水电站特大型地下洞室开挖新技术研究与实践.docx

1、乌东德水电站特大型地下洞室开挖新技术 研究与实践成果报告中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司 二一六年十二月乌东德水电站特大型地下洞室开挖新技术研究与实践成果报告1、项目概述乌东德水电站是金沙江水电基地下游河段四个水电梯级乌东德、白鹤滩水电站、 溪洛渡水电站和向家坝水电站的第一梯级，为我国在建第三大、世界第七大水电站。左岸 地下电站主要大型洞室包括主厂房、主变洞、尾调室、出线竖井及输水隧洞。主厂房开挖 尺寸为长333.0m宽30.5m高89.8m，其高度居世界第一，跨度居国内第二、世界第四； 主变洞开挖尺寸长272.0m宽18.8m高35.0m；尾调室为半圆筒形结构，顶部为球冠形 穹顶设计，开挖

2、半径26.5m，开挖总高度113.5m，为目前世界最大的尾调室。主厂房、主 变洞和尾调室浅层支护采用系统锚杆（锚筋桩）+挂网喷混凝土型式，深层支护采用端头 锚索和对穿锚索。出线竖井开挖直径14.2m，分为上、下两段，上段深度146m，下段深度 134m；输水隧洞包括引水隧洞和尾水隧洞，其中引水隧洞共布置6 条，每条均由上平段、竖井段和下平段组成，竖井段最大开挖深度约90m，开挖直径为16.1m。本工程项目主要有以下特点。（1）主厂房地质条件复杂，顶拱及高边墙围岩稳定问题突出主厂房开挖揭露的主要工程地质问题有小夹角层面、块体、B 类角砾岩、较长大缓倾 角裂隙、短小缓倾角裂隙相对较发育区、小夹角长

3、大构造结构面、溶洞等。其中为有效控 制小夹角层面、块体及B 类角砾岩对工程围岩的影响，设计增加大量锚索进行加固。而通 常顶拱锚索一般采取布设锚固廊道的方式进行，但乌东德水电站因地质条件无法增布锚固 廊道，且工程工期也不允许，因此锚索施工只能在厂房顶拱层进行施工；而边墙锚索的快速施工对高边墙稳定和厂房整体开挖进度影响重大。（2）特大跨度穹顶开挖无成熟施工经验，安全、质量要求高尾水调压室为半圆筒形结构，穹顶最大跨度达53m，这种结构型式在地下水电站工程 中应用较少，而如此大跨度的穹顶前所未有，没有成熟施工经验，技术难度大、安全风险较高，设计对质量要求较高。（3）主厂房岩锚梁施工质量要求高，工期紧岩

4、锚梁是厂房开挖过程中对质量要求最高的部位，其开挖成型质量直接影响岩锚梁运行安全，而本工程主厂房小夹角和B 类角砾岩地质条件给岩锚梁开挖带来较大的难度；加之受顶拱增加锚索影响，厂房施工工期十分紧张。（4）出线竖井和引水竖井均为大断面深竖井，且施工安全、进度要求高以往竖井开挖采用反井钻机施工导井，然后自下而上人工反扩为较大直径溜渣井，最 后再正向二次扩挖完成开挖；扩挖井内采用人工扒渣。这种方法存在危险性大、工效低等不足，难以满足工程施工要求。2、研制背景上个世纪80 年代，大部分发达国家大型水利水电工程建设已基本结束。我国最早于 上世纪40 年代开始地下电站的建设，在当时经济技术水平十分薄弱的条件

5、下，建设规模 和技术水平均处于十分落后的状态。1980 后逐步引进了先进技术，设计理论取得突破， 施工技术不断更新。截至2014 我国已建地下电站超过100 座，目前正处于突破发展阶段， 先后建成了一批单机大容量、洞室大跨度、开挖大规模、结构超复杂、稳定高难度的地下 电站。这一过程中在遵循“新奥法”理论的基础上，也总结形成了一套大型地下洞室群开 挖的成熟施工工法，但在地下洞室规模扩大、地质条件复杂，且施工生产安全及进度要求进一步提高的情况下，仍然遇到一些技术难题需亟待解决。乌东德水电站为国家“十二五”期间在金沙江下游建设的重大水电工程，备受各级领 导和有关部门的重视。随着社会经济和科学技术的不

6、断进步，法律法规和规程规范的不断 完善，人们对生产安全的要求更加严格，更加注重以人为本，同时对生产效率也有更高的要求。主要存在以下不足或技术难题需开展技术攻关和实践总结。（1）大型厂房开挖已经形成了成熟的“平面多工序，立体多层次”施工方法。这种 施工方法浅层支护实现了无排架施工，但深层支护依然需要搭设排架实施。采取搭设排架 的传统施工方法，不仅占用工作面、施工干扰大、安全风险高，且工效低，占锚索直线工 期，影响施工进度。而深层支护的进度往往直接制约洞室下挖，尤其是大型洞室高边墙的 开挖，若深层支护未完成而继续下挖，往往导致围岩变形加大，超过允许值甚至出现高边墙安全稳定问题。鉴于此，非常有必要研

7、究一种更加灵活、高效且安全的施工设备或方法。（2）以往对于球冠形穹顶的开挖采取的是“先中导洞、再顶拱、最后两侧的分部分 区”开挖方式，而对于特大洞室穹顶开挖，采用这种方法存在较大的安全风险，且工效低、施工质量控制难度大。（3）厂房岩锚梁的开挖支护已有成熟的施工技术，但在光爆孔、预应力锚杆造孔环节仍然存在因人为因素或测量放样难度较大而导致质量难以保证的问题。（4）大型竖井的常用成熟方法为反井钻机法，但由于机械化水平相对较低，存在危险性较大、工效低、易堵井等问题3、主要技术难点（1）洞室顶拱及高边墙锚索施工技术难度高、危险性大、工效低。顶拱锚索为端锚 型，钻孔深度大且为大仰角，钻孔、入索、注浆等关

8、键工序施工操作难度非常大，且危险 性高；边墙锚索有对穿型和端锚型，钻孔精度要求高，施工工期压力大。锚索施工采用传统搭设排架作为操作平台的施工方法，存在施工干扰大、安全风险大及工效低等问题。（2）特大跨度穹顶开挖难度大。特大跨度穹顶开挖可借鉴施工经验极少，且由于地 质条件复杂，如何解决开挖过程中的围岩稳定，确保施工安全，同时保证施工质量，是其主要技术难点。（3）厂房岩锚梁开挖支护质量要求高。厂房岩锚梁岩台开挖质量要求高，预应力锚 杆钻孔精度要求高，尤其在小夹角层面和B 类角砾岩等不良地质体条件下，如何解决钻孔 过程中钻杆偏斜问题，以及在凹凸不平开挖面对预应力锚杆钻孔倾角、方位角进行精确快速放样，

9、是其主要技术难点。（4）传统竖井开挖技术机械化水平低、安全风险大。如何突破传统思路达到既快速 又安全的开挖效果，是本项目需重点解决的难题。直接利用反井钻机施工的小直径导井进 行溜渣，并采用大型设备实施井内钻孔和扒渣作业，如何有效降低或避免堵井，以及解决大型设备安全、快速吊运问题是主要技术难题。4、技术原理针对上述技术难题，依托公司承建的乌东德左岸地下电站洞室群开挖，展开了专项技 术攻关，其主要内容有以下五点：洞室顶拱大仰角超深锚索施工技术研究；高边墙锚 索精确钻孔快速施工技术研究；岩锚梁精细开挖支护技术研究；特大跨度穹顶精确安全开挖技术研究；大型竖井快速安全开挖技术研究。4.1 地下洞室锚索施

10、工新技术4.1.1 地下洞室顶拱大仰角超深锚索施工技术乌东德水电站左岸地下电站主厂房和主变洞在顶拱层开挖过程中，揭露大量块体和B 类角砾岩区，为此设计增加了大量预应力锚索进行加固。锚索钻孔垂直于开挖面，深度为 25 36m，顶拱层开挖后空间最大高度达12m，传统锚索施工方法采用搭设排架作为操作平台，布置导轨式钻机进行钻孔，后续各工序均需利用排架进行施工。对于顶拱大仰角超深锚索施工，传统方法需承重排架以满足钻机自重，以及钻孔过程中的动荷载和几十米长的钻具的自重，且施工工效低、排架作业安全风险大。（1）研发履带式可伸缩双臂多功能锚索钻机为解决上述问题，工程技术人员研发了一种履带式可伸缩双臂多功能锚

11、索钻机（图 4-1），这种钻机依靠自身履带总成作为操作平台和行走机构，钻机滑架通过液压可伸缩主 臂与履带总成连接，使水平钻孔高度最大可达8.5m，也可进行顶拱大仰角锚索钻孔，不仅 无需搭设排架，对作业面要求低，且可实现自行行走；同时，该钻机液压辅臂上安装有辅 助作业平台，用于辅助锚索注浆、锚墩施工、张拉等工序；并在钻机滑槽上设置导向装置解决了开孔、钻孔精度控制问题。图 4-1 新型液压高臂履带钻车履带式可伸缩双臂多功能锚索钻机由电动机作动力带动液压油泵形成压力油，通过换 向阀驱动液压马达及液压缸工作，实现钻机行走、回转、推进及钻架变换角度，完成各种 预定动作；由空压机提供压缩空气，经冲击风阀控

12、制驱动冲击器工作进行钻孔作业；采用 马达加齿轮减速机构传动，大油缸倍速给进，提拔力大，油箱散热好，全液压系统性能可 靠。且在常规钻机滑架底部增加了一个由液压马达驱动的回转支撑台，可使滑架全方位旋转，使动力头适应不同角度钻孔，大幅提高了钻机的灵活性和适应性，且工作效率高。履带式可伸缩双臂多功能锚索钻机性能参数见下表。表 4-1 履带式可伸缩双臂多功能锚索钻机主要性能参数表序号主要性能参数项目单位参数值备注1钻孔直径mm110-2602钻孔深度m3-1203钻杆规格mm89-1504钻孔角度0-3605动力头输出转速rpm426动力头输出最大扭矩N.M65007动力头最大行程mm1800送索装置送

13、索装置8动力头最大提升力KN860-86 可调9动力头最大进给力KN520-52 可调10液压系统额定压力Mpa1611电机功率KW3712侧向水平钻孔最低高度m0.813钻车最高钻孔高度m8.514主风管直径mm3215滑架补偿长度mm900（2）研发锚索液压自动送索装置洞室顶拱锚索入索，因锚索自重大，随着深度增加送索难度越来越大，送索至一定程 度就难以继续进行。乌东德左岸厂房顶拱锚索施工期间，经现场试验，仅送索耗时最长达 16h。之后采用了一种竖向锚索快速送索装置，虽然可保证锚索顺利入索，但操作比较繁 琐，且需两台吊车配合实施，成本较大。为进一步提高工效和安全性，研制出一种锚索液 压自动送

14、索装置（国家发明专利号：ZL2014 1 0250361.1），该装置安装在吊车大臂顶端 或履带式可伸缩双臂多功能锚索钻机液压辅臂顶端，人工只需配合索体一端穿入锚索液压 自动送索装置的导向管，操作吊车就位，然后在地面操作液压控制系统即可实现锚索快速 自动入索（图4-2），解决了锚索重量大、葫芦配合人工送索速度慢、安全风险大的难题，大大提高了施工效率。吊车臂图 4-2 锚索液压自动送索装置（3）竖向锚索高压止浆技术为提高锚索运行耐久性，同时考虑提高锚索孔周边岩体的整体性和承载力，更好发挥 锚索的锚固作用，锚索孔均需进行灌浆。通常采用水泥浆灌注，灌浆压力一般为0.3 0.5MPa。而对于顶拱竖向锚

15、索灌浆，孔口止浆装置需承受设计灌浆压力和浆液自重产生的 压力，孔深40m 左右大仰角钻孔，孔口止浆装置实际承受的压力达到1.0MPa 左右。受高压 力影响，常规气囊式止浆环在灌浆中易出现漏浆，甚至出现止浆环破裂现象，严重影响灌 浆质量和施工进度。为此进行了施工工艺改进，即利用气囊式止浆环阻塞孔口，并增加一根进浆管，限量灌入浓水泥浆或水泥砂浆，在孔口形成2 3m 高浆液柱，待凝后作为止浆装置，24h 后可进行后续灌浆作业。由于凝固后的浆液柱具有良好的止浆效果，且可承受很大压力，解决了顶拱竖向锚索高压止浆的技术难题，并在一定程度上提高了工效，保证了施工质量。4.1.2 高边墙锚索施工技术（1）研发

16、的履带式可伸缩双臂多功能锚索钻机亦可应用与高边墙锚索钻孔施工。该 钻机水平钻孔高度可达8.5m，而厂房开挖分层高度一般为4 8.0m，刚好可以满足每层开挖后的锚索钻孔需要。（2）对穿锚索钻孔精度控制技术乌东德左岸地下电站主厂房与主变洞、主变洞与尾调室之间均布置有对穿型预应力锚 索，造孔深度33.25m/45m，设计要求钻孔允许偏斜不大于孔深的2%。在对穿锚索施工初期， 钻孔穿孔位置偏差较大，一次钻孔合格率平均仅71.6%，重新钻孔不仅影响工期，而且增加成本投入。为解决对穿锚索钻孔精度控制的问题，通过仔细研究分析，并经现场试验，总结形成 了一套有效的对穿锚索钻孔精度控制技术。一是对钻杆增加扶正器

17、，根据钻孔深度在钻杆 适当位置安装扶正器，从而调整冲击器与钻杆之间的重力平衡以及主副扶正器之间的相对 位置，以保证钻头始终处于设计钻孔中心轴线上（图3-5）。一般在第3 根钻杆（ 一般长1.5m） 后加设第1 根扶正器，再钻进6 7 根钻杆时加设第2 根扶正器，再钻进8 9 根钻杆时加设 第3 根扶正器，在钻进过程中需退出钻杆2 3 次检查钻孔，并根据偏斜情况及时调整主、 副扶正器之间距离。二是根据地质条件适时调整开孔参数及钻进参数，一般情况下若开孔 地质条件较好，则控制钻杆上倾60.5 , 钻进速度控制在4 5m/h，若地质条件较差， 则控制钻杆上倾6.50.5（ 一般取偏大值），钻进速度控

18、制在3 4m/h。三是对开孔前视 点和后视点进行精确放样，即在锚索孔位上方边墙精确放出前视点，在锚索孔上方用钢筋焊制后视点支架，在此支架上精确放出后视点，从而精确控制钻孔方位角偏差。图 4-3 水平对穿锚索钻孔纠偏原理示意图（3）自胀式止浆技术地下洞室锚索灌浆通常采用气囊式止浆环止浆，但气囊止浆环固定困难，施工中易发生移动或损坏，止浆效果较差，影响施工质量；同时，施工需配备专用供风设备，灌前需提前充气、预灌检查，灌浆中还需适时提高止浆气囊的充气压力以防漏浆。为此，研制出 一种自胀式止浆装置（如图3-3、3-4 所示），即在止浆包包裹的注浆管上预留长约5cm 的 缺口，止浆包一般采用帆布制作，注

19、浆时利用浆液及压力充胀止浆包，有效填充索体和孔 壁之间的空隙，实现止浆功能，并利用浆液流动阻力形成的进、回浆压力差提高止浆效果，从而保证锚索灌浆质量，并可节省工序、缩短灌浆时间。充填空隙帆布回浆管锚索钻孔A 25mm灌浆管 带PE钢绞线孔外侧双层帆布 预 留5cm剖口 无锌铅丝捆扎 海绵图 4-4 自胀式止浆装置结构示意图4.2 特大跨度穹顶精确安全开挖技术乌东德左岸地下电站设计布置3 个尾调室，呈“一”字型排列，调压室之间岩体最小 厚度约30m，调压室上部由11.20m23.00m（城门洞型，衬砌后，宽高）闸门廊道相连， 尾水检修闸门设在调压室内上游侧。每个尾调室上游侧高程约875.6m 布

20、置一施工支洞。 单个尾水调压室形状为半圆筒型，穹顶呈球冠形（图4-5），半径为26.50m，即最大开挖跨度53.0m，面积约1450 ；调压室顶部高程886.5m，闸门廊道开挖底板高程851.3m，闸门廊道顶拱高程876.0m。4.2.1 特大跨度穹顶开挖技术（1）施工通道布置按照地下洞室开挖“自上而下”的一般原则，结合尾调室顶拱开挖高度，须首先完成 顶拱上部开挖。因此，在每个尾调室顶拱上部布置一条施工通道（8#、8-1#、8-2#支洞）， 与尾调室上游侧左厂8#支洞连接。该通道的布置需考虑施工设备的型号尺寸、施工方便安 全。尾调室穹顶开挖总高度35.2m；穹顶上游侧布置有闸门廊道，连通3 个

21、尾调室。根据上述结构特点，可利用闸门廊道布置尾调室球冠下部开挖通道。（2）施工程序及方法1）开挖分层及程序根据尾水调压室高程851.3m 以上结构特点、施工机械的性能，并结合施工通道布置，尾调室高程851.3m 以上分为4 层进行开挖支护。第层最大高度10.9m，第 层开挖 高度分别为7.02m、8.58m 和8.7m。其中第层分为4 区7 序进行开挖，为保证施工安全，中间预留直径10.0m 岩柱。尾调室穹顶开挖分层、分序及第层分区见下图4-5。图 4-5 尾调室开挖结构布置及开挖分层、分区、分序示意图按照上述开挖分层、分区，为保证施工质量、安全，尾调室穹顶开挖支护施工程序为： 先开挖1#、3

22、#室，再开挖2#室，单个尾调室遵循“ 自上而下、分层开挖”； 第层球形顶采取中心预留岩柱、两边环形开挖方式进行，分4 区7 序开挖，开挖 顺序为：环形导洞开挖 导洞上部保护层开挖 预留岩柱上部开挖 预留岩柱下部开挖 周边环形保护层开挖。 区为中导洞开挖，从施工支洞至岩柱（宽8.5m）， 区为环形导 洞开挖（宽8.5m）及保护层开挖，分左右两工作面施工；区为中间岩柱，直径10m，先 开挖顶拱部分，之后开挖下部岩柱；区为周边保护层开挖，结合支护锚杆施工空间需要和闸门廊道第一层开挖进行； 第第层结合闸门廊道开挖，2#、3#室第第层廊道开挖利用1#室顶部 通道，第层利用尾调交通洞，1#室廊道开挖利用尾

23、调交通洞作为通道。第第层球形周边预留保护层水平开挖，中间部位利用闸门廊道开挖后的临空面采用梯段开挖。2）施工方法尾调室上部开挖利用左厂8#、8-1#、8-2#支洞和尾调交通洞作为施工通道，主要采用 自制型钢台车配YTP28 型气腿钻人工掘进，中部采用潜孔钻梯段爆破，闸门廊道开挖采用自制型钢台车配气腿钻水平掘进。第层周边环向导洞采取手风钻造孔楔形掏槽爆破开挖，周边光爆成型；中导洞顶部保护层采取手风钻造孔光面爆破成型，由于受转弯限制，因此需控制循环进尺长度，且内弧进尺应小于外弧进尺；第层周边(区）采取手风钻水平造孔光面爆破方式进行开挖；预留岩柱分为上、下两部分爆破开挖。分先光面爆破上部、然后梯段爆

24、破下部和先爆 破下部再光爆上部两种方法。考虑尾调室地质条件相对较差，若先完成下部爆破开挖，上 部出于倒悬状态，施工安全风险较大。经研究、讨论后本工程采取“先上部光爆开挖、再下部梯段爆破开挖”的方法进行预留岩柱的开挖；第 层采取中部潜孔钻造孔梯段爆破；周边预留保护层手风钻造孔光面爆破方式进行开挖。周边保护层光爆可采取竖向光爆和水平光爆两种方式进行。4.2.2 精细球面爆破设计尾调室球冠形结构面开挖爆破设计，根据不同开挖层的不同钻孔高程，结合设定的超 欠挖控制技术要求，对不同分层的爆破钻孔循环进尺进行逐孔设计。为保证开挖质量满足设计要求，经详细理论计算，确定合适的爆破设计参数。第层环向中导洞断面为

25、城门洞型，采用楔形掏槽爆破开挖，受该层平面半径限制， 内弧钻孔进尺仅0.49cm，外弧按照孔底技术超挖10cm 控制，钻孔进尺为1.35m，周边孔距 0.5m；顶部保护层爆破，内、外弧钻孔进尺与中导洞相同，结构面光爆孔间距40cm。由于 内外弧进尺不同，为保证掌子面尽量以平面环向推进，保证下一循环造孔精度满足要求，每个光爆孔造孔深度均在爆破设计中予以标识，现场严格按照设计精确放样、精确钻孔。第层周边环向(区）开挖采取水平钻孔光面爆破。按照外弧钻孔技术超挖小于10cm 控制，钻孔孔深0.81m 1.41m，孔距40cm。该层结构面光爆钻孔要求同导洞顶部保护层，每个光爆孔均应按照爆破设计放样、标记

26、、钻孔。第 层周边结构开挖光面爆破均采取详细理论计划达到精细爆破设计，现场严格按爆破设计实施放样、标记和钻孔。图 4-6 尾调室第层区爆破钻孔及联网布置图图 4-7 区顶部周边孔钻孔俯视图4.3 岩锚梁精细开挖支护技术地下厂房岩锚梁是厂房开挖质量要求最高的部位之一，也是最能体现施工技术的部 位。乌东德左岸主厂房岩锚梁长度333.0m，岩锚梁岩台水平宽度1.0m，岩台倾角34。为 确保岩锚梁成型质量及爆破影响深度在设计允许范围之内，在正式开挖前首先进行模拟爆 破试验，通过模拟试验总结出合适的开挖工艺、爆破参数及管理方法，并对试验过程中发现的问题提出解决办法，最终得到最优施工工艺。（1）精细放样为

27、确保不欠挖，开孔位置需较设计边线向岩体内偏移3 4cm，不小于钻头半径，钻孔角度宜向岩体内偏移1 2.5 , 孔底距离设计结构线6 8cm（图4-8）。图 4-8 岩锚梁保护层钻孔角度示意图（2）岩锚梁竖向光爆孔钻孔样架采取搭设钢管样架固定“预制组合导向管”方式（图 4-9），并设置限位杆；预制组合导向管为岩锚梁开挖首次应用；斜向光爆孔样架斜向导向管长度根据现场实际进行加工，端头距岩面3 5cm。图 4-9 岩锚梁光爆钻孔预制组合导向管样架（3）岩锚梁竖向及斜面光爆钻孔采用 “钻孔精度精确控制装置 ”（专利号： ZL201520240573.1）控制钻孔精度（图4-10），该装置与“预制组合导

28、向管”配合使用，有效保证了开挖质量。图 4-10 岩锚梁光爆钻孔精度控制装置使用示意图（4）岩锚梁设置两排预应力受拉锚杆和一排受压锚杆，其设计钻孔角度允许偏差不 大于2 , 由于现场实际开挖面凹凸不平，锚杆数量大，为保证该锚杆钻孔倾角和方位角 精确快速放样，研发了“一种锚杆钻孔快速精确定位装置”（专利号：ZL201420214275.0， 图4-11），该装置利用光学原理辅以罗盘或角度尺配合，从钻孔前放样至钻机就位开孔，全过程对钻孔孔位、倾角等参数进行精确控制，保证钻孔满足设计要求。图 4-11 锚杆钻孔快速精确定位装置示意图4.4 大断面深竖井开挖新技术4.4.1 小直径溜渣井式竖井开挖技术

29、本施工技术采用BMC200 型反井钻机施工1.4m 导井后，直接利用该导井作为溜渣井 进行竖井正向扩挖，省去传统方法人工反扩为较大直径溜渣井的程序，扩挖采用全断面循 环爆破进行；通过优化爆破参数，控制爆破块度，利用反井钻机反拉形成的导井具有井壁光滑、轴线顺直的优点，实现顺利溜渣，堵井几率大大下降。图 4-12 小直径溜渣井式竖井开挖工艺流程示意图溜渣结束后采用井盖对导井井口进行封闭防护，与传统施工方法中3.4m 直径的溜渣井相比，本技术中导井断面小，防护更简单、方便，无论是在溜渣还是其他作业过程中安全均更有保障。图 4-13 溜渣井井口采用井盖覆盖封闭4.4.2 大型提升系统综合应用及井内机械

30、化作业针对竖井施工通道布置困难的特点，采用龙门式起重机/卷扬机等提升设备作为设备和材料运输的主要施工手段。（1）对于井口有足够宽度平台的竖井，在井口布置有轨门式起重机（图4-12、14）， 可满足吊运大型设备的需要，小型机具及材料的吊运自然解决；对于上部设置弯段的竖井， 则布置大型卷扬机为主要提升手段，同时在井口布置我公司自主研发的“竖井施工可滑动 井盖”（图4-15、16），辅助大型设备出、入井内的垂直吊运，亦可用于小型机具和材料的 吊运。“竖井施工可滑动井盖”主要由主梁（含轨道）和上部可滑动井盖两部分组成。施 工时，先关闭滑动井盖 设备/材料停放在可滑动井盖上 将设备/材料吊起 打开滑动井

31、盖 设备/材料运送下井。图 4-14 乌东德出线竖井井口门式起重机 4-15 引水竖井开挖施工布置断面示意图图 4-16 引水竖井开挖“竖井施工可滑动井盖 ”应用影像图井口布置大型提升设备，不仅为竖井开挖期间井内采用大型钻机钻孔、反铲扒渣提供 了设备保障，使得大型竖井开挖实现全面机械化快速安全施工成为可能，同时该提升系统 可延用至后期混凝土及金结施工期，做到了设备布置一次到位、长期使用的效果，且该设备在工程结束后可回收利用，有利于降低施工成本，综合效益显著。（2）井内机械化作业大型竖井开挖目前沿用一般竖井开挖的传统方法，井内作业主要以人工为主，机械化 程度低，施工速度慢。本项目中布置门式起重机

32、/大型卷扬机提升系统及相应的提升辅助 设施，可将CM358 型液压钻机吊运至井内工作面进行主爆孔钻孔，爆破完成后可将反铲吊运入井进行扒渣作业（图4-17），工效大大提高，安全风险大大降低。图 4-17 竖井开挖 CM358 钻机及反铲井内作业影像图（3）沿竖井井壁布置载人吊篮，吊篮采用成品建筑吊篮，自带小型提升机，配备安 全绳、安全锁、防坠器等安全设施。实现载人、载物系统的分离，方便现场施工及建设“四 方”对竖井施工安全质量的管理。与传统沿井壁布置爬梯相比，载人吊篮运行速度更快，安全可靠性更高，也避免了人员上下井过程中因疲劳或脚下失稳而引发安全事故。4.4.3 竖井开挖精度控制技术竖井深度较大

33、，开挖至一定深度后，采用常规测量方法对开挖质量的控制难度较大且 较繁琐，影响开挖质量。为此在门式起重机或型钢平台上安装天底仪（图4-15），借助天底仪进行竖井开挖测量放样，控制竖井开挖垂直度和超欠挖，为后期混凝土施工质量打下基础。图 4-15 天底仪现场安装影像图5、主要技术创新亮点（1）地下洞室顶拱大仰角超深锚索施工技术采用自主研发的多功能锚索钻机进行锚索造孔施工，避免了传统施工技术搭设排架所 带来的工效较低、影响交通、安全风险大、占压下层作业面等问题；采用自主发明的“一 种锚索液压自动送索装置”（发明专利号：ZL201410250361.1）实施入索，大大提高了施 工工效、降低了安全风险，

34、实现了厂房开挖支护全机械化作业；上述两种设备亦可应用与 高边墙锚索施工。另外针对大仰角锚索灌题，浆施工中常出现止浆环脱落的问采用“止浆柱”灌浆工艺，解决了竖向锚索注浆漏浆难题，保证了施工质量。（2）特大地下洞室穹顶精确安全开挖技术充分利用爆破理论和钻爆技术的进步，解决球冠形穹顶的开挖成型与稳定问题。研发 了地下洞室特大穹顶开挖施工方法（发明专利号：ZL201310065562.X），既解决了特大跨 度穹顶开挖变形大、安全风险大的问题，又降低了开挖难度，保证了开挖质量；采用精细球面爆破设计技术，为球冠形开挖结构面开挖成型质量提供了技术保障。（3）岩锚梁精细开挖技术采用自主发明的“钻孔精度精确控制

35、装置”（专利号：ZL201520240573.1）辅以“预 制组合导向管”进行岩锚梁光爆孔钻孔、成孔PVC 管保护、个性化爆破设计、岩台锁脚压边保护等精细控制技术，创造了岩台平整度6.4cm，半孔率98.5%的岩锚梁开挖样板工程。（4）大断面深竖井小直径溜渣井式快速安全开挖技术为克服深竖井大量人工井内作业的风险，16.1m 的竖井开挖采用反井钻机施工的 1.4m 导井直接作为溜渣井，再采用密孔控制爆破技术，直接自上而下全断面一次钻爆至 设计断面，较传统方法简化了施工程序，缩短了施工工期，同时降低了人员坠井的安全风 险；采用反铲井内扒渣，较传统人工扒渣不仅工效大大提高，且安全风险大大降低，实现

36、了快速安全竖井开挖。通过密孔控制爆破技术控制了爆破粒径，反铲扒渣可控制溜渣量，有效避免了多数人担心的堵井问题。6、实施及应用效益情况（1）地下洞室顶拱大仰角超深锚索施工技术和高边墙锚索施工技术，在乌东德水电 站左岸地下电站主厂房、主变洞开挖支护过程中得到了成功应用。在厂房顶拱锚索施工中 应用履带式可伸缩双臂多功能锚索钻机实施造孔，应用锚索液压自动送索装置实施锚索入 索作业，实现了大型洞室开挖支护前所未有的无排架施工，解决了顶拱锚索施工造孔、入 索、注浆等关键工序施工困难的难题，节省排架搭设约4 万 ，因施工工效提高、施工干 扰减小而节约工期约2 个月；施工过程中未发生质量和安全事故，锚索钻孔、

37、注浆质量均满足设计要求，锚索施工总体合格率100%，优良率97%以上。（2）特大地下洞室穹顶精确安全开挖技术在乌东德水电站尾调室穹顶开挖中成功应 用，顶拱整体开挖成型质量良好，其中3#尾调室被评为“样板工程”，平均超挖9.75cm， 无欠挖，排炮错台4.5cm，不平整度3cm，半孔率高达98.5%；其施工不平整度仅为3cm，半孔率高达98.5%；开挖过程中未发生安全事故（3）岩锚梁精细开挖支护施工技术，在乌东德水电站左岸地下电站主厂房岩锚梁开 挖支护施工中成功应用，确保了主厂房岩锚梁开挖质量，岩台精确成型，无欠挖，平均超 挖4.3cm，不平整度6.4cm，得到了监理、业主的一致好评。乌东德左岸

38、地下电站主厂房岩锚梁开挖被业主评为“优质样板工程”。（4）大型竖井开挖新技术在乌东德水电站左岸出线竖井和引水竖井开挖支护工程中得到了成功应用，由于直接采用1.4m 导井进行溜渣，避免了导井的二次扩挖带来的安全风险，加快了施工进度。大量使用机械化手段进行施工，原计划每个循环进尺3m，现增加 至3.5 4m；人工投入较原计划减少投入约1/3。出线竖井和引水竖井开挖过程中未发生过 安全质量事故，安全、质量、进度均创一流施工水平，受到了业主、监理以及设计的一致好评。以上施工新技术在乌东德水电站大型洞室群开挖支护施工中的成功应用，不仅证明了 该项技术在技术上的可行性、在实践中的可操作性，同时也产生了可观的经济效益。经初 步测算，该项技术的应用节约人工费用1227.5 万元，节省材料费约560 万元，节约设备租 赁费用约14.7 万元，节约管理费约263.5 万元，合计产生经济效益约2066 万元；值得类似工程推广！