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“金沙江1號”首戰告捷——以禮河電站豎井施工紀實

發布日期:2021-01-26 信息來源:土木工程事業部 作者:徐尊 字號:[ ] 分享

1月26日上午,鏖戰數月后,國內首次采用豎井掘進機工藝進行豎井施工的以禮河四級電站出線豎井5.8m井順利貫通,意味著國內豎井施工工藝開啟新篇章,承擔此次掘進任務的國產首臺豎井掘進機“金沙江1號”也結束了它面世后的首場戰役。

貫通的一瞬間,井上井下施工管理人員都歡呼雀躍,在山谷中奔流漫長歲月的金沙江,也激動地拍打著江岸,想要將這份喜悅傳遞到大山兩岸。

未雨綢繆,技術先行保生產

作為十四局曾經耕耘過的土地,以禮河四級電站復建工程深受公司的重視。2019年3月19日與業主正式簽訂施工合同后,公司迅速組織人員進場,于2019年3月底成立以禮河四級電站復建工程項目部。項目部成立后,項目領導立即組織技術部門針對復建工程進行了重難點梳理,其中出線豎井的開挖支護是其中最難啃的一塊骨頭之一。

以禮河四級電站地面出線場位于地下廠房東側的大坪子緩坡地,緊靠現有省道 S303。出線豎井頂部高程 1127.5m,底部高程 845m,井深 282.5m,最大設計洞徑12m。

根據地勘資料,整個四級電站發電廠房系統區域斷裂發育,距離區域活動性斷裂小江斷裂近,區域構造穩定性差。整個出線豎井設計井段圍巖類別以Ⅳ類為主,局部為III、Ⅴ類,其中Ⅳ、Ⅴ類圍巖主要為弱風化玄武巖,巖體破碎、較破碎,呈碎裂結構,底部與灰巖接觸處具擠壓,巖體破碎,圍巖自穩時間很短,受外力可能發生規模較大的變形和破壞,局部不能自穩,變形破壞嚴重。

按照施工組織進度計劃,出線豎井計劃于2020年5月開始施工。雖非關鍵線路,但出線豎井地質條件較差,加上設計開挖面外圍是一條連通兩省三縣的國道,距離出線場100m范圍不到的地方有數幢民宅,施工難度較大,在項目領導與總工程師的牽頭下,技術部門早早便對出線豎井的整個施工思路進行初步繪制。

敢想敢干,十四局人敢為人先

安全生產是重中之重,為保障附近居民生命財產安全,施工過程不長期阻斷交通,選擇合理的施工工藝尤為重要。

在整個行業中,傳統豎井施工首先進行井口段處理,再使用反井鉆機導孔施工,導孔完成后使用反井鉆機進行1.8m溜渣井施工,剩余未達到設計洞徑的部分采用爆破進行擴挖,爆破開挖完成后,需要人工配合機械扒渣,隨后跟進系統支護。整個流程不僅施工效率低,而且安全風險高。

以禮河四級電站出線豎井兼做交通井,設計洞徑較大,僅使用行業內常用1.8m口徑的反井鉆機施工,仍舊有較大部分的井身需要進行爆破擴挖。且在Ⅳ、Ⅴ類較破碎圍巖中進行爆破擴挖,擴挖斷面較大,安全風險較高,防護成本也將大大增加。

縱覽整個水電行業的豎井施工案例,幾乎沒有使用過大口徑的反井鉆機進行豎井施工,行業內現有反井鉆機能夠開挖的孔徑極其有限,傳統的1.8m口徑的反井鉆機無法達到設計要求,會令后續擴挖施工捉襟見肘。由于種種條件限制,在施工方案的選取上,項目部如履薄冰。

項目部在參考國內外豎井典型施工案例后,發現在國外豎井施工中有使用豎井掘進機施工的先例,在一番考量研究之后,發現豎井掘進機在豎井開挖中極具優勢:其一,豎井掘進機已在國外運用多年,技術早已成熟,具備可行性條件;其二,豎井掘進機在施工進度上會比傳統施工節省更多的時間;其三,豎井掘進機施工實現井下無人化,更能保障施工安全。使用豎井掘進機進行豎井開挖成為了本次施工的首選方案。

“是否要在第一個吃螃蟹的人?”此時,國內在豎井施工中尚無使用豎井掘進機施工的案例。

“敢想敢干,是十四局人一貫的作風!”面對傳統施工工藝存在較大安全風險,在多次技術會議后,項目部決心勇敢跨出這一步,決定使用國內尚未使用過的新工藝——使用“反井鉆機+豎井掘進機”兩者相結合進行豎井開挖施工,同時在傳統施工模式基礎上引入4.5m口徑反井鉆機用于以禮河四級電站另外兩條小斷面引水豎井的開挖施工。

盤馬彎弓,發源地躬行實踐

項目部與在業主、設計、監理進行溝通后,這一施工方案得到三方的一致支持。業主表態,作為和十四局長期合作的企業,相信十四局有能力出色地完成以禮河四級電站復建工程的建設任務。

業主的支持讓項目部更有底氣去實踐新工藝。項目部持戈拭馬,以此為契機向公司申報科研攻關項目,在破碎巖體條件下使用豎井掘進機進行豎井開挖支護施工工藝實踐。

做第一個吃螃蟹的人,必然需要做好充足準備。擬定施工方案后,項目部多次邀請煤礦、水利水電、地質、電氣等各行各業專家進行方案研討,對施工過程中采用導孔定向技術、豎井掘進機施工技術、二次擴挖至永久面等施工技術一一論證,最終敲定在傳統豎井施工基礎上進行工藝改進,將傳統反井鉆機1.8m井溜渣,更換為反井鉆機1.4m井溜渣,完成后進行5.8m豎井掘進機吊裝及井口提升系統的施工,隨后進行5.8m豎井掘進機開挖、初期支護及5.8m豎井掘進機拆除,最后進行10m井筒開挖支護的施工程序。

2020年3月,項目部完成疫情期間的全面復工復產,做足了施工準備工作,開始有序組織出線豎井的施工,一場攻堅戰序幕由此拉開。

葆大國自信,奠行業基礎

在實際施工過程中,由于國內未有可借鑒案例,獨自摸索,難免碰壁。但面對困難絕不坐以待斃,項目部主動出擊,就施工難題集眾智、強管理、拼先進,反復總結,不斷優化施工。解決了施工過程中反井鉆機導孔施工卡鉆、塌孔、漏漿等影響施工的難題。

2020年5月30日,出線豎井井筒回填混凝土施工完成,形成施工作業平臺。

2020年6月4日,定向鉆機開始安裝,6月8日定向鉆機開始造孔,于6月21日、6月26相繼完成190mm、270mm導孔施工,定向孔施工出孔孔斜42cm ,偏斜率1.62‰。

2020年8月15日,在井架基礎施工完成后,反井鉆機進行1.4m井導孔施工,于8月28日貫通。

2020年10月24日,“金沙江1號”豎井掘進機啟動掘進。

2021年1月26日上午,豎井掘進機累計掘進257m,一次性貫通出線豎井5.8m井。

5.8m井貫通后井壁留下了完整光滑的巖面,如一件精雕細琢的藝術品,奪目的畫卷驗證了豎井掘進機在豎井開挖中的實用性、可行性,也證明大國重器“金沙江1號”豎井掘進機在工程應用中的可靠性。施工過程中,日進尺開挖支護最高實現8m/天,平均6m/天的進度。

本月18日,使用4.5m反井鉆機進行施工的以禮河引水系統的引水2#豎井精準貫通,成為水電行業地下豎井最大直徑反井鉆機成功施工的案例。而此次,以禮河四級電站出線豎井使用豎井掘進機一次性成功貫通5.8m井的工程實踐,也將為公司乃至整個行業提供大量在破碎巖層條件下豎井開挖施工經驗,同時宣示國內豎井施工工藝將由此步入新時代。豎井掘進機開挖支護較人工爆破開挖支護工期提前較多,并且實現全程井下無人化、機械化、智能化,該工藝具有效率高、成井質量好、安全性高等優點,同時可通過更換刀頭直徑,實現6m以上直徑的豎井采用豎井掘進機施工代替傳統爆破開挖支護。


“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行?!彪S著科技的發展,新技術、新工藝的應用將會大幅提高施工行業的工作效率。憶往昔,以禮河整個梯級水電站于1956年開工建設,1958年第一臺機組發電,1972年全部建成,歷時17年,均由水電十四局承建,在國內水電工程起步的階段,老一輩人在這里不畏艱險,大膽耕耘,開疆拓土,深藏功與名。今朝,重返故地,我們這些后生也將砥礪前行,在用好前人總結出的工藝措施的基礎上,更加大膽靈活地采用新工藝、新方法,用新技術為安全生產保駕護航,高效有序、穩步保質推進施工,讓公司在新時代再上一層樓。



豎井掘進機下井前  周武/攝



4.5m反井鉆機精準貫通  韓寶飛/攝



正井法施工  周武/攝





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