CN220977929U - 一种基于tbm的抽水蓄能电站引水斜井布置结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水利水电工程技术领域的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，包括一级长斜井；上平洞段，上平洞段的一端与一级长斜井的顶端连通；下平洞段，下平洞段的一端通过拆机洞与一级长斜井的底端连通；第二施工支洞，第二施工支洞的一端与一级长斜井的中下部连通；地面组装基坑，地面组装基坑设置在上平洞段的上方，且地面组装基坑通过斜井延伸洞与一级长斜井连通，斜井延伸洞与一级长斜井同轴。本实用新型的引水斜井布置结构不仅可以减少立面拐弯数量，缩短引水系统长度，降低了水头损失，增加了抽水蓄能电站效益，还可以节省投资和工期，且施工便利性更好，安全性更高。

Description

一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构

技术领域

本实用新型涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构。

背景技术

引水系统立面布置结构的选择是抽水蓄能电站枢纽布置的一个重难点，其选择不仅影响输水系统的调节保证性能、地下厂房的位置选择及其辅助洞室的长度、施工支洞布置等枢纽设计工作，而且还影响施工现场建设管理的安全性与便利性。

目前国内抽水蓄能电站引水系统大多采用两级引水斜井布置，受制于定向钻机及反井钻机施工精度的影响，引水斜井长度大多控制在300m～400m级，考虑出渣需要，引水斜井的倾角大多为50°～60°。例如：已施工完成的长龙山抽水蓄能电站1号引水上斜井长度435m，属国内已建抽水蓄能电站之最；天台抽水蓄能电站上、下引水斜井长度483.4m，属国内在建抽水蓄能电站之最。两级引水斜井布置弯头多，输水系统水头损失较大，不利于发挥电站效益；同时，由于施工需要，两级引水斜井间的中平洞需专门设置施工支洞，延长了施工工期，增加了工程投资。

国内引水斜井多数采用钻爆法进行施工，存在安全性差、施工导向与体型不易控制、超挖与欠挖普遍、施工效率低等问题，国内正在积极探索采用TBM进行引水斜井施工。TBM在抽水蓄能电站建设中主要应用在进厂交通洞、通风兼安全洞及排水廊道等平洞上，在引水斜井上应用较少。目前，洛宁抽水蓄能电站在开展引水一级长斜井TBM试点应用，该引水一级长斜井无中平洞，采用自下而上的掘进方式，在下平洞段设置组装洞室，上平洞末端设置拆机洞室，斜井中部设置中部施工支洞。平江抽水蓄能电站在引水两级斜井上开展TBM试点应用，该引水两级斜井中间设置中平洞，也采用自下而上的掘进方式，除在下平洞段设置组装洞室、上平洞末端设置拆机洞室外，在中平洞段设置变径洞室和施工支洞。

洛宁抽水蓄能电站引水一级长斜井TBM自下而上掘进出渣，掌子面不能作为斜井TBM的支撑屏障，人员和设备安全依靠设备自身撑紧系统，安全性相对较低，开挖出来的渣土向下溜渣，与人员作业区域重合，施工期安全风险较大，且斜井中部需专门设置施工支洞，投资较大；而平江抽水蓄能电站引水两级斜井TBM方案，引水线路总长度较长，中平洞需设置变径洞室，施工程序较为复杂，且中平洞施工支洞仍需要保留，投资较大。此外，洛宁和平江抽水蓄能电站的TBM设备组装、拆卸均在洞内完成，斜井压力钢管均需在洞内吊装，施工便利性不足，且均采用自下而上掘进，TBM设备防溜难度大，对地质条件要求较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，以解决现有引水斜井TBM自下而上掘进出渣施工存在的安全性低、施工期交叉作业区域多、施工辅助设施投资较大、TBM设备洞内安装始发与斜井压力钢管洞内吊装施工便利性不足的技术问题。

本实用新型所采用的技术方案为：一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，包括：

一级长斜井；

上平洞段，所述上平洞段的一端与一级长斜井的顶端连通；

下平洞段，所述下平洞段的一端通过拆机洞与一级长斜井的底端连通；

第二施工支洞，所述第二施工支洞的一端与一级长斜井的中下部连通；

地面组装基坑，所述地面组装基坑设置在上平洞段的上方，且所述地面组装基坑通过斜井延伸洞与一级长斜井连通，所述斜井延伸洞与一级长斜井同轴。

优选的，所述一级长斜井的倾角为50°～75°。

优选的，所述第二施工支洞的末端与一级长斜井连通，所述第二施工支洞的起始端与地下厂房探洞连通。

优选的，所述第二施工支洞的末端设有斜井排水廊道，所述斜井排水廊道的上游端头超过一级长斜井。

优选的，所述斜井延伸洞兼做引水调压井。

优选的，所述下平洞段的上方设有下平洞排水廊道，且所述下平洞排水廊道的上游端头超过一级长斜井。

优选的，所述上平洞段上设置有上库闸门井和第一施工支洞。

优选的，所述下平洞段上布置有第三施工支洞，且所述下平洞段的末端布置有引水钢岔管。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用一级长斜井布置结构，可以减少立面拐弯数量，缩短引水系统长度，降低了水头损失，增加了抽水蓄能电站效益；第二施工支洞采用厂房探洞改建，探洞向上游延伸，施工支洞断面尺寸较小，作为通风安全通道，节约了工程投资，增加了工程实施的可靠度和安全性；同时，本实用新型在一级长斜井的顶端轴向延伸并连通地面组装基坑，使得一级长斜井能够采用定向钻机自上而下钻定向孔+反井钻机自下而上反拉导井+TBM自上而下扩挖导井的方式进行机械化施工，可利用导井提前准确探明一级长斜井的地质条件，制定应对措施，保证了TBM施工时支护措施的有效性和及时性，利用重力自上而下溜渣，施工便利性和安全性高；在上平洞段末端上方的地面组装基坑进行TBM组装和始发，规避了大断面地下拆机洞室的地质风险，且一级长斜井的压力钢管可以利用TBM牵引设备和轨道进行吊装，节省投资和缩短工期，施工便利性更好，安全性更高。

附图说明

图1为本实用新型的基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构的纵剖面示意图；

图2为本实用新型的基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构的平面示意图。

图中附图标记说明：

1、一级长斜井；2、上平洞段；3、下平洞段；4、拆机洞；5、第二施工支洞；6、地面组装基坑；7、斜井延伸洞；8、地下厂房探洞；9、斜井排水廊道；10、下平洞排水廊道；11、上库闸门井；12、第一施工支洞；13、第三施工支洞；14、引水钢岔管；15、TBM工业广场。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例，如图1和图2所示，一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，包括：

一级长斜井1。

上平洞段2，该上平洞段2的末端与一级长斜井1的顶端连通。

下平洞段3，该下平洞段3的起始端通过拆机洞4与一级长斜井1的底端连通。

第二施工支洞5，该第二施工支洞5的一端与一级长斜井1的中下部连通，用于对一级长斜井1的定向孔施工进行纠偏，以及设备、人员出入，兼做通风和安全通道。

地面组装基坑6，该地面组装基坑6设置在上平洞段2末端的上方，且地面组装基坑6通过斜井延伸洞7与一级长斜井1连通，该斜井延伸洞7与一级长斜井1同轴。

本申请采用一级长斜井布置结构，可以减少立面拐弯数量，缩短引水系统长度，降低了水头损失，增加了抽水蓄能电站效益；中部第二施工支洞5采用厂房探洞改建，探洞向上游延伸，施工支洞断面尺寸较小，作为通风安全通道，节约了工程投资，增加了工程实施的可靠度和安全性；同时，本申请在一级长斜井1的顶端轴向延伸并连通地面组装基坑6，使得一级长斜井1能够采用定向钻机自上而下钻定向孔+反井钻机自下而上反拉导井+TBM自上而下扩挖导井的方式进行施工，利用导井提前准确探明一级长斜井1的地质条件，制定对应措施，保证了TBM施工时支护措施的有效性和及时性，利用重力自上而下溜渣排水，提高施工便利性和安全性高；在上平洞段2末端上方的地面组装基坑6进行TBM组装和始发，规避了大断面地下拆机洞室的地质风险，节省了工程投资，且一级长斜井1的压力钢管可以利用TBM牵引设备和轨道进行吊装，节省投资和缩短工期，施工便利性更好，安全性更高。

在一具体实施例中，如图1、图2所示，该一级长斜井1布置于上平洞段2的末端，且一级长斜井1的倾角为50°～75°，大于岩块休止角，以满足溜渣的要求。

具体的，该一级长斜井1的顶端通过斜井延伸洞7连通到地面组装基坑6，且一级长斜井1先采用位于地面的定向钻机自上而下施工并形成定向孔，再采用反井钻机自下而上进行反拉导井施工，导井施工完成后，在地面组装基坑6组装完成斜井TBM后，用斜井TBM自上而下进行导井扩挖并形成斜井延伸洞7和一级长斜井1，利用导井向下排水及溜渣，石渣溜入斜井底部后，采用反铲挖掘机配自卸汽车出渣。

优选的，该第二施工支洞5的末端与一级长斜井1连通，且第二施工支洞5的起始端与地下厂房探洞8连通，该第二施工支洞5在前期用于对一级长斜井1的定向孔施工进行纠偏，在后期作为一级长斜井1施工期的通风及安全通道。

具体的，该第二施工支洞5的起点位于地下厂房探洞8的末端，地下厂房探洞8的末端位于引水钢岔管14的顶部，第二施工支洞5从地下厂房探洞8的末端向上游延伸，可缩短第二施工支洞5的长度，降低施工辅助设施投资，缩短一级长斜井1的施工工期；该第二施工支洞末端布置于一级长斜井1的中下部，可在一级长斜井1进行定向孔施工时对定向孔进行纠偏，保证一级长斜井1的定向孔钻孔偏心率满足规范要求，保障定向孔的钻孔施工质量，同时，该第二施工支洞5可作为一级长斜井1施工期的通风及安全通道。

该地下厂房探洞8为抽水蓄能电站项目前期地下厂房的地质情况勘探洞，充分利用地下厂房探洞8作为一级长斜井1的施工通道，将第二施工支洞5的起点布置于地下厂房探洞8的末端，可节省施工辅助设施投资，提高一级长斜井1施工的可靠性。

更优选的，该第二施工支洞5的末端设有斜井排水廊道9，该斜井排水廊道9的上游端头超过一级长斜井1，该斜井排水廊道9起点位于第二施工支洞5的末端附近，斜井排水廊道9用于降低一级长斜井1中上部的压力钢管外水压力。

该斜井延伸洞7沿一级长斜井1轴向延伸至地面组装基坑6，且斜井延伸洞7在一级长斜井1施工完成后，可采用混凝土进行回填处理，若地形高程足够也可作为引水调压室使用。

在一具体实施例中，如图1、图2所示，该上平洞段2上设置有上库闸门井11和第一施工支洞12，该上平洞段2的末端接一级长斜井1，且上平洞段2的长度需结合调保计算成果和覆盖层厚度确定；该上库闸门井11布置在上平洞段2的前半段，且上库闸门井11的位置需结合地形地质条件与上平洞段2的末端最小压力要求确定；该第一施工支洞12布置在上库闸门井11后30m～50m，用于上平洞段2的隧洞开挖出渣。

在一具体实施例中，如图1、图2所示，该斜井延伸洞7位于一级长斜井1与地面组装基坑6之间，斜井TBM通过斜井延伸洞7可从地面组装基坑6始发，避免开挖斜井TBM大型地下组装洞和始发洞，规避了在覆盖层较薄和地质条件较差的上平洞段2末端开挖大跨度地下洞室的安全风险。

该地面组装基坑6位于斜井延伸洞7顶部，且地面组装基坑6位于TBM工业广场15中，地面组装基坑6的斜长大于14m，宽度大于12m，斜井TBM主机在地面组装基坑6中组装完成，该地面组装基坑6还可作为一级长斜井1的压力钢管吊装场地。

该TBM工业广场15位于上平洞段2末端上部的地面上，在TBM工业广场15完成斜井TBM后配套系统的组装后，再将斜井TBM后配套系统与在地面组装基坑6内组装完成的主机进行组装，整机组装完成和设备整体调试完成后，斜井TBM即具备在地面组装基坑6始发的条件。

在一具体实施例中，如图1、图2所示，该下平洞段3的上方设有下平洞排水廊道10，且所述下平洞排水廊道10的上游端头超过一级长斜井1，该下平洞段3上布置有第三施工支洞13，且下平洞段3的末端布置有引水钢岔管14。

具体的，该拆机洞4位于一级长斜井1与下平洞段3的交接处，斜井TBM从地面组装基坑6始发，自上而下完成一级长斜井1开挖后，在拆机洞4中进行拆机，通过第三施工支洞13运出，转另外一条一级长斜井1继续施工。

该下平洞段3布置于拆机洞4后，且下平洞段3上布置第三施工支洞13，该第三施工支洞13用于拆机洞4中拆卸的TBM零件运出，以及下平洞段3的隧洞开挖出渣与引水钢岔管14运输等。

该下平洞排水廊道10位于下平洞段3的上部，该下平洞排水廊道10的末端超过一级长斜井1，下平洞排水廊道10用于降低一级长斜井1的下部与下平洞段3的压力钢管外水压力。

该引水钢岔管14所在平面位置为地下厂房探洞8的末端位置。

实施例，如图1、图2所示，一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：

步骤一：进行地面TBM工业广场15和地面组装基坑6施工，并同步进行第二施工支洞5和第三施工支洞13施工。

步骤二：地面组装基坑6施工完成后，采用定向钻机自上而下进行定向孔施工，并在第二施工支洞5与一级长斜井1相交的位置，利用第二施工支洞5对定向孔进行纠偏。

步骤三：定向孔纠偏完成后，继续进行定向孔施工，并在第三施工支洞13施工完成后，进行下平洞段3和拆机洞4施工。

步骤四：定向孔和下平洞3施工完成，采用反井钻机自下而上进行导井反拉施工，导井的弃渣经下平洞段3和第三施工支洞13运出。

步骤五：导井施工完成后，从地面组装基坑6始发已组装好的TBM，采用TBM自上而下扩挖导井，扩挖弃渣从导井溜至下平洞段3，经第三施工支洞13运出。

步骤六：TBM扩挖导井完成一级长斜井1开挖后，在拆机洞4中进行拆机，经下平洞段3和第三施工支洞13运出。

需要说明的，部分步骤之间可先后施工，也可同步施工。

相较于现有技术，本申请至少具有以下有益技术效果：

本申请中的一级长斜井采用定向钻机自上而下钻定向孔+反井钻机自下而上反拉导井+TBM自上而下扩挖导井的方式进行施工，可利用定向孔提前准确探明引水一级长斜井的地质条件，针对探明的不良地质条件提前制定对应支护措施，保证了导井和TBM施工时支护措施的有效性和及时性，且反井钻机自下而上反拉导井与TBM自上而下扩挖导井时，弃渣均是利用重力通过导井自上而下溜渣，施工便利性和安全性高。

本申请充分利用上平洞段末端的地形条件，在上平洞段末端上部的地面设置TBM工业广场和地面组装基坑，在TBM工业广场与地面组装基坑内进行TBM组装，TBM通过地面组装基坑始发，避免了在覆盖层较薄和地质条件差的上平洞段末端开挖大型TBM组装始发洞室，规避了地质风险，节省了工程投资，且一级长斜井压力钢管可利用TBM组装基坑，在地面进行吊装，相对传统的洞内吊装施工便利性更好和安全性更高。

本申请充分利用已施工至引水钢岔管顶部的地下厂房探洞，将地下厂房探洞加大纵坡，延伸至一级长斜井作为第二施工支洞，增加了一级长斜井的施工工作面，确保了一级长斜井的定向孔钻孔偏心率较小，降低了一级长斜井施工安全风险，节省了工程投资。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，包括：

一级长斜井(1)；

上平洞段(2)，所述上平洞段(2)的一端与一级长斜井(1)的顶端连通；

下平洞段(3)，所述下平洞段(3)的一端通过拆机洞(4)与一级长斜井(1)的底端连通；

第二施工支洞(5)，所述第二施工支洞(5)的一端与一级长斜井(1)的中下部连通；

地面组装基坑(6)，所述地面组装基坑(6)设置在上平洞段(2)的上方，且所述地面组装基坑(6)通过斜井延伸洞(7)与一级长斜井(1)连通，所述斜井延伸洞(7)与一级长斜井(1)同轴。

2.根据权利要求1所述的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，所述一级长斜井(1)的倾角为50°～75°。

3.根据权利要求1所述的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，所述第二施工支洞(5)的末端与一级长斜井(1)连通，所述第二施工支洞(5)的起始端与地下厂房探洞(8)连通。

4.根据权利要求3所述的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，所述第二施工支洞(5)的末端设有斜井排水廊道(9)，所述斜井排水廊道(9)的上游端头超过一级长斜井(1)。

5.根据权利要求4所述的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，所述斜井延伸洞(7)兼做引水调压井。

6.根据权利要求1所述的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，所述下平洞段(3)的上方设有下平洞排水廊道(10)，且所述下平洞排水廊道(10)的上游端头超过一级长斜井(1)。

7.根据权利要求1所述的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，所述上平洞段(2)上设置有上库闸门井(11)和第一施工支洞(12)。

8.根据权利要求1所述的一种基于TBM的抽水蓄能电站引水斜井布置结构，其特征在于，所述下平洞段(3)上布置有第三施工支洞(13)，且所述下平洞段(3)的末端布置有引水钢岔管(14)。