摘要:主要探讨了竖井与斜井选择、通风洞的横断面尺寸、库盆排水结构和泄水建筑物的检修条件等结构设计问题。
关键词：竖井、斜井、施工支洞、通风兼安全洞、库盆排水体
1.斜井与竖井，行业有别，选择更有别
1.1交通和水电两个行业，对斜井和竖井有不同的解释
2024年5月，作者在参加某水电工程技术咨询会时，发现交通行业将水电行业有一定坡度的施工支洞称之为斜井。在《公路隧道设计规范》（JTGD70-2018）中，斜井的定义为：为改善运营通风或施工条件，以一定倾斜角度设置的斜向通道。竖井的定义为：为改善通风或施工条件，而设置的垂直通道。而在《抽水蓄能电站施工组织设计规范》（T/CEC5050-2021）中，斜井的定义为：地下隧洞有一定倾斜角度的井筒，最大倾斜角度小于600。竖井的定义为：洞壁直立的井状隧洞，井倾角大于600。施工支洞的定义为：为增加地下工程施工的工作面，解决交通、通风和施工干扰而开设的临时隧洞。
从上述解释可以看出：
（1）竖井和斜井在交通行业均为附属建筑物，而在水电行业，有的为主体建筑物（如引水隧洞），有的则为厂房附属建筑物（如出线井、通风井等）。（2）两个行业对竖井的倾角界定不同。（3）交通行业的斜井和水电行业的施工支洞实质一样。
为方便工程管理，在编制招标文件时，应兼顾行业的习惯明确建筑物的名称。否则,会引起歧义或合同纠纷。
1.2引水隧洞的斜井与竖井选择需综合考虑
在水电行业内，有一种比较偏激的观点认为：高水头的引水隧洞采用一级垂直竖井布置可以省去因采用两级斜井布置而带来的中平段施工支洞。因此，应尽可能选择竖井布置。作者结合《抽水蓄能电站设计规范》（NB/T10072-2018）6.4.1条的原则规定，对此调研后得出的结论是：
（1）同高差的斜井比竖井对应的水道长度短，对应的局部水头损失也小。因此，从经济方面考虑，当引水隧洞的布置条件允许时，应首选斜井。如图1。
（2）只有当上库的进水口位置距离厂房较近,布置斜井比较困难时，才选择竖井。如青海同德抽蓄等。
（3）对于高水头斜井或竖井，目前的开挖技术水平都能满足设计要求。如河南洛宁抽蓄电站用TBM开挖完成了560m高差的斜井。浙江永嘉抽蓄电站正准备用掘进机扩挖488m的超深竖井。但高水头斜井或竖井的混凝土入仓工艺还存在粗细骨料分离、泵管内需增加特殊阻尼装置等问题。因此，对于超深竖井而言，中间部位的施工支洞仍需设置。如贵州某抽蓄项目的500m级竖井，因在可研阶段未在中部设置施工支洞，到了招标阶段，则将厂房地勘洞爬坡顺延改造成竖井的施工支洞。有的300多m深的竖井没有在中间设施工支洞，但在井内中间部位设置了混凝土转料平台。该平台需要对竖井进行局部扩挖，以满足场地布置要求。
图1 抽水蓄能电站的斜井（左）和竖井（右）布置
2.厂房通风兼安全洞的横断面尺寸主要受控于厂房上部出渣
地下厂房顶部的通风兼安全洞大多和厂房顶部开挖期的施工支洞结合布置。国内已开工项目的通风兼安全洞，其横断面净尺寸范围为（7-8.5）m×（6-8.5）m，其中，以7.5m×6m居多。
经查阅《水力发电厂供暖通风与空气调节设计规范》(NB/T35040-2014)第5章和第7章的相关规定认为,和施工支洞结合布置的通风安全洞,其断面尺寸主要受控于厂房开挖期。结合《水电工程施工组织设计规范》（NB/T 10491-2021）附录G中场内三级公路的技术指标要求，作者调研后认为：（1）造成同规模抽蓄项目通风洞横断面尺寸不同的主要原因是施工出渣车辆的宽度选取不同。（2）在不设人行道、适当增加一定数量错车道的前提下，即使选择了较宽的车型，7.5m×6m的净断面尺寸也能满足要求。（3）在前期阶段，厂房的地勘平硐布置可考虑与通风兼安全洞结合布置。开工后仅对地勘平硐进行扩挖。
此外,对于进厂交通洞横断面尺寸受钢叉管运输影响的工程,需要对钢叉管的组焊地点进行对比分析。
3.库盆排水结构的选择需高度重视气候条件因素
抽水蓄能电站新形成的水库，其结构设计特点是：日水位变幅大，新形成的水库改变了山体原有的工程水文条件，库盆防渗结构安全受外水的影响大。为此，《抽水蓄能电站设计规范》（NB/T 10072-2018）第6.3.4条对库盆的排水结构提出了原则要求。目前，开挖形成的库盆，共有两种排水结构，一是在土工反滤料表面浇筑无砂混凝土，二是在土工反滤料表面铺设并斜坡碾压级配碎石。防渗结构可选用钢筋混凝土面板或沥青混凝土。经调研，库盆的排水结构设计需高度重视由气象因素引发的两个问题:
（1）位于严寒地区的库盆应慎重选用无砂混凝土结构。有些严寒地区的抽蓄库盆土建工程量大，而每年只有一半时间能用于混凝土施工。而地下厂房在冬季保护措施下，还能基本维持正常施工。在此情况下，库盆的施工周期就超过了地下厂房，为此，库盆的排水结就宜选择施工速度相对较快的级配碎石结构。
（2）刚性混凝土防渗面板在排水受阻或不畅情况下的结构安全保障问题。无砂混凝土或级配碎石排水体在极端气候情况下（如特大暴雨引发的地下水位暴涨、部分反滤失效引起的排水体淤堵等）需要适当增加库盆的安全储备。对于非岩质边坡，适当放缓坡比是最佳选择。但对于岩质边坡，可通过调整插筋的结构增加库盆的安全储备度。由于常规插筋限制了刚性防渗面板的自由伸缩变形，因此在插筋孔口一定长度范围内需要填充沥青等塑性材料，使其对混凝土防渗面板只产生垂直抗拉、不构成平面约束。插筋以直角进入混凝土防渗面板内，如图2。
图2 抽数蓄能库盆(左)和孔口填充沥青的插筋细部结构(右)
4.建在小型河流上的下水库需高度重视泄水建筑物的检修问题
建在小型河流上的下水库，其泄洪洞有施工期导流、运行期泄洪和排沙三个功能。在径流量较大的河流上，该泄洪洞实际上是一条长流水建筑物。因此，泄洪洞底板的结构除了需要做好抗冲耐磨设计外，还应为枯水期检修创造条件。经调研，只要在底板中心线部位增加一座较低的导水墙就可满足运行期检修要求。
5.结语
在党的二十届三中全会公报中，已将能源融入绿色发展的生态文明大框架中。能源建设服务于生态文明和绿色发展成为抽水蓄能电站建设的指导思想。随着抽水蓄能电站大规模建设的持续推进，各种结构细节问题层出不穷，并成为行业高质量发展和技术进步的重要落脚点。为此，需要不断借鉴行业内外的先进理念，创新设计，把新出现的结构细节问题落到实处。
(2024年9月17日)
