张河湾抽水蓄能电站压力管道施工技术经验交流材料

1、工程概况

张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井隆县测鱼镇附近的甘陶河干流上。

距石家庄市区公路里程77km,距井隆县城公路里程45km。电站总装机容量1000

MW,建成后接入冀南电网。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统及地面

出线场、下水库拦河坝和拦排沙工程等组成，工程等级为一等工程，总工期为6年。

水道系统由上水库进/出水口、压力管道、尾水隧洞、下水库进/出水口、排水

廊道组成。引水系统采用一管二机的布置方式，尾水系统采用一管一机的布置方式。

我部承建的地下引水系统由两条平行的高压管道组成，每条高压管道由上平上

弯段、竖井段、下平下弯段组成，并在桩号0+319.800处各分出两条支管，垂直进

入厂房，全线设为地下埋臧钢管式，采用C15F50微膨胀素混凝土衬砌。

近两年，我部主要进行压力管道洞挖施工，由于本工程洞井结合，高压管道竖

井深达386.0m,要保证其快速准确的贯通，并保证洞室围岩的成型，需要较高的

技术含量。另外由于竖井深度较大，高压管道所穿越的不整合接触带、底砾岩、砂

页岩、火山砾岩和挤压破碎带，均属IV类围岩，岩石破碎，稳定性差，易产生坍塌，

安全问题突出。

为了满足压力管道工程施工进度的要求,我部采取了以下施工措施:

1、鉴于高压竖井垂直高度较大，且所穿越围岩绝大部分为in类，为保证施工进

度，提高安全性，施工竖井开挖采用较先进的反井钻机法进行。

2,考虑到高压管道施工支洞实际施工进度，为提前进行竖井施工，减轻下平段

和高压管道施工支洞交通压力及提高反井钻机的垂直精度，利用现有的PD1探洞扩

挖延伸至竖井处作为施工通道，将导井施工以EL500.0m（洞底高程496.05）高程

为界，分上下两段进行。上部采用反井钻机进行施工，扩挖渣料由PD1探洞运出，

下部采用正、反人工导井进行施工，渣料由下平段运出。

3、为防止扩挖过程中导井堵塞，竖井扩挖分两次进行，一次扩挖在导井形成后

采用人工手风钻自下而上扩成3.6m径体，二次扩挖自上而下采用光面爆破扩挖成

型。

本汇报材料重点介绍张河湾电站压力管道工程开挖施工技术。

2主要部位开挖施工方案

2.1压力管道开挖施工顺序

首先进行压力管道中部施工支洞的洞室开挖（简称中支洞，即PD1探洞扩挖）及

竖井EL500m高程以上反井钻机反导井钻设，其次为压力管道施工支洞（110m长）的

洞室开挖（开挖起始时间受中水四局控制），再次为压力管道下平段洞室的开挖，最

后为EL500m以下人工反导井施工及竖井二次扩挖至设计断面。

2.2压力管道中部施工支洞的洞室开挖

为了能按预定工期完工，经技术人员查看现场、广阅资料，综合考虑了反井钻

机施工垂直精度、压力管道施工支洞和交通洞的出磴交通能力、下平段实际开挖完

成的工期等因素提出，在压力管道竖井中部开挖一条施工支洞（简称中支洞）的方

案，即利用原有的PD1地质探洞，将其进行扩挖至竖井底部，将压力管道竖井段分

为上下两部分进行施工，即以高程EL500m为界,EL500m以上部分采用反井钻机施工，

全部渣料由中部施工支洞运出；EL500m以下部分利用上部施工时间，待下平下弯段

施工完成后，采用人工反导井方法与中支洞贯通，而后扩挖达到设计断面，全部渣

料由下平下弯段运出。

采用上述施工方案，一定满足了反井钻机导孔施工完成后，能立即安装大钻头进

行反导井施工的需要，从而可先期进行上部开挖施工，同时还可进行下平下弯段的

开挖，从而缓解了工期压力。二痉上部渣料全部由中部施工支洞运出，极大的缓解

了压力管道底部施工支洞的交通压力（如不利用中支洞方案，地下厂房，主变洞、

尾水施工支洞、下弯下平洞的施工均由压力管道底部施工支洞进行运输。高峰期时

生产协调安全管理等各方面都有极大的难度）。三涯减小了由于竖井深度大，反井钻

机自上而下导孔钻设的偏差，避免竖井形成较大超挖而引起井体围岩情况恶化。阳

涯将PD1地质探洞扩挖成压力管道中部施工支洞，不仅相对的节约了大量资金的投

入，而且还解决了施工难题。五百如按此方案实施，可以提前水道系统施工进度.。

此方案经业主、设计、监理多方研究讨论，得到一致认同。中部施工支洞具体位

置如下图所示:

1#(2#)压力管道纵剖面图

V801.327S2)

PD1探洞支洞布置图

比例1:2000

020406080»

2.3竖井的开挖、支护

鉴于高压竖井垂直高度较大，为保证施工进度，提高安全性，竖井开挖以EL500m

高程为分界线,EL500m以上采用较先进的反井钻机法进行导井施工，扩挖渣料由PD1

探洞运出，下部采用正、反人工导井进行施工，渣料由下平段运出。

为防止扩挖过程中导井堵塞，竖井扩挖分两次进行，一次扩挖在导井形成后采

用人工手风钻自下而上扩成3.6m径体，二次扩挖自上而下采用光面爆破扩挖成型。

2.3.1竖井反井钻机反导井施工

一、反井钻机导井施工工艺

反井钻机是连续钻进导井的机械化设备，其施工工艺是将反井钻机安装在上部

已浇筑好的碎基础上，由上向下钻进小直径（<l>27cm）导向孔，导孔与下部中支洞

贯通后，拆掉导孔钻头，连接扩孔钻头（6140cm）由下向上进行扩孔。导孔钻进时

破碎下来的岩屑由循环液带出到地面，扩孔时破碎下来的岩屑靠自重落至中支洞内，

由装载机装15t自卸车运出。

二、反井钻机的选择

本着经济适用的原则，结合施工具体情况，我部选用LM-400型反井钻机，导孔

直径为@27cm,反导井直径为6140cm,设计钻孔深度为400m。反井钻机见下图：

三、反井钻机施工技术

1）反井钻机施工的技术关键是怎样控制反井钻井的偏斜，为此，特采取以下措

施：

（1）选用经检修完好的反井钻机和泥浆泵，保证其工作性能良好。

（2）钻机基础要稳固，钻机安装牢固，定位准确。

（3）根据地质条件合理选用稳定钻杆和钻头。

（4）根据施工地质条件和不同的钻进位置，选择不同的钻压、转速和确定相应

的钻进速度，并根据实际钻进过程对钻进参数进行相应的调整。处理好导孔钻头进

入断层、出断层以及灌浆后的重复钻进工作。

（5）挑选有多年实践经验的操作人员，按照施工组织设计和反井钻机操作规程

进行操作，及时发现和处理实际施工中的问题，并随着导孔钻进进展，适时进行测

斜，根据测斜结果，确定灌浆重钻或其他处理方式，控制钻孔精度在0.8%以内。

2）导孔钻进

导孔钻进的过程，也是对地层的勘探过程，根据对钻进过程观测及返出岩屑的

情况，可以对地层有初步定性分析和了解，为扩孔钻进、孔壁维护及最后扩挖到设

计断面提供参考。

在导孔钻进过程中，由于受到破碎带、泥岩等岩层的影响，循环液渗入到岩体

中，不仅反井钻机无法正常运转，而且此部分岩体因受到污染，降低了岩体的稳定

性。为解决此问题，在导孔钻进到这些岩层时，加大循环液循环量，将断层中泥质

部分冲洗干净，提钻进行灌注水泥浆液处理，当水泥浆达到一定强度后，重新钻进,

反复进行作业，直至导孔施工完成。

3）反导井施工

导孔完成、扩孔钻头接好后，慢速上提钻具，直到滚刀开始接触岩石，停止上

提，用最低转速旋转，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进，当钻头全部均匀

接触岩石时，才能正常钻进。钻头距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，并要认真

观察基础周围是否有异常现象，慢慢扩孔，直至钻头露出地面。

2.3.2竖井一次、二次扩挖施工

一、竖井一次扩挖

1、竖井一次扩挖提升系统布置：

反井钻机导井形成后，为防止扩挖过程中导井的堵塞，需进行一次扩挖。原方

案2条竖井一次扩挖均采用龙门吊作为提升设备，但在实际施工中，由于龙门吊制

作时间较长，为了抢工期，在1#竖井上井口安设钢井架、卷扬机和吊笼组成的起重

系统；2#竖井采用龙门吊进行上下作业。一次扩挖施工布置见下图：

钢井架布置图

钢井架顶部定滑轮布置图

起重系统钢井架采用型钢制作（见附图），架高5米，架顶中部平行安设两个直径为

600mm的定滑轮；起重机械选用5t双筒双绳卷扬，根据安全技术要求，钢丝绳选取

公称直径d=20.5mm的18X7s+fc型，钢丝绳破断拉力安全系数控制在总提升荷载

的14倍，钢丝绳公称抗拉强度219kN；吊笼直径巾1.0m高4m,分上下两层作业，采

用型钢及钢筋制作。卷扬机通过设置于地面的直径为500mm定滑轮与设于钢井架顶

部的定滑轮连接吊笼组成垂直运送系统。为确保钢井架及卷扬机稳定，井架四脚及

卷扬机、地面定滑轮均采用埋设锚筋的方法固定。

2、竖井一次开挖施工程序和方法

竖井一次开挖采用吊笼运载人员、材料由竖井上部经反井钻机钻设的4m

导孔进入施工面，吊笼就位后，将吊笼底部DN50钢管伸缩脚伸出，支撑在岩壁上，

形成稳固的施工体系，然后自下而上采用人工手风钻钻设水平径向辐射孔进行爆破

的开挖方法。钻孔采用YT26手风钻，炸药药使用水胶炸药，采用毫延期电雷管，串、

并联线，在井外地面采用起爆器交流电源起爆，爆后硝料落至压力管道中部施工支

洞，装载机装15t自卸车运出。

二、竖井二次扩挖

1、竖井二次扩挖提升系统布置：

原方案在2条竖井上井口各布设一台40t龙门作为垂直运送系统，但在实际施

工中，考虑到有限的施工场地（竖井上井口施工场地长65mx宽15m）及龙门吊所受

的载荷，我部经精心计算，决定采用1台16T龙门吊进行土建项目施工，1台40t

龙门吊前期进行土建施工，后期安装竖井钢管，且16t龙门吊可在40t龙门吊之下

穿行，此种布置，既满足了施工生产的需要，又降低了工程造价，得到了业主、监

理、设计等单位的一致好评。（龙门吊见下图）。

40/5t龙门吊照片

16/5t龙门吊照片

移动式龙门吊上设两套独立起吊系统，分别吊运施工平台及载人吊笼沿井内上

卜，运载竖井二次扩挖施工人员、材料设备进入施工面。移动式龙门吊由我部提出

要求，向专业厂家定制，施工平台及载人吊笼由我部自行设计。

竖井二次扩挖时设置双层工作平台，上下平台均为圆形，采用井字梁承力体系，

其中下层小平台（直径64.0m）用以封堵一次扩挖井口以及进行手风钻钻孔施工。

上层大平台（直径67.0m）进行竖井锚喷支护施工，同时对下部的施工起到安全防

护作用。下层平台采用钢丝绳悬吊于上平台主梁上，两平台之间设爬梯。施工平台

在爆破时提升，出磴及钻孔时下落至工作面上方。

载人吊笼直径为L2m,礴6人。采用等边角钢60X60X6mm、中25钢筋及4mm

厚铁板等材料制成。

2、竖井二次开挖施工程序和方法：

竖井一次扩挖完成后，二次扩挖采用全断面自上而下正井法开挖的施工方

法，人工手风钻钻设垂直孔，炸药使用2#硝核岩石炸药，崩落孔间非电毫秒塑料导

爆管微差起爆，连续装药；周边光爆孔采用非电毫秒里料导爆管连接导爆索起爆，

孔内间隔装药，二者共由电雷管引爆。爆后弃硝沿导井翻溜至井底，利用WA380侧

卸式装载机配15t装载机在压力管道中部施工支洞（或下平段）运至指定磴场。

竖井：次扩挖施匚小•意图

图6-3

2.2下平段洞室开挖

卜平段洞挖采用中底导洞领先，扩挖跟进的常规施工方式进行，YT28气腿式手

风钻钻孔，崩落孔间非电导爆管微差起爆，连续装药，周边光爆孔采用导爆索，孔

内间隔装药的结构型式。在这里不作详细说明。

3、测量控制

1、竖井的开挖施工测量控制，在竖井上井口安设2台激光投点仪，开挖工作

面放样根据2台仪器投的点位，利用卷尺确定竖井开挖边线，用红色铅油画出设计

开挖中心点和开挖边线。

2、下平开挖施工测量挖制，利用全站仪将洞外业主给定的测量作标点，导入

到洞中，经反复校核作点，并利用导入作标点进行洞挖放样。

4、施工质量

从2004年至2005年，项目部全体员工团结一致，齐心协力，通过辛勤努力工

作，各项工程取得了可喜的成绩。工程质量合格率100%,优良率90%以上，创造了

良好的开端。

4.1、加强管理

管理出效益，管理是我们的职责。首先，我们抓宏观控制，制定质量目标，修

改、完善了管理制度，制定了《工程质量管理计划》，《工程质量管理办法》，《奖惩

条例》等质量管理文件。依照分局下发的《质量管理手册》，明确各自的质量责任。

认真贯彻执行《水电建设工程质量监督规定》和张河湾公司下发的关于加强质量管

理工作的通知。

第二，就是本着积极的态度认真处理好与业主、设计、监理及其他参建单位的

关系，为了一局的最终质量目标努力工作。

为了加强对建设工程质量的管理，保证建设工程质量，项目部成立工程质量领

导机构，合理配备管理人员，建立并落实工程质量领导责任制，项目部设三级管理

体系，即质检部、施工队、班组。质检部负责对整个承包工程项目进行全面管理和

监控，施工队班组对所施工的工序进行质量检查，设专人负责并及时准确地作好各

种质量记录。

为了更安全，保质保量完成工程建设，项目部积极合理的投入机械设备，以满

足工程需要，进而使工程质量、安全、达到了预期的目标。

从施工组织设计到质量控制措施，再到工程质量检查，环环相扣，对于大的施

工组织设计和质量控制措施由项目部总工及工程部技术人员进行编制。对进场的原

材料按要求抽检，层层把关，并组织施工人员进行施工技术交底。在施工过程中，

根据质量控制措施的要求进行施工现场的质量监控。把好每道施工工序，每日进行质

量检查，并作好详细的记录。

项目部对所建的工程质量负责，认真把好施工准备、施工作业、施工验收三个

阶段的质量关，建立安全质量奖惩制度，强化管理，严明纪律。树立质量终身制观

念，强化质量意识，确保工程质量。

在开挖爆破施工中，精心测量放点，保证断面尺寸。严格按技术要求施工。控

制光爆孔位、孔距、孔向、孔深及单孔装药量，提高了光爆面半孔率，保证了开挖

质量（见开挖施工照片）

竖井开挖照片

在锚喷支护施工检查过程中，及时纠正施工偏差，控制锚杆孔位、孔向、孔深、

注浆饱满度、砂浆及喷碎配合比等。对不符合图纸及规范要求的坚决整改。

压力管道高压竖井EL500m高程以上垂直高度302m,反井钻施工中，对承担施工

的中煤公司严格要求，作好钻孔测斜，发现问题及时调整。对其它工序也严格要求。

最终2#竖井孔位偏差仅为0.2虬超过设计精度要求。

4.2、实施目标

张河湾董事会确定2007年年底发电，安全、优质、正点、环保的总体目标。我

们将质量管理目标分解成单元工程目标，提高单元工程优良率，确保工程质量。通

过目标管理，不仅工程形象和工程进度满足了要求，而且施工质量总体有所提高。

满足《张河湾抽水蓄能电站工程质量管理计划》确定的优良率目标。

4.3、健全质量体系

工程质量是要施工人员干出来的，质量体系有效运行是保证工程质量的最直接、

最有效的因素。

我项目部建立以项目经理为第一责任人的质量检查工作领导小组，做好日常检

查督促工作。保证质检、试验、测量人员的数量和质量，并持证上岗。明确每个部

门和个人的质量责任，把质量责任落实到实处，保证质量工作如实有效进行。

4.4、勤督促、抓落实

我们认为抓质量工作必须要加强组织领导和检查落实。质检部在质量监督实施

过程中，对基础工程、隐蔽工程、主体结构、主要设备、环境质量等主要内容都进

行了监督检查。在施工前认真熟悉设计图纸，依照施工规范及技术标准做好工程质

量检查、验收依据。

（1）施工准备检查：检查各种原材料半成品的规格、性能是否满足质量要求。

现场环境保护及各种操作规程的配备情况。

（2）施工过程检查：对每道工序必须按照“三检制”的程序进行检查（即班组

自检、厂队复检、专职质检员终检），要保证一次验收合格率在90%以上。多工序施

工的项目在上道工序检查验收签字后方可进行下一道工序施工，工程质量不合格不

能验收。对关键部位的验收，还要进行联合检查会签。质检人员在检查中发现质量

问题，按《合格品控制程序》执行。施工项目安排作业计划时将质量验收工作列为

一个重要工作环节，在工作时间及工作条件上给予足够重视，质检人员尽量缩短检

查验收时间。

4.5、多手段保证工程质量

在做好质量管理的事后控制外，做好质量管理的事前控制非常必要，针对锚秆

质量难以控制的问题，由北京市地通勘察技术所进行锚秆密实度检测、锚秆长度检

测等，当质量缺陷和质量问题出现时（如锚杆孔孔向、孔位有偏差，注浆不饱满），

及时分析原因和提出处理措施，举一反三，确保以后的工程中不再出现类似的问题.

通过整改，锚秆质量有了很大好转。

4.6、存在的问题和今后的发展规划

从施工以