地下厂房设置单级竖井解决超深电缆出线的研究

于生波，逄立辉

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

地下厂房设置单级竖井解决超深电缆出线的研究

于生波，逄立辉

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

针对目前地下厂房超深电缆出线竖井，通常采用两级竖井所存在的不足现状，超深竖井设置成单级竖井加耳洞的型式，取消分级竖井的中平洞及施工支洞，可以有效地节省工程投资，符合“安全可靠、节能环保、经济适用”的设计原则和设计理念。

超深出线竖井；单级竖井；地下厂房出线；竖井耳洞

1 常规设计方法及存在的问题

超深出线竖井常规设计方法通常采用分段设置（或称分级设置）来减小竖井深度，各级竖井间采用中平洞连接。国内电站地下厂房出线一般设置为两级竖井，如溪洛渡水电站布置为左右岸电缆竖井，深度分别为463.50 m、493.50 m，均分为两级设置，竖井下段深度均为234 m，左岸上段深度为230 m，右岸上段深度为260 m。

分级设置的竖井虽然有效地解决了超深竖井电缆敷设安装等难题，但存在以下弊端：

1）由于电缆敷设及开挖出渣施工需要，各级之间需设置中平洞，以便连接各级竖井。

2）根据开挖出渣需要，地面与中平洞之间需设置施工支洞。

3）需设置厂区至施工支洞地面进口的施工道路。

考虑电缆敷设转向需要、中平洞与施工支洞交叉口车辆转向需要等因素，中平洞长度一般在50 m以上，中平洞至地面的施工支洞长度，根据高差及施工隧洞底坡要求确定。

上述措施的中平洞、施工支洞及施工道路等均需增加较多的工程投资，另外，由于增加了施工道路及施工支洞洞口的工程占地，也不利于环境保护和水土保持。由此可见，超深出线竖井的常规解决方法存在一定的弊端。

2 超深出线设置单级竖井的研究

国内大型水电工程采用深埋式地下厂房的出线竖井深度一般可达300～500 m，根据目前国内高压电缆制造、运输、安装敷设技术水平，若采用单级竖井出线，则电缆安装、敷设等难度较大，常规设计方法通常采用两级竖井的型式出线，在两级竖井中间加一中平洞，平洞作为缓冲段，其作用就是减小电缆的自承力，但由于中平洞的存在，需增设施工支洞和交通道路，土建工程量增大、施工较复杂。

针对目前地下厂房超深电缆出线竖井，通常采用两级竖井所存在的土建施工困难、需增加施工支洞及施工公路等不足现状，研究将一定深度范围的超深竖井设置为单级竖井的可行性。

考虑到超深竖井电缆安装、敷设受垂直高度限制，通过调研及论证分析，初步考虑在超深竖井中部，设置耳洞作为电缆缓冲段，耳洞的开挖出渣及混凝土浇筑可以通过竖井进行，不必设置单独的施工支洞，因此会大大减小土建工程量。高压电缆在竖井内垂直敷设，在耳洞内水平敷设，将水平敷设段作为垂直敷设的缓冲段，完全能够满足电缆的敷设安装要求。耳洞设在竖井中间部位，上段和下段竖井一般均不超过280 m，以满足电缆垂直敷设自承力的要求。

从竖井的开挖、混凝土浇筑、电缆敷设等方面分析超深单级竖井的可行性如下：

2．1 超深单级竖井的开挖

竖井开挖施工一般分五步：准备阶段→反井钻导孔施工→导井施工→溜渣井扩挖施工→竖井成型扩挖施工。

国内各行业如煤炭、冶金、黄金、水电等竖井工程中，采用反井钻法施工的较为普遍，单级竖井开挖深度能达到500 m以上。

根据国内深竖井的反井钻开挖结果，其偏孔 率通过纠偏措施一般均能够控制在1%以内，导孔钻孔速度能达到10 m/d。

通过分析可知，单级竖井开挖与分级竖井开挖技术、进度等方面差异不大，目前的施工技术完全能够满足单级竖井开挖的精度要求。

2．2 超深竖井的混凝土浇筑

根据同类工程的施工经验，由于滑模施工具有速度快（日平均进度可达4 m）、质量可靠、外观平整、安全性高等特点，对于等截面的混凝土结构采用滑模施工是最佳施工方案，因此拟定超深出线竖井混凝土浇筑采用滑模施工。

目前国内工程竖井混凝土垂直运输，大多数采用混凝土溜管运输方式，深度超过350 m竖井采用溜管垂直运输混凝土的成功先例较多，例如，陕西秦岭终南山隧道2号通风竖井（井深661 m，净径11.2 m），3号通风竖井（井深393 m，净径11.5 m），山西霍州煤电集团一团柏矿疙瘩条进风井（井深465 m），山西阳城大宁矿南山进风井（井深397 m，净径8.0 m）等。对于水电工程单级出线竖井一般深度不会超过500 m，竖井混凝土浇筑的垂直运输能够得以保证。

耳洞混凝土衬砌，可采用钢木模板浇筑施工，混凝土从地面混凝土拌和系统，利用溜管运输至耳洞附近，再用混凝土泵泵送入仓，人工平仓振捣，耳洞混凝土浇筑施工难度不大。

由上述论述可以得出：在混凝土浇筑施工方面，超深出线竖井采用多级竖井或单级竖井型式，没有明显的差异。

2．3 超深竖井的电缆敷设

超深单级竖井与分级竖井电缆敷设方式基本相同，利用布置在中平洞或耳洞内的导向装置进行电缆转向，区别只是转向次数不同，两级竖井仅有两个转向：电缆从上级竖井转入中平洞，再从中平洞转入下级竖井；单级竖井需四个转向：电缆从竖井转入耳洞，耳洞内回转180°（两次转向），再从耳洞转入竖井。

从电缆解盘、敷设安装、固定及运行维护条件等方面考虑，单级竖井加耳洞的型式与分级竖井加中平洞型式基本类似。

综合分析，采用在竖井中间增设耳洞方式，以代替分级竖井加平洞的常规超深出线方式，没有增加竖井开挖、混凝土浇筑等土建施工的难度，且可以避免增加施工支洞及施工公路等不利现状，电缆敷设安装及运行维护条件等方面也差异不大，所以说，超深竖井采用单级竖井加耳洞的方式在经济上是合理的、技术上是完全可行的。

3 应用与思考

目前深埋式大型水电站地下厂房，出线通常采用竖井或斜井方式，相对于出线斜井而言，出线竖井开挖施工技术较成熟，施工安全度较高，且竖井内一般设有电梯，地下厂房与地面开关站之间交通、联络更便捷，运行管理条件较好，因而大多数电站采用了竖井出线。

针对目前地下厂房超深电缆出线竖井，通常采用两级竖井所存在的不足现状，超深竖井设置成单级竖井加耳洞的型式，取消分级竖井的中平洞及施工支洞，可以有效地节省工程投资，减少施工公路的占地，有利于环境保护和水土保持，有利于生态建设，符合国家提倡生态建设的宗旨，符合“安全可靠、节能环保、经济适用”的设计原则和设计理念。所以说，超深竖井设置成单级竖井加耳洞的型式，是一种新型地下厂房超深出线竖井布置型式，为国内水电工程首创，具有较高经济效益和社会效益，具备广泛应用的条件。

虽然超深竖井设置为单级竖井的型式有上述优点，鉴于国内外竖井开挖施工技术、电缆敷设水平及电梯制造安装水平等因素，单级竖井深度不宜超过500 m。

超深出线竖井布置中应考虑以下因素：

1）根据实际工程情况，结合出线竖井与地下洞室群位置关系、出线竖井与地面开关站位置关系等，确定出线竖井平面位置及竖井地面、地下两部分的连接布置。

2）根据实际工程地质情况，为减小山岩压力及地下水对竖井结构的不利影响，竖井截面宜选择圆形，结构受力均匀，节省工程量。

3）出线竖井布置应考虑出线、排风、交通等功能，充分考虑各功能区特点，合理分区。

4）耳洞布置应充分考虑导向装置布置及电缆转弯要求，按有利于电缆敷设安装及土建施工的原则确定耳洞的位置、尺寸。

5）充分考虑电梯的制造安装水平及造价，设置一级电梯或二级电梯，保障出线竖井交通的便捷性和安全性。

4 结语

在中国能源“调结构”的宏观背景下，抽水蓄能电站建设步伐将会加快，大中型蓄能电站会陆续投入建设，由于蓄能电站大多具有高水头、机组吸出高度大的特点，电站多采用深埋式地下厂房，因此超深出线的问题也会越来越普遍。一定深度范围的超深竖井设置为单级竖井加耳洞的型式，节省工程投资，有利于生态建设，将会是未来超深出线的主要解决方法。

TV651.1+3

B

1002－0624（2016）11－0044－03

2016-07-13