抽水蓄能电站地下洞室群施工安全关键技术研究

一、引言

随着能源结构调整与电力需求峰谷差日益增大，抽水蓄能电站在电力系统中的 “削峰填谷”、调频调相、紧急事故备用等功能愈发凸显。然而，抽水蓄能电站建设涉及大规模地下洞室群开挖，其施工环境复杂、地质条件多变、作业风险高，施工安全成为工程建设的核心关注点。深入研究地下洞室群施工安全关键技术，对确保工程质量、保障人员生命财产安全、推动抽水蓄能产业发展具有重大意义。

二、围岩稳定性分析与支护技术

（一）地质勘察与围岩分级

精确地质勘察是围岩稳定性分析的基石。综合运用地质测绘、物探、钻探等手段，全面获取地下洞室群区域地质构造、岩石特性、地下水分布等信息。依据勘察结果，参照相关规范进行围岩分级，如国际常用的 Q 系统、国内的 BQ 分类法，为后续支护设计提供基础依据。在某抽水蓄能电站项目前期，通过高密度电法勘探结合钻孔取芯，精准查明地下 500 余米深处花岗岩体的节理裂隙发育状况，确定围岩级别，有效指导支护方案选型。

（二）数值模拟分析

采用有限元、离散元等数值模拟方法，对地下洞室群开挖过程中的围岩应力、应变、位移进行动态模拟。模拟不同开挖顺序、支护时机下围岩响应，优化施工方案。以 FLAC3D 软件为例，模拟某电站地下厂房分层开挖，结果显示先开挖顶拱、及时支护，再逐层向下开挖，能有效控制围岩变形，避免过大塑性区产生，保障洞室整体稳定。

（三）支护技术体系

1.初期支护

锚喷支护是常用初期支护手段，锚杆深入围岩内部，提供锚固力约束围岩变形；喷射混凝土迅速封闭围岩表面，增强岩体整体性，抵抗风化与应力侵蚀。在高地应力区，预应力锚杆、锚索应用广泛，如某电站高压岔管段，采用 500kN 级预应力锚索，有效控制围岩收敛位移在允许范围内。

2.二次支护

根据围岩长期变形监测结果，适时施作二次衬砌。钢筋混凝土衬砌具备高强度、耐久性，为洞室提供永久支护。衬砌厚度、配筋依据围岩级别、洞室跨度等设计，施工中注重衬砌与初期支护密贴，防止脱空，确保联合承载。

三、施工通风关键技术

（一）通风系统规划

依据洞室群规模、布局、施工方法，规划通风系统。确定通风方式，如压入式、抽出式或混合式通风；合理布置通风机、通风管道，确保新鲜空气能送达各作业面，污浊空气及时排出。对于多分支、多层次的地下洞室群，采用分区通风，将电站地下厂房、输水隧洞等划分为不同通风区域，按需分配风量，提高通风效率。

（二）通风设备选型与安装

根据通风量、风压需求选择合适通风机，考虑洞室长度、弯道阻力等因素，配备足够功率。通风管道选用阻燃、抗静电、高强度材质，如柔性风筒或硬质风管，安装过程中确保连接紧密、平顺，减少漏风与风阻。在某大型抽水蓄能电站施工中，选用直径 1.5m 大功率轴流通风机，配合长距离拉链式柔性风筒，有效解决了深部洞室通风难题。

（三）通风效果监测与优化

建立通风效果监测体系，实时监测作业面空气质量，包括氧气含量、有害气体浓度（如一氧化碳、硫化氢等）、粉尘含量。依据监测数据，动态调整通风参数，如通风量、通风时间，必要时优化通风系统布局。通过定期监测与优化，保障施工人员呼吸健康，营造良好作业环境。

四、开挖爆破安全技术

（一）爆破方案设计

依据围岩特性、洞室轮廓要求，设计合理爆破方案。选择适配炸药品种、雷管段位，确定炮孔间距、排距、深度等参数。采用光面爆破、预裂爆破技术，控制开挖轮廓平整度，减少超欠挖，降低对围岩扰动。如在地下厂房岩锚梁部位，运用精细光面爆破，确保岩锚梁岩壁平整度偏差控制在 15cm 以内，保障岩锚梁承载性能。

（二）爆破震动控制

通过现场爆破试验，建立爆破震动衰减规律公式，预测爆破震动对周边围岩及已建构筑物影响。根据预测结果，调整爆破参数，控制单段最大装药量，采用微差爆破、缓冲爆破等技术，降低震动峰值。某抽水蓄能电站输水隧洞临近已运行公路隧道，施工中严格控制爆破震动，经监测，公路隧道衬砌结构最大质点震动速度小于安全允许值，确保其正常运行。

（三）爆破安全防护

对爆破作业面周边设备、设施采取防护措施。设置防护排架、沙袋屏障阻挡飞石；对附近精密仪器、电气设备覆盖防护篷布，防止爆破冲击损坏。同时，加强爆破作业人员安全培训，严格执行爆破操作规程，确保人员安全。

五、涌水防治关键技术

（一）水文地质勘察与涌水预测

详细查明地下洞室群区域水文地质条件，包括含水层分布、地下水水位、水力联系等。运用地下水数值模拟软件，如 MODFLOW，结合地质模型，预测洞室开挖过程中涌水位置、水量、水压。某抽水蓄能电站前期勘察发现，地下厂房区存在隐伏岩溶通道，经涌水预测，提前制定应对预案，避免施工突发涌水事故。

（二）排水系统构建

建立完善排水系统，包括洞内临时排水与永久排水设施。沿洞室底部设置排水沟，将涌水有序汇集至集水井，再通过排水泵抽排至洞外；在洞室周边设置排水孔幕，降低地下水压力，拦截外围地下水流入。对于高水压涌水区，采用深孔排水、减压井等技术，有效疏干围岩，保障施工安全。

（三）注浆堵水技术

当涌水量大、水压高，单纯排水难以奏效时，采用注浆堵水技术。根据涌水通道特性，选择合适注浆材料，如水泥 - 水玻璃双液浆、聚氨酯化学浆等，通过钻孔注浆，封堵涌水裂隙，加固围岩。在某电站高压输水隧洞涌水段，经多次注浆，成功将涌水量控制在允许范围内，确保隧洞衬砌施工顺利进行。

六、基于数字化技术的施工安全管控

（一）BIM 技术应用

构建抽水蓄能电站地下洞室群 BIM 模型，集成地质、设计、施工等多源信息。通过模型可视化，提前发现设计图纸碰撞问题，优化施工方案；施工过程中，实时跟踪进度、质量、安全状况，如利用 BIM 与物联网结合，对支护结构受力、设备运行状态进行动态监测，实现问题预警与快速处置。

（二）施工管理信息化平台搭建

搭建涵盖人员管理、设备管理、材料管理、安全管理等功能的施工管理信息化平台。实现人员进出洞室实时考勤、轨迹追踪；设备运行维护记录电子化，按需调配；材料采购、库存、使用全程管控；安全隐患排查、整改信息化流程闭环管理，全面提升施工管理效率与精细化程度。

（三）远程监控与智能决策

在关键施工部位设置高清摄像头，实现远程实时监控。结合大数据分析、人工智能技术，对监控数据深度挖掘，自动识别安全风险，如围岩异常变形、爆破违规操作、通风不畅等，辅助管理人员智能决策，及时下达整改指令，防患于未然。

七、结论

抽水蓄能电站地下洞室群施工安全关键技术涵盖围岩稳定、通风、爆破、涌水防治及数字化管控多个领域。各技术环节紧密关联，需协同推进。通过精准地质勘察、科学方案设计、先进设备应用、数字化赋能，可有效应对复杂施工环境，提升施工安全保障能力。未来，随着抽水蓄能产业蓬勃发展，持续深化技术研究、创新管理模式，将助力抽水蓄能电站建设迈向更高水平，为能源事业发展注入强劲动力。

参考文献：

[1] 王勇。抽水蓄能电站地下洞室群围岩稳定性分析与支护技术 [J].岩石力学与工程学报，2022 （06）： 1201 - 1208.

[2] 张宏。抽水蓄能电站地下洞室群施工通风关键技术探讨 [J]. 地下空间与工程学报，2021 （04）： 1033 - 1038.