抽水蓄能电站超长斜井施工安全控制与精度保障技术研究

在抽水蓄能电站输水系统中，超长斜井处承担着连接上、下游水库和输水的核心作用，其施工质量的好坏直接影响到电站的输水效率和安全运行。重庆蟠龙抽水蓄能电站输水工程共设6 个长斜坡道，其中 3 级斜坡道最长为 261.1m ，坡度统一定在 55°，开挖半径为 3.5-4.15 米。工程地质条件主要为微风化砂岩，局部夹有泥岩夹层，施工阶段面临三方面的核心难题：一是导井钻孔深度大、倾角大，地质条件不均匀容易引起钻孔偏斜，影响后续扩孔精度。二是人员和设备的垂直输送距离较长，提升系统发生故障时有坠落的危险；三是爆破震动对围岩稳定性的扰动，增大了塌方的几率。传统的斜井一般采用单反井钻法或人工开挖，其斜率值超过 5‰ ，且缺乏安全防护措施。本文以蟠龙电站为例，从安全控制和精度保证的角度，对超长斜井施工关键技术进行了系统的阐述，以期为同类工程提供可借鉴的解决办法。

1.超长斜井施工安全控制技术体系

1.1 双台车分层运输与荷载验算

为满足超长斜井人设备运输的安全要求，本文提出了“人+物”双台车的同轨分层布置方案：上层配备一台载人运输台车（最小承载力为 8 人，设计质量为 1543kg） ，采用 1 台 60 KN 的双筒绞车牵引牵引，配合 Φ28mm 钢丝绳（最小断裂拉力 484 KN，安全系数 12）；采用 2 台 10 t 同步凿井绞车，配套 Φ26mm 钢丝绳（最小断裂拉力 395KN ，安全系数 6），采用 2 台 10 t 同步凿井绞车牵引。台车轨道选用 P43 型钢轨，随开挖进尺逐段铺设，为防止台车在运行时出现错轨，采用焊接补强的方法。

采用力学模型对台车的最大荷载进行了计算，计算结果表明：扩挖台车运行荷载包括：自重 4.741t，手风钻 0.45 t，钢丝绳 1.744 t，配件 0.3 t，总荷载为 7.235 t，采用的 Φ26mm 钢丝绳破断拉力 395KN ，安全系数为 6.03，满足《水电水利工程斜竖井施工规范》中有关规定；乘员车的工作荷载包括：自重1.54 吨，人员重量 0.8 吨，钢丝绳 2.02 吨，总载荷 4.36 吨。钢丝绳的最大拉力为 39.46 KN，而直径28mm 的钢丝绳安全系数为 12.26 。同时，开展台车框架的挠度和抗剪性能研究：采用[12 槽钢为受力构件，采用简支梁模型，得到最大挠度 0.57mm （容许值 4.25mm ）、抗剪强度 12.69N/mm² （容许值120N/mm² ），结构稳定性满足施工需求。

1.2 地质预报与动态支护

本文采用“地质雷达+钻孔验证”联合预测方法：选择瑞典 MALA ProEx 地质雷达，配以百兆赫天线，在斜井前方 30m 范围内开展点测（测点间距 0.1 米，记录时间窗口 500ns） ），识别裂隙带、泥岩夹层等不良地质体；1#引水二级斜井施工时，提前探测 80～95m 段有 7 个裂隙带，渗漏量 34 L/s，为后续注浆加固提供数据支撑；在导井施工阶段，每隔 50m 钻一口验证孔，进行岩心完整性分析，确定地层电阻率小于 65% 的地段作为薄弱地段，提前调整爆破参数。

1.3 参数优化与振动监测

通过现场试验，优选出周边孔间距 40cm 、装药密度 150g/m 、选用 Φ25mm 乳化炸药、毫秒微差雷管分段起爆（段间距 50ms ）以减小同一断面爆破振动的叠加效应；槽孔深2.0 米，单孔装药量 0.8kg ，为保证开挖面的平整度，采用楔形掏槽方式；监测结果表明，该隧道的最大振速为 1.2cm/s （规范限值 2.5cm/s） ，围岩的完整性没有受到破坏。

2.超长斜井施工精度保障技术

2.1 定向钻与反井钻联合技术

针对超长斜井导井偏斜的难题，采用 TDX-50 定向钻机，配以 Φ216mm 三牙轮钻头+螺旋纠偏钻具+无线 LWD 测斜仪，每钻 1 根钻杆（9 米）进行一次测斜，孔深 5～10 米区间加密测斜，偏斜大于0.5 米时，启动螺旋钻具纠偏（工具面角反向扭转 10-30^∘ °，定向钻进长度 2-3 米）；本项目拟采用膨润土/纤维素复配泥浆（粘度 30–40s ）护壁，并在裂隙段加入高粘堵剂（ 3% ，对 1#引水二级斜井 66m 裂隙段采用泥浆护壁，使渗漏量由 35 L/s 降低到 5 L/s 以下，确保了钻进方向的稳定性。

定向钻完 Φ216mm 先导孔后，更换 Φ250mm 钻头继续刷孔，再用 BMC400 反井钻机自下而上扩孔至Φ2.2 米，钻杆转速 8r/min 、提拉速度 0.5m/min ，岩屑通过导井自重实现溜渣，避免孔内积渣影响精度；2#导流洞三级斜井导井施工过程中，实际偏差为 3.4%c ，小于设计允许值 5‰ ，为下一步扩挖打下了基础。

2.2 激光定向与分层开挖

利用激光定向仪（精度 ±10^… ）对开挖等高线进行标定：每一周期开挖前，先在掌子面上放出一条设计开挖线，周边孔钻削时以激光线为基准，误差不超过 5 毫米；在轨道上安装倾斜尺，每隔 10m 进行一次检查，保证钻进角度与倾斜角度一致（ 55^∘±0.5^∘ °）。

采用“先中后外”的分层开挖法：一层（尺寸 1.94 米 ×2.46 米）开挖中部，形成临空面；第二层（面积 5.4 米 ×4.27 米）延伸至设计等高 20 厘米；第三层用周边光爆破法成形，留有 5 厘米的保护层，由人工修凿而成。实践证明，超挖量小于 25cm ，符合《水电水利工程施工质量检验与评定规程》的要求，减少了回填混凝土的数量。

3. 工程应用效果

重庆蟠龙抽水蓄能电站采用以上安全控制和精度保证技术，取得了显著效果：安全指标上，6 条斜井施工全过程实现零坠落、零塌方事故，提升系统运行故障率 <0.5% ，洞内粉尘浓度稳定控制在 1.8mg/m³以下；在精度指标上，导井斜率在 1.6%0-4.9% 之间，扩孔成形半径偏差不超过 15 毫米，完好砂段周缘孔半孔率 gtrsim85% ；在效率指标上，单井斜井平均缩短了 15 天，比传统工艺提高了 20% 。

结束语：

综上所述，针对抽水蓄能电站超长斜井井眼施工需要以"安全为核心，以精确为目标"为目标，以"设备选型-荷载计算-监测预警"为核心，以双台车分层运输方式和高安全系数钢丝绳选择为重点，对采用高安全系数的钢丝绳研制定向反井导井组合导井技术，利用随钻测斜和泥浆护壁措施，有效地控制了偏斜，满足了高精度贯通要求；动态支护和爆破参数的优化，可以保证围岩的稳定性，减少超欠挖现象的发生，降低工程造价。

参考文献：

[1]江谊园，程雪如. 抽水蓄能电站超长斜井钢管安装与混凝土施工技术[J].电力勘测设计，2022，（09）：64-67+88.

[2]齐界夷. 长龙山抽水蓄能电站超长斜井开挖施工技术[J].电力勘测设计，2021，（09）：1-7.

[3]杨国良，李传波. 抽水蓄能电站超长斜井导井施工技术研究[J].工程技术研究，2020，5（24）：92-9