国产激光导向装置替代国外产品也节约了很多资金，其维修成本也大大降低。通过技术革新和设备改造，使施工效率得到提高，施工进度明显加快。目前尚无国产爬罐产品，反井钻机性能与国外同类产品相比还有很大的研发空间，通过施工中的检验和试验对开发国产爬罐系统和改进国产反井钻机性能有很好的促进作用。,
