河南天池抽水蓄能电站斜井衬砌滑模提升系统研究

河南天池抽水蓄能电站斜井衬砌滑模提升系统研究

樊家会

（中国能建葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北 宜昌  443002）

引言：2023年8月29日零时，国网新源河南天池抽水蓄能电站4台抽水蓄能机组全部投产发电，我公司承担了该电站输水系统、地下厂房工程施工任务，其中，两级斜井是施工重点和难点，存在高差大、洞段长，施工技术比竖井复杂，有着很多不安全因素，如何从施工技术的角度优化施工方案，是一个严峻的课题。在施工过程中本人对斜井衬砌滑模提升系统布置进行过深入探讨和研究，本方案以1#上斜井为研究对象，详细阐明了提升系统布置时形成的主要研究成果，具有推广应用价值，现将研究成果提供给类似水利水电工程施工专项方案设计的优选借鉴。

关键词：斜井衬砌总体布置；提升系统；研究；天池抽水蓄能电站；河南省

中图法分类号：TV743        文献标志码：A

1.工程概况

河南天池抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县马市坪乡境内，电站工程由上下水库、输水系统、地下厂房系统及地面开关站等建筑物组成（详见下图《输水发电系统三维立体图》），安装4台单机容量300MW的混流可逆式水泵水轮电动发电机组，总装机容量1200MW，本工程属一等大⑴型工程。输水系统设计2条引水隧洞，立面上采用两级斜井布置，斜井角度为55°，上斜井轴线中心高程由924.544m降至644.107m，垂直高差280.437m，斜井段隧洞埋深为126m～381m，围岩类别以Ⅱ类为主，岩性主要为花岗岩，稳定性较好，开挖断面为马蹄形，衬砌后断面为圆形，洞径D=6.0m。其中1#上斜井总长368.802m，斜直段长度315.1m，2#上斜井总长369.953m，斜直段长度316.251m，上弯段长度27.299m，下弯段长度26.403m。

2.衬砌施工总体布置

斜井直段衬砌采用滑模台车由下至上进行施工，上下弯段采用定型钢模进行衬砌。在上弯段中部搭建槽钢支档作为混凝土罐车和钢筋运输车停靠平台，斜井滑模轨道采用P22钢轨，其轨距为3.4m。滑模台车牵引系统由斜井顶部天锚预埋锚固的两束钢绞线，通过 2 套LSD 连续拉伸式液压穿心千斤顶交替抽拔钢绞线实现提升[1]，钢筋、混凝土和作业人员的运输小车提升系统采用双滚筒矿用绞车[2]。滑模台车、运输小车由专业厂家设计加工安装调试，提升牵引系统经试车后方可投入使用。下弯段衬砌施工在斜井直段滑模衬砌开始后启动，并搭建型钢骨架作为安全隔离屏障，保证下弯段施工安全，上弯段衬砌在斜井滑模衬砌台车、槽钢支档平台拆除后启动，并在斜井滑模衬砌收仓面搭建型钢骨架作为上弯段衬砌施工操作平台。

3.提升设备选型

（1）滑模台车提升系统选用2 套1000kN连续拉伸式液压穿心千斤顶，通过交替抽拔锚固在上弯段顶拱的两束钢绞线实现滑模提升，称为LSD滑模系统。

LSD 连续拉伸式液压穿心千斤顶1000型技术参数

（2）运输小车提升系统选用80KN双滚筒矿用绞车。

80KN双滚筒矿用绞车技术参数

4.施工条件准备

4.1.技术准备

施工前编制人员充分了解现场实际情况，以便进行施工组织安排。由技术部门组织各职能部门进行图纸会审，待图纸会审无误后由项目经理组织、项目总工负责编制，经项目部施工、技术、质量、安全、机物、商务人员讨论、修订。

本方案属于超危大工程，通过公司总工审核及总监理工程师审查后，由项目部组织召开专家论证会，根据专家论证意见修订完善，并经公司总工审核签字、加盖单位公章后上报总监理工程师审批签字、加盖执业印章。方案批复后或项目实施前进行施工安全技术交底。

4.2. 施工现场准备

混凝土由拌和站统一生产，采用3台10m3罐车交替运输，在上弯段施工平台的受料斗用溜筒溜放至运输小车运送至滑模台车分料装置，通过溜槽入仓，上下弯段衬砌混凝土通过泵送入仓。钢筋加工制作在钢筋加工场完成，由8t随车吊运至作业部位绑扎。

4.3. 施工通道

斜直段、上弯段材料运输通道：天池岈沟拌合系统→①公路→②施工支洞→引水上弯段→作业面。施工人员通过弯段布设的钢爬梯进入运输小车达到施工部位。

下弯段人员及材料运输通道：园托沟拌合系统→①公路→③公路→⑥公路→③施工支洞→引水中平段→作业面。

4.4. 施工水电、通讯布置

（一）施工供电及照明

施工用电利用②施工支洞内布置的800KVA箱变供电，在斜井平洞段设置一个专用配电柜。动力线采用三相五线制防潮电缆，与照明线路分层架设。照明线路沿斜井一侧每隔15m设置一盏LED照明灯，另一侧沿斜井洞壁布置灯带至井口，保证亮度充足、均匀，台车各层照明采用36V安全灯带，并布置一盏悬挂式消防应急灯，施工人员配备蓄电池头灯。为避免在滑模施工过程中因停电而停滑，同时配置一台150kw的备用发动机作为备用电源，确保停滑时间不超过混凝土初凝时间。

（二）施工供排水

施工用水沿用前期斜井开挖支护时布设的DN65钢管供水系统，通过DN50钢管引至作业面；施工废水汇流至斜井底部，通过水泵经B1排水廊道抽排至③施工支洞排水沟，自流至洞口布置的22m3/h污水处理系统，处理后的污水可用于道路及场地洒水降尘。

（三）施工通讯

运输小车、滑模平台与提升操作间之间的通信采用对讲机联系和无线电铃，保证各部位通讯畅通。

5.滑模台车提升系统设计

滑模台车提升系统由天锚固定端锚杆、锚杆与钢绞线连接器、LSD连续拉伸式穿心液压千斤顶等系统组成。

5.1. 天锚锚杆设置

天锚锚杆采用C32mm×12m钢筋束，锚杆孔在斜井上弯段顶部开挖时同时提前成孔，锚孔设计为2孔，孔距3.6m，对称布置，每孔安装2根C32mm钢筋束锚杆，方向与斜井轴线重合，以免偏心受力。孔径70mm，孔深10m，外露2m。锚杆采用“先注浆后插锚杆”工艺，注浆的水泥砂浆强度M30，掺膨胀及早强剂，以提高其早期强度，封口采用M30半干硬砂浆，锚杆埋设后24h以内不许碰撞和悬挂重物，注浆水泥砂浆强度达到100%后进行锚固端拉拔试验。

5.2. 锚杆与钢绞线连接

天锚每孔C32mm钢筋束锚杆与每组钢绞线之间通过专用连接锚盒相连，每组钢绞线选用4股单根直径为Ф15.24mm钢绞线组成。

钢筋束锚杆与连接锚采用J506焊条焊接，钢绞线与连接锚采用卡具连接，钢绞线通过构件夹持器与滑模台车相连。

5.3.连续拉伸式液压千斤顶

钢绞线穿过连续拉伸式液压千斤顶安装在滑模台车中梁上套环内，安全夹持器固定在千斤顶前的桁架横梁上，防止钢绞线回缩，通过 2 套LSD 连续拉伸式液压穿心千斤顶交替抽拔钢绞线实现模体提升。提升液压泵设截流阀，控制千斤顶的出力平衡，并防止过载,主控制台也可对千斤顶进行联动或单台分动控制，如需对千斤顶进行维修，先将安全夹持器锁住，再将千斤顶拆下进行维修，千斤顶在必要时可做短距离的后退。

5.4.牵引系统可靠性验算

滑模台车自重控制在23.5t,施工人员荷载取16人，安全系数取3倍，牵引系统设计总荷载控制在35.38t。经过计算：天锚锚固端承载力为总牵引力219.8/35.38=5.92＞3倍，满足规范要求；钢筋束锚杆总受力F=4F=4×28.9=115.6t，115.6/35.38=3.11＞3倍，满足抗拉强度要求；钢绞线总破断拉力F=250×8=2000kN=204t/35.38=5.49＞5倍，千斤顶总提升力Q=1000×2=200t，200/35.38=5.38＞2倍，安全系数满足要求；其它关键部件和焊缝强度验算数值足够，满足规范要求。由此，使用安全可靠，使用时严禁超载。

6.运输小车提升系统设计

6.1. 设备选择及布置

运输小车提升系统采用一台80KN双滚筒绞车，主要承担运输钢筋、混凝土和作业人员。双滚筒绞车的设备安装在上平段支档平台前端，运输小车布置在滑模台车轨道前端，钢丝绳通过导向轮与运输小车牵引吊耳连接，为避免运输小车钢丝绳与斜井底面产生摩擦，每隔10m左右设置一个托辊，支托钢丝绳。

6.2.牵引系统可靠性验算

运输小车自重控制在2t，钢丝绳重量2.85t，每次运送混凝土限载1.5m³，运送钢筋每次限载2.5t，作业人员每次限载10人，载人时受到最大牵引力F1=28.5KN，载物时受到最大牵引力F2=50.2KN。

80KN双滚筒绞车电机最大提升力校核

安全系数取1.5，F=1.5*50.2t=75.3KN，提升力80KN＞75.3KN，满足要求。

(1)钢丝绳破断拉力校核

钢丝绳载人安全系数按12倍计，最小破断拉力F=12×F1=342KN。所选钢丝绳破断拉力为383KN，383KN＞342KN，钢丝绳满足安全使用要求。

钢丝绳载物安全系数按6倍计，最小破断拉力F=6×F2=301.2KN。所选钢丝绳破断拉力为383KN，383KN＞301.2KN，钢丝绳满足安全使用要求。

(2)绞车基础锚固计算

设备绞车基础安装4根C28锚杆，锚杆长度3.0m，入岩2.5m，锚杆与绞车基座焊接，拉拔力按80KN进行检测及校核，锚杆抗拉安全系数，依据岩土锚杆(索)技术规程锚固长度La：

两者锚固长度La取大值，设计锚杆入岩2.5m，满足绞车抗拔80KN的要求。使用时严禁超载，严禁人与物料混载运输。

7.

结束语

提升系统安全运行关乎保证施工人员生命安全[3]，因此，在施工总体布置时充分考虑搭设斜井操作平台、上下斜井安全隔离屏障，除在设备选型配置、锚杆抗拔试验、牵引系统安全系数取值并验算受力可靠性外，投入运行时，尝且需要以下必要的安全管理。

(1)设立门禁识别系统：非本岗人员禁止入内，操作信号工、绞车司机持证上岗，必须遵守并熟练掌握操作规程，每班必须检查控制开关、按钮灵活，电铃等信号装置声光清晰、响亮、准确。

(2)采用钢丝绳探伤系统：选用KJ899矿用钢丝绳磁性探伤系统，对钢丝绳安全性能进行科学评估、分析等功能，全面、清晰的掌控钢丝绳的安全运行状况，实现全过程动态检查钢丝绳是否有硬伤、断丝、打结、连接不牢靠、过度弯折、过度磨损伤情况，实时有效监测、预警，彻底摒弃人工检查，监控和科学管理，提高安全生产保障能力。

(3)监控视频布置：为保证在提升系统运行安全需要，在载物小车前后各安装1部无线视频监控摄像头，在钻灌台车上端安装1部无线视频监控摄像头，以便全方位实时监控两部台车在斜井内运行状况。

(4)提升系统载荷试验：提升系统安装完成后需经过防坠及载荷试验，经验收合格后方可使用。荷载试验包括空载运行试验，60%荷载做动、静载试验，80%荷载做动、静载试验，100%荷载做动、静载试验，110%荷载做动、静载试验，125%荷载做静载试验。

参考文献：

[1]常焕生.LSD斜井滑模施工技术.水利水电技术.第39卷2008年第 12期

[2]王金祥,耿国信.斜井提升绞车托绳地辐的优化.中州煤炭2010年第4期总第172期

[3]石瑛.抽水蓄能电站工程建设施工中安全风险管理体系研究.《中国科技期刊数据库 工业A》 2023年第1期0022-0025

作者简介：樊家会，男，工程师，主要从事水利水电工程施工与技术管理工作。