浅析抽水蓄能工程输水隧洞施工技术

浅析抽水蓄能工程输水隧洞施工技术

摘要：抽水蓄能工程，具有促进新能源消纳，减少污染排放，保障电力系统安全运行等优点，具有较高的经济价值和社会价值。抽水蓄能电站工程在水利水电建设中具有重要的地位，近年来在国内和国际都有很大的发展，其建设数目不断增加，结构也日趋复杂化。而在抽水蓄能工程中，需要建设的环节和内容相对较多，而建设输水隧道是抽水蓄能电站工程的重点工作，主要内容有边坡支护、隧洞开凿等；而不同工程的地形特点和环境又不相同，且对其进行施工的技术含量相对较高，需要结合工程的实际状况对施工工序进行合理的安排，从而保证工程的施工质量。

关键词：抽水蓄能工程；输水隧道；施工技术

0引言

抽水蓄能电站工程利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。它能将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，具有促进新能源消纳，减少污染排放，保障电力系统安全运行等优点； 具有较高的经济价值和社会价值。抽水蓄能电站工程的重要组成部分就包括输水隧洞，将隧道设施进行合理应用可以加强资源的发展和改良，从而实现对资源利用设施的加速建设。由于输水隧洞与其他水利基础设施不同，在进行现场施工时，需要做好各方面的管理工作。采取必要措施维护施工质量和安全，从而保证隧洞建设的安全和稳定。基于此，在对水利

工程进行设计和规划时，施工单位需要采取有效的管理方法，减少或避免事故的发生。

1工程概况

本文中以中东某国克卡夫哈亚邓抽水蓄能电站工程为例，该工程位于该国东北部的Gilboa 山脉，靠近约旦河谷上游。该工程输水隧洞长达到3279米，属于4级建筑，流量为14.5m3/s，纵坡1/3000，隧洞洞身使用的是顶拱120度城门洞型式，洞高为3.9米，净宽度为4米，其中最小的开挖断面尺寸为4.3×4.5m2，尺寸为高乘以宽，最大开挖断面尺寸达到了5.0×5.7m2，尺寸为高乘以宽。

2输水隧洞施工的重难点

案例中的输水隧道，最大埋深深度达到了507.5米，全隧洞长3279米，最大长度的独头工作面为1729千米，且该隧洞施工中通风性较差，施工隧洞周围条件也相对复杂，在隧洞周围布满了碳酸盐岩的溶蚀和碎屑岩类的风化物理地质现象。浅变质砂岩结构容易破碎，岩体质量不够坚固；在对隧洞钻探中发现隧洞基岩棉起伏较大，有溶槽，隧洞洞身极大部分都处于地下水位以下，因此，可能有岩爆、涌水和有害气体的存在，导致施工难度在增大。引水隧洞的重难点主要可总结为以下几个方面。

（1）在施工中进行通风排除烟尘的难度较大。由于隧洞过长，且隧洞周围地形较为复杂，导致在隧洞沿线布置支洞和竖井的可能性极小，从而增大了隧洞通风排烟的难度。

（2）存在边坡稳定情况。由于隧洞进口时候土洞，在地表中有大量石块粉质和含碎石，而下伏岩层中基层面有很大起伏，存在岩溶发育问题；而在隧洞出口范围中，

岩性含有碎石粉质粘土，有断层切割问题和边坡稳定情况。

（3）隧洞需要大量支护，施工方案不能得到确定。在对隧洞进行掘进时，存在碰到破碎带和断层的情况，需要使用超前小导管、喷锚、管棚和钢拱架等，因此，不能立刻确定施工方案，需要在开挖后根据围岩的情况进行施工方案的确定。

3抽水蓄能电站工程输水隧洞技术

3.1输水隧洞开挖技术

图1输水隧洞开挖技术的施工程序图

输水隧洞的首要工作就是输水隧洞开挖工作，也是输水隧洞技术的关键环节。输水隧洞开挖技术的施工程序如图1所示。在隧洞进行开挖时，施工方式都使用全断面掘进和中间直线掏槽，开挖边线时使用的是曝光成型技术。在对隧洞进行钻孔采用的是钻爆台车，需要根据设计时钻孔孔深、孔径的爆破参数进行钻孔。使用2#岩石铵梯炸药，以单空孔菱形方式作为掏槽。使用的装药结构为底部集中装药，采用联网起爆的方式进行爆破。为了将对开挖面的破坏降到最低，周边光面爆破使用间隔装药结构。在进行爆破之后，需要安全员和炮工对爆破后的安全情况进行检查，确定安全后，才可以将警戒解除，继续完成施工工作。对爆破后的石渣用挖装机装碴，使用五征拖拉机运送到规定的弃碴处。在对洞室进行开挖时。一定要在规定范围内进行施工。以下对隧洞开挖的两种技术进行简单分析。

3.1.1全面开挖技术

如果隧道是通过一次爆破形成的，对隧洞进行贯穿之后，需要根据工程的实际情况，进行支护，对输水隧洞采用这种方法可以有效保证施工速度还可以将隧洞进行拓宽。这种开挖方法适合围岩硬度较大的隧洞地质。

3.1.2导洞室开挖

在对隧洞进行开挖时需要满足形状和尺寸的要求，在围岩上方进行导洞，从而使施工人员可以了解隧洞内部的情况，方便后续对隧洞进行排水工作。隧洞开挖后，需要根据开始设计时的要求在边线位置设置防线。对洞口由上到下进行开挖和支部，如果出现开裂或者滑动情况需要将坡度变缓，从而提高边坡的稳定性。使用土钉可以完成对隧洞表层的支护，此时需要注意，土钉水泥砂浆的强度需要大于等于25兆帕，土钉的斜度需要控制在6到24度之间。

3.2输水隧洞排水系统施工技术

在对隧洞进行施工之前，需要排好隧道洞口和辅助洞口、隧道上部的水，防治出现地表水下渗或出现冲刷情况；在正式进行施工时，需要根据隧洞的出水流量、水质状况、主要成分和出水位置对隧洞整体情况进行分析，将分析几个进行整理，以此作为施工的依据。而一些渗透性较好的地方如隧洞口、辅助坑口等位置需要做好排水工作，需要从上到下进行抽水并进行顺坡排水。

3.3输水隧洞锚杆施工技术

在完成隧洞的开挖之后就需要对隧洞锚杆支付进行施工，在本次施工工程中主要采用的是砂浆锚杆的方法，主要施工流程见图二。

图2 锚杆支护施工流程图

在支护过程中，需要注意喷射的混凝土厚度需要大于等于4.5厘米，在喷射混凝土三个小时以后才可以进行锚杆支护。锚杆钻孔距离偏差需要控制在14.5厘米之内，钻孔深度控制在5厘米左右，使用的锚杆孔径要稍稍大于杆子直径，一般保持在1.5厘米左右。进行注浆时，灌浆杆需插入孔下5-9厘米的位置，待注入砂浆后立刻拉出，再重复注浆，直到有浆液

（下转第162页）

冒出。

3.4输水隧洞其他施工关键技术

3.4.1边坡与洞脸土石方开挖

需要对设计图纸进行测量放样后才可以对土方进行开挖工作，如果土方面积较小，则采用1.0m3挖掘机进行挖桩，如果土方面积较大，则需要采用2.0m3挖掘机进行挖桩工作，使用自卸汽车完成土方的装运工作。在开挖土方时，需要从上到下，分层分段进行开挖工作，石方明挖则使用风钻，采用分层钻深孔梯段爆破方式进行，针对边坡，在开挖时在基面留2.0米左右厚度的保护层，使用Y28风钻钻爆施工。在隧洞出入口的出，喷锚支护时使用砂浆锚浆，还需要采取如草皮护坡和砼网格梁等方式进行护坡，并在进出口的边坡处设置好排水口，以便做好排水工作。此外，在进出口土洞段支护时一般使用管棚钢拱架以及超小导管注浆。

3.4.2隧洞洞身开挖及出碴

（1）在洞口开挖时采用的是进口、出口双向的方式进行掘进。隧洞开挖使用的是微震爆破技术进行全断面开挖，这样可以将对围岩的扰动降到最低。在开挖时需要做到：“少装药、弱爆破、短进尺、多段别”，从而将爆破振动波速控制在5.0m/s左右。此外，爆破试验也必不可少，根据试验结果可以分析并及时更正爆破参数，待得到工程师许可方可进行包爆破。

（2）钻爆设计

炮眼数目需根据公式N=q×s/rv进行确定，其中q代表炸药单耗量，S代表开挖的面积，r代表每米炸药的重量，v代表炮眼装药系数。而每个炮眼装药的树龄公式为Q1=v×l×r。其中v代表炮眼装药系数，l代表眼深度，r代表每米炸药数量。

而在实际施工过程中，爆破参数需要根据现场施工状况不断进行调整，从而保证爆破的效果最佳。

（3）隧洞出碴和运输

为了是施工进度得到提高，并解决长巷运输的问题，一般会在洞内在相隔150米的地方安排好错车道，采用小型挖机或者小装载机进行装碴。

3.4.3特殊地层的施工技术

不管是在断层处或者其他较为复杂的地层处，为了避免出现衬砌沉陷变形以及围岩坍塌，需要做好以下处理措施。首先，在开挖时需要做到：“少装药、弱爆破、短进

尺、多段别”，控制好单段起爆的药量，优化爆破参数，将开挖进尺控制在相应范围内，对爆破振动波速也要进行监控。其次，及时了解前方地质状况，做好超前地质预报工作，使用EKK0-Ⅳ型地质雷达对近距离微观进行预报，使用TSP203型地震探测仪对远距离宏观预报，两者相互补充，从而对前方地质情况进行深入了解。随后，需要对注浆堵水措施进行加强，并对环境进行及时监测，保证地下水得到及时排放。最后，在对隧洞爆破后，要及时进行支护和出碴，避免掌子面长时间暴露，围岩类别不同，防护措施也不相同。

结束语

综上所述，输水隧洞施工作为水利工程施工技术的重要组成部分，水利工程的安全使用也会受到其影响。因此，在对输水隧洞进行施工时需要围绕以生存为中心进行，协调好各个施工环节的工作，将专业技术、专业队伍和设备的价值充分进行发挥。保证统一调度，统一指挥，清楚了解现场施工状况，并做好施工资源保障工作，从而保证水利工程的顺利施工。

参考文献:

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