△南宁抽蓄上水库大坝施工场景
据了解,抽水蓄能电站的地下硐室群通常由多个关联的地下洞室组成,包括主副厂房洞、主变洞、尾闸洞、压力管道(引水隧洞)、母线洞、出线洞(井)、排水洞、通风洞(井)、交通洞、尾水隧洞以及其他辅助通道等,单个抽蓄平均硐室长度超20千米。
△主厂房开挖场景
抽水蓄能地下硐室群的施工涉及到多个专业领域,包括渗控工程、地下工程、机电安装与调试等,与常规水利水电工程相比更加复杂,对技术要求更高。抽水蓄能电站地下硐室纵横交错、相互贯通,具有规模大、承受水头高、厂房洞室跨度大、边墙高等特点,且抽水蓄能电站地下硐室群开挖往往是工程关键线路上的关键项目,其爆破开挖质量和精细化程度直接决定着地下工程的施工工期,影响首台机的发电工期,并控制工程的总工期。
△厂房中导洞开挖场景
广西地区的抽水蓄能电站面临岩性复杂(紫红色砾岩、砾状砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩夹泥岩自上而下分布,岩石普遍含钙质,大多构造夹砾状灰岩或不稳定的泥灰岩)、风化层深厚(约数十米至2千余米不等)、板状层理及槽状交错层理发育、斜竖井多且竖井超深、地下水丰富、地应力异常分布岩爆突出等众多难点,给爆破施工作业带来一系列的技术难题。
△南宁抽蓄下水库全景图
2021年起,南方电网储能股份有限公司、南宁蓄能发电有限公司、广西桂物民爆物品有限公司、北部湾大学、中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司、中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司、中国水利水电第七工程局有限公司等单位共同组建项目研究团队,经过多年研究,在爆破理论、破材料、爆破设计、爆破工艺等多方面进行改进,并在南宁抽蓄项目实践应用。
△尾闸室预裂场景图
主要技术如下:采用BIM技术与地质信息集成,建立了地下厂房硐室群三维地质模型,实现地下厂房硐室透明地质模型,为地下厂房硐室群爆破开挖提供三维可视化模型,解决复杂地质条件下大型地下厂房硐室群爆破开挖地质信息可视化问题;通过精细解析围岩条件,构建围岩分级与岩石可爆性量化关系;建立大型地下硐室力学模型,揭示了硐室施工过程应力场规律,并应用到硐室群爆破与支护设计和安全施工管理;以聚能爆破理论,研发了水耦合切缝药包爆破技术,对地下主副厂房、引水竖井、尾水竖井的实施了高质量成型爆破;集高效精细化爆破设计、随钻信息采集、钻孔施工质量等关键技术于一体,形成了地下硐室群精细爆破关键技术。
△主变洞下游II层CZ0+90~CZ0+60边墙预裂效果
本研究成果可增大硐室、竖井轮廓炮孔间距45%,减少1/4~1/3轮廓炮孔数量,周边半孔率由45%提高到90%以上,降低了超欠挖,保障了硐室、竖井成型质量;水袋有效降低爆破粉尘,缩短了现场通风降尘时间20%~35%;综合经济效益提高了25%~45%。
△安装间端墙预裂效果
课题共形成国家专利14项,省部级工法3项,软件著作权4项,在爆破精细设计、精细施工、精细管理上取得了本质性突破,深孔预裂等技术有力完善和丰富了现有标准及规范。
△副厂房II层预裂效果
研究取得的成果极大地推动了将坚持贯彻落实国家创新驱动发展战略,着力推进工程爆破施工技术的创新与应用,推进科学技术与抽蓄硐室开挖施工的深度融合,为公司科技领域的发展奠定了坚实基础,为我国复杂地质条件下地下硐室开挖建设提供成熟技术支撑,经济效益和社会效益显著。
△岩壁梁开挖场景图
来源:南网储能