龙开口水电站燕子崖砂石加工系统半成品多级竖井运输技术

罗 艳

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410004）

1 项目概况

龙开口水电站位于金沙江中游、云南省大理州与丽江市交界的鹤庆县中江乡龙开口村河段上，电站装机规模为1 800 MW，是金沙江中游河段规划的第6个梯级电站，上接金安桥水电站，下邻鲁地拉水电站。

燕子崖砂石加工系统作为龙开口水电站主体工程混凝土成品骨料的供料系统，需满足混凝土高峰时段月平均强度约25万m3的砂石料供应，加工系统成品料生产能力不小于1 650 t/h。

燕子崖料场为燕子崖砂石加工系统的毛料场。此料场为堆积斜坡地貌，地形坡度20°～40°，局部地段近直立陡崖，运输条件差；高程2 100 m以上地形转缓，运输条件较好。根据燕子崖砂石加工系统的生产工艺要求，结合料场附近的地形条件，粗碎车间布置在料场东侧200 m、高程2 100 m的坡地上。从料场至粗碎车间毛料运输距离（0.9～1.6）km，道路等级均采用山岭重丘三级，混凝土路面，采用自卸汽车将毛料运输至粗碎车间。燕子崖砂石加工系统布置区高程约（1 470～1 500）m，其中半成品料仓位于山脚1 500 m高程。

燕子崖料场与砂石加工系统之间山体陡峭，特别是粗碎车间与半成品料仓间山体之间垂直高差达600多m，水平距离仅900 m，半成品料运输非常困难。本项目通过对溜槽、公路、胶带和竖井运输方案综合比选，确定采用了“三竖三平”多级竖井作为半成品运输方案，可有效解决了半成品料的运输问题。以下主要叙述“三竖三平”多级竖井设计技术与运行技术。

2 多级竖井设计技术

2.1 多级竖井级数设计

多级竖井的级数，指的是1个竖井+1个平洞（含竖井井底放料设备和平洞胶带机输送设备）为一级，以此类推。

燕子崖砂石系统粗碎车间位于2 100 m高程，半成品料仓位于山脚1 500 m高程，粗碎车间与半成品料仓间垂直高差600 m，水平距离900 m。多级竖井级数的设计主要考虑以下几个方面：

（1）为了保证施工进度，节约施工成本，综合考虑常用的比较成熟的LM-200型反井钻机施工机械特性，竖井深度控制在200 m以内为宜；

（2）根据竖井穿越的地层围岩情况，在白云岩地层、白云岩与灰岩结合地层、灰岩地层分别布置1个竖井为宜，这样有利于单个竖井的开挖和支护；

（3）根据3个竖井井口地质情况，对井口位置做细微调整，使井口布置在地质条件较好的范围；

（4）3个竖井消除的落差不足600 m由3条平洞小倾角下行补偿。

根据以上几个方面综合考虑，最终选择“三竖三平”三级竖井方案。上一级平洞出口与下一级竖井入口衔接，通过三级竖井和平洞的连续组合连通位于高处的装料点2 076 m高程与位于低处的卸料点1 608 m 高程，第一级竖井入口靠近装料点，最后一级平洞出口靠近卸料点。

“三竖三平”三级竖井方案示意见图1。

图1 “三竖三平”三级竖井方案示意图

2.2 多级竖井结构与支护形式设计

燕子崖半成品运输竖井穿过的岩层地质条件复杂，先后穿过白云岩地层、白云岩与灰岩结合地层、灰岩地层。结合国内其它水电项目竖井衬砌的经验教训，项目组织有关专家、技术人员召开专题会议，针对龙开口砂石系统骨料竖井设计有关问题进行了进一步分析和研究。

（1）综合分析和对比国内外类似竖井工程和实践经验，根据输送的散状物料粒径、输送量大小等特性，竖井直径确定为4 m（衬砌后直径）。

（2）为了使衬砌混凝土浇筑时振捣能够密实，并减少开挖对衬砌钢板的安装的影响，混凝土衬砌厚度为30cm。

（3）衬砌锰钢板厚度为12 mm。

（4）为了施工的方便和快捷，衬砌混凝土内不配筋。

（5）衬砌锰钢板采用标准节1.2 m逐节焊接。衬砌混凝土浇筑时预留20 cm以方便本层钢板与上层钢板的焊接。

（6）为保证钢板与混凝土的连接可靠，在钢板外侧加肋。采用8mm厚钢板环形布置，外伸6cm，为了与混凝土结合密实，其上增加钻孔。每节1.2 m高锰钢板上加两圈肋。并在钢板外侧按1m间距梅花型布设Φ16锚筋，钢筋外伸15cm，并应满足锚固长度要求。

（7）竖井底部喇叭口位置衬砌混凝土厚度为50 cm，混凝土内需配筋，只保留内层配筋。

（8）为了确保井底出料均匀，喇叭口竖直段高度为6 m。

经过对以上方面的研究，结合国内其它水电项目竖井运行的经验教训，“三竖三平”，多级竖井的结构与支护设计具体为：1#、2#竖井开挖断面φ=400 cm，成型断面φ=400 cm，由于开挖围岩类型较好，井口向下6 m段进行锁口支护处理。锁口段先采用C10喷混凝土厚10 cm，然后再采用厚30 cm钢筋混凝土衬砌，井身没有衬砌处理。3#竖井开挖断面为φ=400 cm，由于围岩类型较差采取了全断面衬砌处理，支护方式为先采用C10喷混凝土厚10 cm，再采用厚40 cm钢筋混凝土衬砌，衬砌完成后成型断面为 φ=300 cm。

1#～3#竖井井底均采用喇叭口型，井底向上10 m段支护类型先采用C10喷混凝土厚10 cm，再采用厚80 cm钢筋混凝土衬砌。井底采用地弄结构与廊道相连，并设有检修通道，便于竖井堵料时进行维护。

1#竖井井口平台高程为▽2 076 m，井底高程为▽1 951.0 m，开挖高度为125 m。

2#竖井井口平台高程为▽1 877 m，井底高程为▽1 789 m，开挖高度为88 m。

3#竖井井口平台高程为▽1 732 m，井底高程为▽1 624 m，开挖高度为108 m。

半成品运输胶带机廊道包括1#皮带机、2#皮带机、3#皮带机廊道，廊道为下坡平洞，坡度为8%，分别与竖井相接，廊道断面尺寸宽×高为400 cm×450 cm，城门洞型。

其中 1#廊道长度约为 207 m，2#廊道长度为264 m，3#廊道长度约为200 m。

竖井锁扣及暗井配筋图见图2（a），竖井底部廊道结构布置见图2（b）。

图2 竖井锁扣及暗井配筋图(a)和竖井底部廊道结构布置图（b）

3 多级竖井运行技术

根据龙滩水电站、小湾水电站及金安桥水电站砂石系统竖井的运行经验，结合燕子崖砂石系统半成品运输特点，该项目竖井安全运行技术如下。

3.1 运行要求

（1）进料要求。在竖井首次进料前，要在井底先铺设粒径小于150 mm的砂石料，料层厚度应不小于竖井深度的8%，且最小值应大于10 m。作为缓冲垫层，以减少所进物料对井底结构冲击和破坏。控制物料粒径，根据竖井设计直径和岩壁支护情况的要求，物料尺寸一般不宜超过1 m。进料过程中，井内积料每上升（20～30）m时，底部放料设备应运行一次，保证竖井内的物料处于松动状态，以此类推，往复循环，直至竖井处于满井状态后，竖井即可正常运行。

（2）满井运行要求。竖井运行时，严禁将竖井内的石料放空，一般从井口下降15 m左右即须补充进料，确保满井运行，这样可减少石料对井壁的磨损，同时又可减少高落差下料对井壁产生冲击破坏。竖井进料过程中，采用自卸汽车、推土机喂料时尽量避免在同一地点长时间下料，定期更换下料点有利于减少粗骨料集中、降低堵井概率；采用胶带机喂料时，卸料至竖井中心点。

（3）跑矿预防措施。竖井运行过程中，还要注意跑矿现象的发生。当井内石料不足且长时间未出料，井中的石料压实而形成不透水层，加之地表水和裂隙水大量涌入竖井，则井内水位不断升高到超过一定限度后，以泥石流的形式冲出卸料口，形成跑矿。为预防跑矿现象发生，需在井口设置防洪排水设施、保持井内满井运行、定期放矿等措施。

3.2 堵井处理技术措施

竖井运行过程中，受料源质量、人为操作失误等原因影响，会造成堵井现象。堵井一般发生在井底30 m以内部位，个别由于受超径石及井身支护锚杆脱落架空物料导致堵井。其措施有：

（1）按满井生产工法加强对竖井运行管理，严禁竖井因设备检修而停运时间过长，保证井中物料处于松动状态，并严格控制进井料源粒径。加强竖井的生产管理，采取有效的排水措施，严禁地表水流入竖井内；严禁废钢钎等杂物落入竖井；不论砂石系统是否生产，竖井都应经常放料，以保持竖井内的石料处于松动状态，避免由于石料在重力作用下逐渐被压实，粘结为一体，形成结拱型悬拱。

（2）堵井情况发生后，应先通过监视孔确认堵井位置，根据堵井长度采用长竹竿或氢气球捆绑炸药送至堵井点进行爆破松动处理；如储料仓与竖井相交位置物料板结而形成的堵井，应通过放料口对侧设置疏通平洞及辅助出料口，辅以小药量爆破或利用振动给料机松动已经压实的积料；由于垮石而产生放料口位置堵井时，可利用风镐或电动冲击锤对垮石进行分解即可疏通。

4 结 论

龙开口水电站为碾压混凝土重力坝，混凝土总量约500万m3，需要砂石骨料总量约1 100万t，主要由燕子崖砂石加工系统供应，通过实践证明，“三竖三平”多级竖井运输技术解决了半成品料的运输难题，骨料级配总体平衡，满足了工程需要。

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