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12.36km的引水隧洞以及高壓豎井、壓力管道、地下廠房洞室群和地面式升壓開關(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(diào)壓井（EL634～EL560）和下部的豎井（EL180.75～EL560.00）組成，總高為453.25m。引水隧洞軸線高程為EL560.00，調(diào)壓井設(shè)計開挖直徑為8.9m；豎井設(shè)計開挖直徑有5.7m和5.9m，豎井下部接高壓管道下平段；鑒于豎井開挖及后續(xù)項目施工安全的需要，將引水高壓豎井井壁統(tǒng)一增加5cm厚C20素砼作為臨時支護，相應(yīng)開挖斷面直徑增大10cm；為保證工期及施工方便在豎井中部設(shè)一豎井施工支洞，分岔進入豎井。

電站樞紐由攔河壩、泄洪建筑物、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞群及開關(guān)站等建筑物組成。該電站工程有長達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(zhuǎn)速428.6r/min的高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量水輪發(fā)電機組，工程建設(shè)難度大。電站主體工程于2001年12月開工，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（晶洞）花崗巖，飽和極限抗壓強度弱風化巖石為80～140mpa、微風化～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。斷層及破碎帶巖體為Ⅲ~Ⅳ類巖體。在EL488m、、EL425m、EL409m～EL405m等風化夾層，傾角55°～75°，寬1～3cm、巖體破碎，有夾層處圍巖為Ⅳ類。EL382m處有一細粒花崗斑巖脈通過、傾角20°～40°，寬80cm，與圍巖接觸較好。EL223m處有一輝綠巖脈通過，傾角35°寬50cm，與圍巖接觸較好，除有夾層和斷層破碎帶通過的豎井段外，其它豎井段圍巖中等～完整，屬ⅠⅡ類圍巖，屬中等地應(yīng)力地區(qū)。

周寧水電站 - 施工重點、難點和安全因素分析

 

周寧水電站

根據(jù)引水高壓豎井結(jié)構(gòu)特點、巖石及地質(zhì)情況，結(jié)合本工程主體建筑物的布置與結(jié)構(gòu)型式，類似工程的施工經(jīng)驗，目前豎井施工的施工機械，重點從以下幾個方面與常用的施工方法進行比較，再確定總體施工方法。

深井通風與除塵問題：通風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)時間，加快施工速度的重要工序。目前，隧洞通風主要以機械通風為主。但對于高達453.25m深井的通風與除塵問題將面臨著極大的困難。因此施工中選擇一種盡量使用自然風與機械通風來進行通風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。

深井施工的安全問題：安全是每個職工的生命，因此每個工程隊伍都必須將“施工安全”放在首要位置。但在目前的開挖施工中常用的機械設(shè)備是手風鉆，工作人員必須進入工作面打眼放炮，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設(shè)備是很有必要的。

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

進度分析：根據(jù)本工程的工期要求及施工特點，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日開工至2004年8月1日支洞封堵結(jié)束，具備充水調(diào)試條件?？偣て跒椋?9個月零17天），高壓豎井的開挖施工工期只能為8個月；后來業(yè)主要求將工期提前3個月，相應(yīng)的豎井開挖工期縮短，因此，要滿足進度要求，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(yīng)當是輔助工程量小，設(shè)備簡單、施工安全、施工速度快。在深井的反井施工中有普通法掘進反井法、吊罐反井法、爬罐法掘進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(shè)備等的優(yōu)點，但是工作人員爬梯子上下困難、勞動強度大、材料運輸不方便、坑木消耗量大、通風條件差、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、勞動強度較低、施工經(jīng)濟等優(yōu)點，但它事先需要鉆機打精度較高的繩眼，前期準備時間較長、通風條件差、工作面易聚有害氣體，影響作業(yè)和安全，隨著掘井深度的延深，輔助時間加長，施工速度明顯減慢。難以保證施工安全及進度；爬罐反井法與吊罐反井法比較類似，具有工效高、速度快、勞動強度低的優(yōu)點，但是設(shè)備投資較大，通風條件差，工作面易聚有害氣體，影響作業(yè)和安全，隨著掘井深度的延深，輔助時間較長，施工速度明顯減慢。反井鉆井法較普通法和吊罐法的設(shè)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，即人們所說的正井法和反井法。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(jié)法、帷幕法和注漿法等，有時幾種方法同時使用。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(dǎo)井，利用導(dǎo)井的通風、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(dǎo)井設(shè)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，如何合理分段進行立體平行作業(yè)法施工是加快施工進度的關(guān)鍵。根據(jù)豎井的結(jié)構(gòu)特點，原設(shè)計有三個通道，為了保證工期，經(jīng)專家咨詢，增加一個施工支洞，分兩個洞口進入豎井，共形成五個通道。開挖期，Ⅲ段與Ⅰ段同步施工，Ⅲ段與Ⅱ段同步施工，以巖塞段進行分隔，Ⅱ段導(dǎo)孔井施工與上游閘門井同步施工進行分隔。開挖與砼交叉期，Ⅰ段砼與Ⅱ段開挖同步，Ⅱ段開挖與Ⅲ段砼同步，Ⅱ段開挖完成，Ⅲ段砼完成后進行巖塞段開挖采用從豎井旁洞出渣。

井內(nèi)交通運輸系統(tǒng)及安全系統(tǒng)：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題。

人員和材料運輸設(shè)置一個無軌吊籃，在吊藍兩側(cè)設(shè)一穩(wěn)定鋼繩，鋼繩下部設(shè)配重（500KG），設(shè)專用卷揚機，在吊藍上設(shè)捕繩器（bf-111型），并從煤礦行業(yè)引進先進技術(shù)，在上井架上設(shè)緩沖器，以解決瞬間制動后人員材料的緩沖擊。在井的一側(cè)設(shè)置安全爬梯。每24m設(shè)置一個休息平臺，每12m設(shè)一個休息防護罩。并每24m作一個交錯。交錯上方設(shè)置防護頂，作為緊急安全通道。安全系統(tǒng)主要是設(shè)備的安全和控制、信號系統(tǒng)，主要設(shè)備安全是卷揚機的運行速度（4～8m/h），制動系統(tǒng)為自動和手動結(jié)合?？刂菩盘枮殡娾徍蜔艄鈨蓚€并聯(lián)，安排專人管理，控制線與吊籃同步下井，由井內(nèi)人員控制信號，井口值班人員操作，信號為井內(nèi)外雙向互動，控制電壓為36V，并在鋼繩上設(shè)到位標志。各工作面間的通訊連接采用內(nèi)部自動電話。

反井鉆機施工技術(shù)：高壓引水豎井屬于較深的深井，施工難點主要是導(dǎo)井的施工，經(jīng)過安全、技術(shù)、進度及經(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(dǎo)孔的質(zhì)量是整個豎井成型的關(guān)鍵，所以反導(dǎo)井施工的關(guān)鍵是如何解決先導(dǎo)孔偏差問題，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(dǎo)孔施工中，偏差＞2%，而設(shè)計要求的先導(dǎo)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(xiàn)，抗壓強度差別大，是造成偏差的一個原因；安裝精度，開孔段和不良地質(zhì)段的造孔速度是另一個原因；合理加設(shè)穩(wěn)定鉆桿，合理控制鉆進速度是第三原因，根據(jù)第一次鉆孔的偏差情況，第二次鉆孔時向傾向方人為移動700mm。成孔后，偏差為1.1%，有人為移動，達到設(shè)計要求，Ⅰ段與Ⅱ段巖性相對均一，一次施工精度達設(shè)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%以內(nèi)；先導(dǎo)孔施工時，孔口30m，用1~3m/天的鉆進速度；鉆桿前30m增加穩(wěn)定鉆桿數(shù)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(zhuǎn)速，并在開孔時采用扶正器等方法。各段的反導(dǎo)井施工結(jié)束后，結(jié)合豎井的結(jié)構(gòu)和反井鉆導(dǎo)井尺寸，根據(jù)以往的經(jīng)驗，并通過爆破試驗，φ6.0m井采用導(dǎo)井從φ1.4m先進行一次刷井，擴大到φ2.5m，再進行全斷面擴挖和支護。全斷面一次從φ1.4刷大到設(shè)計斷面。

測量控制：溜渣導(dǎo)井擴挖規(guī)格線控制：從洞外控制網(wǎng)經(jīng)測量導(dǎo)線引控制點到井口附近，在井口處搭設(shè)一過豎井中心的工字鋼支架，在支架的中心固定一個能垂直升降的垂球，以較正豎井中心線用，由于是中導(dǎo)洞，開挖規(guī)格要求不高，不再進行精確放線。

設(shè)計輪廓擴挖規(guī)格線控制：從洞外控制網(wǎng)經(jīng)測量導(dǎo)線引控制點到井口附近，豎井井口15m以上擴挖井口井架未安裝前，制作垂直移動控制點，用垂球把控制點引在開挖掌子面放線。井口15m以下擴挖待井口井架安裝到位后，把井口控制點引到井架上，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，進行校核合格后再用激光束導(dǎo)向，井下用鋼尺放樣，并定期檢查準直儀的精度，同時檢查上一排炮的超欠挖情況。

鉆孔：擴挖均采用人工手風鉆鉆孔。

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，孔內(nèi)用秒延時非電雷管，孔外用火雷管引爆非電，用36V電線帶電爐絲纏在導(dǎo)火索上在孔口點火。

出渣：人工將工作面松渣全部扒下導(dǎo)井后，蓋好下料導(dǎo)井井蓋出渣，用裝載機配合自卸車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，開挖直徑為8.9米，反井鉆形成的導(dǎo)孔中心與I段中心向下游側(cè)偏心1.55米，根據(jù)以往工程的經(jīng)驗，進行擴挖爆破試驗，井口以下20M范圍內(nèi)為爆破試驗段，因爆破試驗段圍巖穩(wěn)定性的實際情況不定，在該段的施工中只能暫按設(shè)計提供的圍巖類別結(jié)合施工規(guī)范及相關(guān)的施工經(jīng)驗進行試驗性的開挖施工，以盡可能的減少對圍巖不必要的振動影響，同時不發(fā)生導(dǎo)井堵塞現(xiàn)象為標準，不斷調(diào)整爆破參數(shù)。 第一排炮先直接利用φ1.4m導(dǎo)井作為溜渣通道，進行全斷面擴挖，布孔間排距為60～75cm，用秒延時非電雷管引爆，放炮后，導(dǎo)井被堵，經(jīng)放炮震動仍未能貫通，用反鏟扒開后發(fā)現(xiàn)，堵塞導(dǎo)孔的石渣塊徑為45～55cm之間，3～4塊相互交叉，分析有以下幾點原因：溜渣導(dǎo)井偏??；導(dǎo)孔偏心對溜渣影響較大；分段延時不夠長，單響爆破方量較大。

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

臨時支護：導(dǎo)孔擴挖時，一般情況下不作支護，必要時采用短錨桿支護；全斷面擴挖，根據(jù)開挖出露地質(zhì)情況，確定2~3個單元開挖后再進行支護。根據(jù)不同類別的圍巖，支護參數(shù)各不相同，Ⅲ類、Ⅲ-Ⅳ類圍巖，井壁采用Ф25，L=300cm錨桿及素噴C30厚10cm相結(jié)合的方法；若遇Ⅴ類圍巖將加長錨桿到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，再用吊盤運輸半成品料噴護的方法，在吊籃中噴射，并在井內(nèi)設(shè)一風扇加強通風。

周寧水電站 - 防堵井措施

在施工過程中，通過對豎井各段的施工，均發(fā)生大小不同的多次堵井，給進度及施工安全影響很大。豎井I段在開始擴挖施工中，首先選用φ1.4導(dǎo)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(xiàn)導(dǎo)井堵塞現(xiàn)象，后來采用先將導(dǎo)井直徑刷大到φ3.0m，再從φ3.0m刷大到φ9.0m，未出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象。豎井III刷大開挖，總結(jié)豎井I段刷大開挖經(jīng)驗后，先將導(dǎo)井從φ1.4m刷大開挖到φ2.5m，再從φ2.5m擴大到設(shè)計規(guī)格線，在擴挖過程中，從未發(fā)生過堵井現(xiàn)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(dǎo)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，但在施工過程中，第一、二排炮擴挖時，因炮孔間排距未嚴格控制，爆破粒徑太大，造成導(dǎo)井上口堵塞，經(jīng)過調(diào)整后，未出現(xiàn)上口堵塞現(xiàn)象；因?qū)Ь虏咳菰枯^小，出渣不及時，造成導(dǎo)井下口堵塞三次，給工程帶來較大的難度，處理時安全隱患極大，且影響施工進度。

周寧水電站 - 主要樞紐設(shè)計

 

周寧水電站

電站樞紐由攔河壩、泄水建筑物、輸水系統(tǒng)、地下廠房及地面開關(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(shè)3個溢流表孔及3扇12m×12m弧形閘門，實用堰下接1:0.7壩坡，挑流反弧半徑為20m，挑射角28°。引水系統(tǒng)布置在右岸，由發(fā)電進水口、引水隧洞、上游調(diào)壓井、高壓豎井及管道、鋼筋混凝土岔管等組成。發(fā)電進水口為岸塔式結(jié)構(gòu)，由攔污柵、喇叭段、閘室和漸變段組成，進口底板高程598m，檢修平臺高程635m，進水口設(shè)三扇攔污柵和一扇孔口尺寸為5×6m事故門。引水隧洞開挖洞徑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(diào)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(diào)壓井采用通天布置，調(diào)壓井上室高8m、井筒高71.05m，開挖直徑8.90m，襯后內(nèi)徑7.70m；高壓豎井高381.60m，襯后內(nèi)徑4.7m，總井高452.65m。調(diào)壓井設(shè)有5×5m事故門，其最高涌浪水位640.45m，最低涌浪水位567.77m。高壓下平段長152.48m，高壓岔管長12m，采用“Y”型對稱岔。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16m的鋼筋混凝土支管，鋼支管長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)量成果的可行性進行了驗證。結(jié)果表明，豎井人員、材料與混凝土運輸安全系統(tǒng)，防墜安全技術(shù)、無軌防旋轉(zhuǎn)控制技術(shù)、施工與運輸?shù)呐浜霞夹g(shù)，很好地解決了長豎井施工技術(shù)難點，安全保障大大提高，且成本低、工藝簡單、推廣性很強；滑模技術(shù)的應(yīng)用、反井鉆機的應(yīng)用、噴錨支護技術(shù)的應(yīng)用，使豎井施工的各大危險源得到了全面有效的控制，實現(xiàn)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工建設(shè)以來，閩東水電公司強化工程建設(shè)管理，各參建單位密切配合，施工過程采用了許多新材料、新工藝、新技術(shù)，并堅持不斷地進行技術(shù)管理創(chuàng)新，縮短了工程建設(shè)工期，有效提高工程質(zhì)量。經(jīng)過三年來的運行實踐表明，周寧電站大壩、引水系統(tǒng)、廠房等部位的閘門、金屬結(jié)構(gòu)、啟閉機系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等主要設(shè)備制造與安裝符合設(shè)計要求，質(zhì)量優(yōu)良，運行穩(wěn)定。安全監(jiān)測資料表明水工建筑物運行安全可靠，滿足設(shè)計要求。電站投產(chǎn)發(fā)電以來，累計發(fā)電量達24億度，為振興閩東老區(qū)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(shè)行業(yè)工程質(zhì)量的最高榮譽獎。

周寧水電站主體工程開工建設(shè)以來，閩東水電公司強化工程建設(shè)管理，各參建單位密切配合，施工過程采用了許多新材料、新工藝、新技術(shù)，并堅持不斷地進行技術(shù)管理創(chuàng)新，縮短了工程建設(shè)工期，有效提高工程質(zhì)量。經(jīng)過運行實踐表明，周寧電站大壩、引水系統(tǒng)、廠房等部位的閘門、金屬結(jié)構(gòu)、啟閉機系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等主要設(shè)備制造與安裝符合設(shè)計要求，質(zhì)量優(yōu)良，運行穩(wěn)定。安全監(jiān)測資料表明水工建筑物運行安全可靠，滿足設(shè)計要求。電站投產(chǎn)發(fā)電以來，累計發(fā)電量達24億度，為振興閩東老區(qū)經(jīng)濟發(fā)展做出了貢獻。