周寧水電站 - 工程概述

 

周寧水電站

周寧水電站位于福建省周寧縣，屬穆陽(yáng)溪第二梯級電站，樞紐主要由壩高73.4m的碾壓混凝土重力壩、長(cháng)12.36km的引水隧洞以及高壓豎井、壓力管道、地下廠(chǎng)房洞室群和地面式升壓開(kāi)關(guān)站等主要建筑物組成。水庫庫容0.47億m3，總裝機容量2×12.5萬(wàn)kW。工程總投資為12億元人民幣。

電站引水高壓豎井由上部調壓井（EL634～EL560）和下部的豎井（EL180.75～EL560.00）組成，總高為453.25m。引水隧洞軸線(xiàn)高程為EL560.00，調壓井設計開(kāi)挖直徑為8.9m；豎井設計開(kāi)挖直徑有5.7m和5.9m，豎井下部接高壓管道下平段；鑒于豎井開(kāi)挖及后續項目施工安全的需要，將引水高壓豎井井壁統一增加5cm厚C20素砼作為臨時(shí)支護，相應開(kāi)挖斷面直徑增大10cm；為保證工期及施工方便在豎井中部設一豎井施工支洞，分岔進(jìn)入豎井。

電站樞紐由攔河壩、泄洪建筑物、輸水系統、地下廠(chǎng)房洞群及開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。該電站工程有長(cháng)達14KM的引水隧洞，垂直高度450米的高壓豎井和單機容量125MW、額定水頭400m、額定轉速428.6r/min的高水頭、高轉速、大容量水輪發(fā)電機組，工程建設難度大。電站主體工程于2001年12月開(kāi)工，2004年7月29日下閘蓄水。兩臺機組于2005年4月投產(chǎn)發(fā)電。

周寧水電站 - 工程地質(zhì)情況

豎井的主要巖石為燕山晚期侵入的鉀長(cháng)（晶洞）花崗巖，飽和極限抗壓強度弱風(fēng)化巖石為80～140mpa、微風(fēng)化～新鮮巖石為100～170mpa；地下水位高程為EL523m，隧洞圍巖相對不透水，巖體微風(fēng)化～新鮮，巖體中高傾角65°～90°的裂隙發(fā)育，充填高嶺土、鐵錳質(zhì)及硅質(zhì)脈，寬0.5～1cm，多呈薄片狀，巖體較完整.高程EL308m~EL305m有F60（NE60°NW∠80°）斷層通過(guò)。斷層及破碎帶巖體為Ⅲ~Ⅳ類(lèi)巖體。在EL488m、、EL425m、EL409m～EL405m等風(fēng)化夾層，傾角55°～75°，寬1～3cm、巖體破碎，有夾層處圍巖為Ⅳ類(lèi)。EL382m處有一細?；◢彴邘r脈通過(guò)、傾角20°～40°，寬80cm，與圍巖接觸較好。EL223m處有一輝綠巖脈通過(guò)，傾角35°寬50cm，與圍巖接觸較好，除有夾層和斷層破碎帶通過(guò)的豎井段外，其它豎井段圍巖中等～完整，屬ⅠⅡ類(lèi)圍巖，屬中等地應力地區。

周寧水電站 - 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)和安全因素分析

 

周寧水電站

根據引水高壓豎井結構特點(diǎn)、巖石及地質(zhì)情況，結合本工程主體建筑物的布置與結構型式，類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗，目前豎井施工的施工機械，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面與常用的施工方法進(jìn)行比較，再確定總體施工方法。

深井通風(fēng)與除塵問(wèn)題：通風(fēng)與除塵是排除炮煙粉塵及有害氣體，改善施工環(huán)境，保障施工人員身體健康，縮短循環(huán)時(shí)間，加快施工速度的重要工序。目前，隧洞通風(fēng)主要以機械通風(fēng)為主。但對于高達453.25m深井的通風(fēng)與除塵問(wèn)題將面臨著(zhù)極大的困難。因此施工中選擇一種盡量使用自然風(fēng)與機械通風(fēng)來(lái)進(jìn)行通風(fēng)與除塵以改善施工環(huán)境的施工方法是必不可少的考慮因素。

深井施工的安全問(wèn)題：安全是每個(gè)職工的生命，因此每個(gè)工程隊伍都必須將“施工安全”放在首要位置。但在目前的開(kāi)挖施工中常用的機械設備是手風(fēng)鉆，工作人員必須進(jìn)入工作面打眼放炮，受有害氣體、塌方、落石、淋水的危害，安全很難保證，傷亡事故經(jīng)常發(fā)生。尤其是對較深井更是難以保證施工的安全。因此，選擇一種能保證施工安全的先進(jìn)設備是很有必要的。

深井施工的交通和設備配置：周寧水電站引水高壓豎井在同一個(gè)投影面上，工作面狹窄，如何合理的設置施工通道和配置設備是加快施工進(jìn)度，縮短建井周期，增強效益的關(guān)鍵。

進(jìn)度分析：根據本工程的工期要求及施工特點(diǎn)，引水隧洞、高壓豎井、高壓管道下平段的施工工期為2001年12月15日開(kāi)工至2004年8月1日支洞封堵結束，具備充水調試條件?？偣て跒椋?9個(gè)月零17天），高壓豎井的開(kāi)挖施工工期只能為8個(gè)月；后來(lái)業(yè)主要求將工期提前3個(gè)月，相應的豎井開(kāi)挖工期縮短，因此，要滿(mǎn)足進(jìn)度要求，必須采取合理的施工方法。

技術(shù)經(jīng)濟效果：作為施工企業(yè)，經(jīng)濟效益是首先考慮的前題。較優(yōu)的施工方案應當是輔助工程量小，設備簡(jiǎn)單、施工安全、施工速度快。在深井的反井施工中有普通法掘進(jìn)反井法、吊罐反井法、爬罐法掘進(jìn)反井法及反井鉆井法；普通法掘井反井法雖然有輔助工程量小，與其它作業(yè)相互影響小，不需要大型提絞設備等的優(yōu)點(diǎn)，但是工作人員爬梯子上下困難、勞動(dòng)強度大、材料運輸不方便、坑木消耗量大、通風(fēng)條件差、工作面易聚有害氣體、在地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較差時(shí)影響作業(yè)的安全。尤其在較高豎井施工中更為困難；吊罐反井法與普通法比較有工效高、速度快、勞動(dòng)強度較低、施工經(jīng)濟等優(yōu)點(diǎn)，但它事先需要鉆機打精度較高的繩眼，前期準備時(shí)間較長(cháng)、通風(fēng)條件差、工作面易聚有害氣體，影響作業(yè)和安全，隨著(zhù)掘井深度的延深，輔助時(shí)間加長(cháng)，施工速度明顯減慢。難以保證施工安全及進(jìn)度；爬罐反井法與吊罐反井法比較類(lèi)似，具有工效高、速度快、勞動(dòng)強度低的優(yōu)點(diǎn)，但是設備投資較大，通風(fēng)條件差，工作面易聚有害氣體，影響作業(yè)和安全，隨著(zhù)掘井深度的延深，輔助時(shí)間較長(cháng)，施工速度明顯減慢。反井鉆井法較普通法和吊罐法的設備投入大，施工成本相對較高，但反井鉆井法有工作效率高、施工安全、勞動(dòng)強度低、工程質(zhì)量好，因此鉆機的高可靠性和安全性仍能保證在惡劣地質(zhì)條件下以及深孔反井施工的經(jīng)濟性和高效性。

周寧水電站 - 施工方法

 

周寧水電站

深井按施工方式可分為兩大類(lèi)，即人們所說(shuō)的正井法和反井法。正井法是自上而下鑿井，最常用的辦法是采用人工或機械打眼放炮，人工裝巖或抓斗抓巖，吊桶出碴，對于特殊地層也可以使用特殊方法，包括鉆井法、凍結法、帷幕法和注漿法等，有時(shí)幾種方法同時(shí)使用。反井法是自下而上鑿井，其施工方法有普通法、吊罐法、爬罐法和鉆井法。采用反井法施工導井，利用導井的通風(fēng)、排水和溜矸（排渣）等作用；利用反井法施工深井較正井法施工導井設備投入少、速度快、綜合經(jīng)濟效益高。

分段平行立體作業(yè)施工技術(shù)：高壓引水豎井成900角直立形，工作面狹窄，如何合理分段進(jìn)行立體平行作業(yè)法施工是加快施工進(jìn)度的關(guān)鍵。根據豎井的結構特點(diǎn)，原設計有三個(gè)通道，為了保證工期，經(jīng)專(zhuān)家咨詢(xún)，增加一個(gè)施工支洞，分兩個(gè)洞口進(jìn)入豎井，共形成五個(gè)通道。開(kāi)挖期，Ⅲ段與Ⅰ段同步施工，Ⅲ段與Ⅱ段同步施工，以巖塞段進(jìn)行分隔，Ⅱ段導孔井施工與上游閘門(mén)井同步施工進(jìn)行分隔。開(kāi)挖與砼交叉期，Ⅰ段砼與Ⅱ段開(kāi)挖同步，Ⅱ段開(kāi)挖與Ⅲ段砼同步，Ⅱ段開(kāi)挖完成，Ⅲ段砼完成后進(jìn)行巖塞段開(kāi)挖采用從豎井旁洞出渣。

井內交通運輸系統及安全系統：較深豎井主要解決的是人員的上下交通、材料運輸及安全通道問(wèn)題。

人員和材料運輸設置一個(gè)無(wú)軌吊籃，在吊藍兩側設一穩定鋼繩，鋼繩下部設配重（500KG），設專(zhuān)用卷?yè)P機，在吊藍上設捕繩器（bf-111型），并從煤礦行業(yè)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，在上井架上設緩沖器，以解決瞬間制動(dòng)后人員材料的緩沖擊。在井的一側設置安全爬梯。每24m設置一個(gè)休息平臺，每12m設一個(gè)休息防護罩。并每24m作一個(gè)交錯。交錯上方設置防護頂，作為緊急安全通道。安全系統主要是設備的安全和控制、信號系統，主要設備安全是卷?yè)P機的運行速度（4～8m/h），制動(dòng)系統為自動(dòng)和手動(dòng)結合?？刂菩盘枮殡娾徍蜔艄鈨蓚€(gè)并聯(lián)，安排專(zhuān)人管理，控制線(xiàn)與吊籃同步下井，由井內人員控制信號，井口值班人員操作，信號為井內外雙向互動(dòng)，控制電壓為36V，并在鋼繩上設到位標志。各工作面間的通訊連接采用內部自動(dòng)電話(huà)。

反井鉆機施工技術(shù)：高壓引水豎井屬于較深的深井，施工難點(diǎn)主要是導井的施工，經(jīng)過(guò)安全、技術(shù)、進(jìn)度及經(jīng)濟比較100m以上豎井選型采用LM-200型反井鉆機。使用反井鉆施工，先導孔的質(zhì)量是整個(gè)豎井成型的關(guān)鍵，所以反導井施工的關(guān)鍵是如何解決先導孔偏差問(wèn)題，由于周寧水電站豎井巖體為高傾角80°，傾向與引水洞軸呈30°，在豎井Ⅲ段第一次先導孔施工中，偏差＞2%，而設計要求的先導孔偏差≤1%，因此作為廢孔。分析主要有不良地質(zhì)段，層間軟弱地質(zhì)帶出現，抗壓強度差別大，是造成偏差的一個(gè)原因；安裝精度，開(kāi)孔段和不良地質(zhì)段的造孔速度是另一個(gè)原因；合理加設穩定鉆桿，合理控制鉆進(jìn)速度是第三原因，根據第一次鉆孔的偏差情況，第二次鉆孔時(shí)向傾向方人為移動(dòng)700mm。成孔后，偏差為1.1%，有人為移動(dòng)，達到設計要求，Ⅰ段與Ⅱ段巖性相對均一，一次施工精度達設計要求。

 

豎井I段擴挖情況

主要采取的糾偏措施：安裝鉆機精度控制在0.15%以?xún)?；先導孔施工時(shí)，孔口30m，用1~3m/天的鉆進(jìn)速度；鉆桿前30m增加穩定鉆桿數量，前5m各一根，之后3:1到5:1最后到10:1；合理采用鉆壓和轉速，并在開(kāi)孔時(shí)采用扶正器等方法。各段的反導井施工結束后，結合豎井的結構和反井鉆導井尺寸，根據以往的經(jīng)驗，并通過(guò)爆破試驗，φ6.0m井采用導井從φ1.4m先進(jìn)行一次刷井，擴大到φ2.5m，再進(jìn)行全斷面擴挖和支護。全斷面一次從φ1.4刷大到設計斷面。

測量控制：溜渣導井擴挖規格線(xiàn)控制：從洞外控制網(wǎng)經(jīng)測量導線(xiàn)引控制點(diǎn)到井口附近，在井口處搭設一過(guò)豎井中心的工字鋼支架，在支架的中心固定一個(gè)能垂直升降的垂球，以較正豎井中心線(xiàn)用，由于是中導洞，開(kāi)挖規格要求不高，不再進(jìn)行精確放線(xiàn)。

設計輪廓擴挖規格線(xiàn)控制：從洞外控制網(wǎng)經(jīng)測量導線(xiàn)引控制點(diǎn)到井口附近，豎井井口15m以上擴挖井口井架未安裝前，制作垂直移動(dòng)控制點(diǎn)，用垂球把控制點(diǎn)引在開(kāi)挖掌子面放線(xiàn)。井口15m以下擴挖待井口井架安裝到位后，把井口控制點(diǎn)引到井架上，在井架上做好激光準直儀支座，再把激光準直儀固定在支座上，進(jìn)行校核合格后再用激光束導向，井下用鋼尺放樣，并定期檢查準直儀的精度，同時(shí)檢查上一排炮的超欠挖情況。

鉆孔：擴挖均采用人工手風(fēng)鉆鉆孔。

裝藥與起爆：將火工材料用吊籠運到工作面，人工裝藥聯(lián)線(xiàn)，孔內用秒延時(shí)非電雷管，孔外用火雷管引爆非電，用36V電線(xiàn)帶電爐絲纏在導火索上在孔口點(diǎn)火。

出渣：人工將工作面松渣全部扒下導井后，蓋好下料導井井蓋出渣，用裝載機配合自卸車(chē)在下部施工支洞出渣。

 

各段豎井挖井程序

豎井I段擴挖：豎井I段總高71米，開(kāi)挖直徑為8.9米，反井鉆形成的導孔中心與I段中心向下游側偏心1.55米，根據以往工程的經(jīng)驗，進(jìn)行擴挖爆破試驗，井口以下20M范圍內為爆破試驗段，因爆破試驗段圍巖穩定性的實(shí)際情況不定，在該段的施工中只能暫按設計提供的圍巖類(lèi)別結合施工規范及相關(guān)的施工經(jīng)驗進(jìn)行試驗性的開(kāi)挖施工，以盡可能的減少對圍巖不必要的振動(dòng)影響，同時(shí)不發(fā)生導井堵塞現象為標準，不斷調整爆破參數。 第一排炮先直接利用φ1.4m導井作為溜渣通道，進(jìn)行全斷面擴挖，布孔間排距為60～75cm，用秒延時(shí)非電雷管引爆，放炮后，導井被堵，經(jīng)放炮震動(dòng)仍未能貫通，用反鏟扒開(kāi)后發(fā)現，堵塞導孔的石渣塊徑為45～55cm之間，3～4塊相互交叉，分析有以下幾點(diǎn)原因：溜渣導井偏??；導孔偏心對溜渣影響較大；分段延時(shí)不夠長(cháng)，單響爆破方量較大。

豎井II段擴挖：豎井II段總高177米，開(kāi)挖直徑為5.9米，擴挖時(shí)直接利用反導井孔，不再擴大溜渣孔，直接全斷面一次鉆爆的方式開(kāi)挖，為保證爆破粒徑達到0.25D的要求，（D為導孔直徑），減少導孔堵塞的可能性，孔深不得大于2.0m，為加快施工進(jìn)度，施工中經(jīng)過(guò)多次試驗調整，確定單循環(huán)孔深為2.5米。

臨時(shí)支護：導孔擴挖時(shí)，一般情況下不作支護，必要時(shí)采用短錨桿支護；全斷面擴挖，根據開(kāi)挖出露地質(zhì)情況，確定2~3個(gè)單元開(kāi)挖后再進(jìn)行支護。根據不同類(lèi)別的圍巖，支護參數各不相同，Ⅲ類(lèi)、Ⅲ-Ⅳ類(lèi)圍巖，井壁采用Ф25，L=300cm錨桿及素噴C30厚10cm相結合的方法；若遇Ⅴ類(lèi)圍巖將加長(cháng)錨桿到400cm，再掛Ф6.5@25cm×25cm鋼筋網(wǎng)噴C30砼15cm的方法，以確保施工安全。錨桿施工采用手風(fēng)鉆造孔，普通水泥砂漿袋加早強劑注漿，人工安裝錨桿。噴砼采用干噴法施工，上部80m采用噴射管入井，下部采用把噴射機運到井底，再用吊盤(pán)運輸半成品料噴護的方法，在吊籃中噴射，并在井內設一風(fēng)扇加強通風(fēng)。

周寧水電站 - 防堵井措施

在施工過(guò)程中，通過(guò)對豎井各段的施工，均發(fā)生大小不同的多次堵井，給進(jìn)度及施工安全影響很大。豎井I段在開(kāi)始擴挖施工中，首先選用φ1.4導井直接作為溜碴井，全斷面一次從φ1.4m刷大到φ9.0m，放炮后，塊徑大、碴量多，溜碴井堵塞可能性大大增加，在井口部位出現導井堵塞現象，后來(lái)采用先將導井直徑刷大到φ3.0m，再從φ3.0m刷大到φ9.0m，未出現堵孔現象。豎井III刷大開(kāi)挖，總結豎井I段刷大開(kāi)挖經(jīng)驗后，先將導井從φ1.4m刷大開(kāi)挖到φ2.5m，再從φ2.5m擴大到設計規格線(xiàn)，在擴挖過(guò)程中，從未發(fā)生過(guò)堵井現象。

豎井II段的擴挖，因采用全斷面一次刷大的方法，直接利用φ1.4m反導井作為溜渣井，與豎井III段相比較，采取了降低單循環(huán)鉆孔深度，減小炮孔間排距，達到最終減小爆破粒徑的目的，但在施工過(guò)程中，第一、二排炮擴挖時(shí)，因炮孔間排距未嚴格控制，爆破粒徑太大，造成導井上口堵塞，經(jīng)過(guò)調整后，未出現上口堵塞現象；因導井下部容渣量較小，出渣不及時(shí)，造成導井下口堵塞三次，給工程帶來(lái)較大的難度，處理時(shí)安全隱患極大，且影響施工進(jìn)度。

周寧水電站 - 主要樞紐設計

 

周寧水電站

電站樞紐由攔河壩、泄水建筑物、輸水系統、地下廠(chǎng)房及地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高72.40m，壩頂高程634.40m，壩頂長(cháng)206m，壩頂寬7.50m，壩體上游面垂直，擋水壩段下游面壩坡1:0.72。溢流壩段位于大壩中部，堰頂高程621m，設3個(gè)溢流表孔及3扇12m×12m弧形閘門(mén)，實(shí)用堰下接1:0.7壩坡，挑流反弧半徑為20m，挑射角28°。引水系統布置在右岸，由發(fā)電進(jìn)水口、引水隧洞、上游調壓井、高壓豎井及管道、鋼筋混凝土岔管等組成。發(fā)電進(jìn)水口為岸塔式結構，由攔污柵、喇叭段、閘室和漸變段組成，進(jìn)口底板高程598m，檢修平臺高程635m，進(jìn)水口設三扇攔污柵和一扇孔口尺寸為5×6m事故門(mén)。引水隧洞開(kāi)挖洞徑6.80m，底坡i＝3.42‰，隧洞大部分不襯砌，部分采用鋼筋混凝土襯砌和錨噴支護。高壓管道由上游調壓井、高壓豎井、高壓水平段、岔管和鋼支管段組成。高壓豎井與調壓井采用通天布置，調壓井上室高8m、井筒高71.05m，開(kāi)挖直徑8.90m，襯后內徑7.70m；高壓豎井高381.60m，襯后內徑4.7m，總井高452.65m。調壓井設有5×5m事故門(mén)，其最高涌浪水位640.45m，最低涌浪水位567.77m。高壓下平段長(cháng)152.48m，高壓岔管長(cháng)12m，采用“Y”型對稱(chēng)岔。豎井、下平段及岔管均采用C30鋼筋混凝土襯砌。岔管最大靜水壓力水頭450m，主管襯后直徑4.70m，支管襯后直徑2.70m。岔管后接長(cháng)16m的鋼筋混凝土支管，鋼支管長(cháng)89.3m，為16Mn鋼，其管壁厚48-50mm。

周寧水電站 - 高壓引水豎井施工技術(shù)

周寧水電站引水豎井總高453m，施工難度大、技術(shù)要求高。為此，對周寧水電站高壓引水豎井工程的施工技術(shù)進(jìn)行了研究，對豎井施工采取的技術(shù)、安全技術(shù)、質(zhì)量成果的可行性進(jìn)行了驗證。結果表明，豎井人員、材料與混凝土運輸安全系統，防墜安全技術(shù)、無(wú)軌防旋轉控制技術(shù)、施工與運輸的配合技術(shù)，很好地解決了長(cháng)豎井施工技術(shù)難點(diǎn)，安全保障大大提高，且成本低、工藝簡(jiǎn)單、推廣性很強；滑模技術(shù)的應用、反井鉆機的應用、噴錨支護技術(shù)的應用，使豎井施工的各大危險源得到了全面有效的控制，實(shí)現了豎井施工零事故。

周寧水電站 - 運行效能

周寧水電站主體工程開(kāi)工建設以來(lái)，閩東水電公司強化工程建設管理，各參建單位密切配合，施工過(guò)程采用了許多新材料、新工藝、新技術(shù)，并堅持不斷地進(jìn)行技術(shù)管理創(chuàng )新，縮短了工程建設工期，有效提高工程質(zhì)量。經(jīng)過(guò)三年來(lái)的運行實(shí)踐表明，周寧電站大壩、引水系統、廠(chǎng)房等部位的閘門(mén)、金屬結構、啟閉機系統、監控系統等主要設備制造與安裝符合設計要求，質(zhì)量?jì)?yōu)良，運行穩定。安全監測資料表明水工建筑物運行安全可靠，滿(mǎn)足設計要求。電站投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，累計發(fā)電量達24億度，為振興閩東老區經(jīng)濟發(fā)展做出了貢獻。

周寧水電站榮獲“2008年度中國電力優(yōu)質(zhì)工程”獎，成為華電在閩企業(yè)中唯一獲此殊榮的單位，是我國電力建設行業(yè)工程質(zhì)量的最高榮譽(yù)獎。

周寧水電站主體工程開(kāi)工建設以來(lái)，閩東水電公司強化工程建設管理，各參建單位密切配合，施工過(guò)程采用了許多新材料、新工藝、新技術(shù)，并堅持不斷地進(jìn)行技術(shù)管理創(chuàng )新，縮短了工程建設工期，有效提高工程質(zhì)量。經(jīng)過(guò)運行實(shí)踐表明，周寧電站大壩、引水系統、廠(chǎng)房等部位的閘門(mén)、金屬結構、啟閉機系統、監控系統等主要設備制造與安裝符合設計要求，質(zhì)量?jì)?yōu)良，運行穩定。安全監測資料表明水工建筑物運行安全可靠，滿(mǎn)足設計要求。電站投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，累計發(fā)電量達24億度，為振興閩東老區經(jīng)濟發(fā)展做出了貢獻。