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“金沙江1号”首战告捷
——水电十四局以礼河四级电站竖井施工记
来源:水电十四局 作者:徐尊 时间:2021-01-28 字体:[ ]

1月26日上午,鏖战数月后,国内首次采用竖井掘进机工艺进行竖井施工的以礼河四级电站出线竖井5.8米井贯通,意味着国内竖井施工工艺开启新篇章,承担此次掘进任务的国产首台竖井掘进机“金沙江1号”也结束了它面世后的首场战役。

贯通的一瞬间,井上井下施工管理人员都欢呼雀跃,在山谷中奔流漫长岁月的金沙江,也激动地拍打着江岸,想要将这份喜悦传递到大山两岸。

环球体育:未雨绸缪,技术先行保生产

作为水电十四局曾经耕耘过的土地,以礼河四级电站复建工程深受公司的重视。2019年3月19日与业主正式签订施工合同后,公司迅速组织人员进场,于2019年3月底成立以礼河四级电站复建工程项目部。项目部成立后,项目领导立即组织技术部门针对复建工程进行了重难点梳理,其中出线竖井的开挖支护是其中最难啃的一块骨头之一。

以礼河四级电站地面出线场位于地下厂房东侧的大坪子缓坡地,紧靠现有省道 S303。出线竖井顶部高程 1127.5m,底部高程 845m,井深 282.5m,最大设计洞径12m。

根据地勘资料,整个四级电站发电厂房系统区域断裂发育,距离区域活动性断裂小江断裂近,区域构造稳定性差。整个出线竖井设计井段围岩类别以Ⅳ类为主,局部为III、Ⅴ类,其中Ⅳ、Ⅴ类围岩主要为弱风化玄武岩,岩体破碎、较破碎,呈碎裂结构,底部与灰岩接触处具挤压,岩体破碎,围岩自稳时间很短,受外力可能发生规模较大的变形和破坏,局部不能自稳,变形破坏严重。

按照施工组织进度计划,出线竖井计划于2020年5月开始施工。虽非关键线路,但出线竖井地质条件较差,加上设计开挖面外围是一条连通两省三县的国道,距离出线场100m范围不到的地方有数幢民宅,施工难度较大,在项目领导与总工程师的牵头下,技术部门早早便对出线竖井的整个施工思路进行初步绘制。

环球体育:敢想敢干,电建人敢为人先

环球体育:安全生产是重中之重,为保障附近居民生命财产安全,施工过程不长期阻断交通,选择合理的施工工艺尤为重要。

在整个行业中,传统竖井施工首先进行井口段处理,再使用反井钻机导孔施工,导孔完成后使用反井钻机进行1.8m溜渣井施工,剩余未达到设计洞径的部分采用爆破进行扩挖,爆破开挖完成后,需要人工配合机械扒渣,随后跟进系统支护。整个流程不仅施工效率低,而且安全风险高。

以礼河四级电站出线竖井兼做交通井,设计洞径较大,仅使用行业内常用1.8m口径的反井钻机施工,仍旧有较大部分的井身需要进行爆破扩挖。且在Ⅳ、Ⅴ类较破碎围岩中进行爆破扩挖,扩挖断面较大,安全风险较高,防护成本也将大大增加。

纵览整个水电行业的竖井施工案例,几乎没有使用过大口径的反井钻机进行竖井施工,行业内现有反井钻机能够开挖的孔径极其有限,传统的1.8m口径的反井钻机无法达到设计要求,会令后续扩挖施工捉襟见肘。由于种种条件限制,在施工方案的选取上,项目部如履薄冰。

项目部在参考国内外竖井典型施工案例后,发现在国外竖井施工中有使用竖井掘进机施工的先例,在一番考量研究之后,发现竖井掘进机在竖井开挖中极具优势:其一,竖井掘进机已在国外运用多年,技术早已成熟,具备可行性条件;其二,竖井掘进机在施工进度上会比传统施工节省更多的时间;其三,竖井掘进机施工实现井下无人化,更能保障施工安全。使用竖井掘进机进行竖井开挖成为了本次施工的首选方案。

环球体育:“是否要在第一个吃螃蟹的人?”此时,国内在竖井施工中尚无使用竖井掘进机施工的案例。

“敢想敢干,是十四局人一贯的作风!”面对传统施工工艺存在较大安全风险,在多次技术会议后,项目部决心勇敢跨出这一步,决定使用国内尚未使用过的新工艺——使用“反井钻机+竖井掘进机”两者相结合进行竖井开挖施工,同时在传统施工模式基础上引入4.5m口径反井钻机用于以礼河四级电站另外两条小断面引水竖井的开挖施工。

环球体育:盘马弯弓,发源地躬行实践

项目部与在业主、设计、监理进行沟通后,这一施工方案得到三方的一致支持。业主表态,作为和十四局长期合作的企业,相信十四局有能力出色地完成以礼河四级电站复建工程的建设任务。

业主的支持让项目部更有底气去实践新工艺。项目部持戈拭马,以此为契机向公司申报科研攻关项目,在破碎岩体条件下使用竖井掘进机进行竖井开挖支护施工工艺实践。

做第一个吃螃蟹的人,必然需要做好充足准备。拟定施工方案后,项目部多次邀请煤矿、水利水电、地质、电气等各行各业专家进行方案研讨,对施工过程中采用导孔定向技术、竖井掘进机施工技术、二次扩挖至永久面等施工技术一一论证,最终敲定在传统竖井施工基础上进行工艺改进,将传统反井钻机1.8m井溜渣,更换为反井钻机1.4m井溜渣,完成后进行5.8m竖井掘进机吊装及井口提升系统的施工,随后进行5.8m竖井掘进机开挖、初期支护及5.8m竖井掘进机拆除,最后进行10m井筒开挖支护的施工程序。

2020年3月,项目部完成疫情期间的全面复工复产,做足了施工准备工作,开始有序组织出线竖井的施工,一场攻坚战序幕由此拉开。

环球体育:葆大国自信,奠行业基础

在实际施工过程中,由于国内未有可借鉴案例,独自摸索,难免碰壁。但面对困难绝不坐以待毙,项目部主动出击,就施工难题集众智、强管理、拼先进,反复总结,不断优化施工。解决了施工过程中反井钻机导孔施工卡钻、塌孔、漏浆等影响施工的难题。

环球体育:2020年5月30日,出线竖井井筒回填混凝土施工完成,形成施工作业平台。

2020年6月4日,定向钻机开始安装,6月8日定向钻机开始造孔,于6月21日、6月26相继完成190mm、270mm导孔施工,定向孔施工出孔孔斜42cm ,偏斜率1.62‰。

环球体育:2020年8月15日,在井架基础施工完成后,反井钻机进行1.4m井导孔施工,于8月28日贯通。

环球体育:2020年10月24日,“金沙江1号”竖井掘进机启动掘进。

环球体育:2021年1月26日上午,竖井掘进机累计掘进257m,一次性贯通出线竖井5.8m井。

5.8m井贯通后井壁留下了完整光滑的岩面,如一件精雕细琢的艺术品,夺目的画卷验证了竖井掘进机在竖井开挖中的实用性、可行性,也证明大国重器“金沙江1号”竖井掘进机在工程应用中的可靠性。施工过程中,日进尺开挖支护最高实现8m/天,平均6m/天的进度。

本月18日,使用4.5m反井钻机进行施工的以礼河引水系统的引水2#竖井精准贯通,成为水电行业地下竖井最大直径反井钻机成功施工的案例。而此次,以礼河四级电站出线竖井使用竖井掘进机一次性成功贯通5.8m井的工程实践,也将为公司乃至整个行业提供大量在破碎岩层条件下竖井开挖施工经验,同时宣示国内竖井施工工艺将由此步入新时代。竖井掘进机开挖支护较人工爆破开挖支护工期提前较多,并且实现全程井下无人化、机械化、智能化,该工艺具有效率高、成井质量好、安全性高等优点,同时可通过更换刀头直径,实现6m以上直径的竖井采用竖井掘进机施工代替传统爆破开挖支护。

忆往昔,以礼河整个梯级水电站于1956年开工建设,1958年第一台机组发电,1972年全部建成,历时17年,均由水电十四局承建,在国内水电工程起步的阶段,老一辈人在这里不畏艰险,大胆耕耘,开疆拓土,深藏功与名。今朝,重返故地,我们这些后生也将砥砺前行,在用好前人总结出的工艺措施的基础上,更加灵活地采用新工艺、新方法,用新技术为安全生产保驾护航。


竖井施工掘进机下井

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