[發明專利]一種適用于TBM施工的水電站引水斜井開挖直徑的確定方法

在審

• 申請號: 202110290172.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113051644A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 張興彬;王炳豹;趙路;張建國;殷康;杜藏;肖興軍;宋振聰;高健;王晚詞
• 申請（專利權）人: 國網新源控股有限公司;河南洛寧抽水蓄能有限公司;中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06Q50/08
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏;曾利平

本發明公開了一種適用于TBM施工的水電站引水斜井開挖直徑的確定方法，根據該TBM施工的引水斜井經濟流速和額定水頭確定過流斷面直徑，然后根據過流斷面直徑確定不同額定水頭抽水蓄能電站的引水斜井開挖直徑，最后歸納總結確定額定水頭在400m以上的抽水蓄能電站的引水斜井開挖直徑為7.0~7.4m，使400m以上額定水頭的抽水蓄能電站的引水斜井開挖直徑盡可能相同，在合理的額定水頭損失范圍內，適當改變開挖直徑，使同一TBM設備適用于多個不同額定水頭的抽水蓄能電站的引水斜井的開挖，分攤了TBM施工費用，降低了TBM施工費用，同時滿足不同額定水頭機組對輸水發電系統調節保證設計性能的要求。

技術領域

本發明屬于水電水利工程技術領域，尤其涉及一種適用于TBM施工的水電站引水斜井開挖直徑的確定方法。

背景技術

目前國內開工建設的高水頭電站輸水系統引水隧洞普遍選擇多級斜井或者豎井的布置方案，采用斜井布置方式的引水隧洞即為引水斜井，引水斜井是水電站中重要的建筑物，其特點是傾角陡、直徑大、長度長，所以施工難度大。目前國內引水斜井一般的設計參數為：傾角45°～60°，開挖直徑6～10m，最大施工長度由于受施工能力限制控制在400m左右。近些年來，由于國內抽水蓄能電站建設陸續開工建設，引水斜井施工技術取得了很大進步，采用爬罐開挖斜井導井長度超過400m(寶泉419m，敦化424m)，采用反井鉆機開挖斜井導井長度超過300m(惠蓄310m，荒溝360m)。

目前，國內引水斜井的開挖施工都是采用鉆爆法，其主要缺點是：施工導向和成洞體型不易控制；開挖成洞的平整性差，超挖和欠挖問題普遍；施工速度慢；安全性差等。

受限于目前的施工技術水平，目前國內開工建設的高水頭電站輸水系統引水隧洞普遍選擇多級斜井或者豎井的布置方案，這在很大程度上限制了抽水蓄能電站的立面布置設計。輸水系統引水隧洞采用多級斜井或者豎井布置結構，導致引水系統長度較長，調節保證設計性能較差，為了取消引水調壓室，廠房位置相對靠前，不利于減小廠房附屬洞室和勘探平洞長度。另外受制于反井鉆或爬罐法施工限制，當斜井長度較長時，不得不增設中平段或者中平洞施工支洞，從而增加了工程投資，延長了工期，加大了工程施工布置設計的復雜程度。

TBM施工技術作為一種機械化智能化施工技術手段，可以優化引水系統布置，縮短引水系統長度，減小工程土建工程量；在水電站可行性研究設計階段的廠房開發方式比選過程中，若考慮引水斜井采用TBM技術施工，廠房位置可以適當向下游移動，可以縮短水電站廠房輔助洞室長度，減小廠房附屬洞室工程投資；同時，廠房越靠近下游側，越有利于減短廠房勘探平洞，縮短地質勘探工作周期；引水系統采用TBM施工技術，可以縮短水電站輸水系統水流慣性時間常數(Tw)，有利于改善水電站調節保證設計性能。

但不同抽水蓄能電站的額定水頭不同，對應的斜井開挖直徑不同，一般情況下，單條引水斜井長度一般不超過1000m，不同水頭抽水蓄能電站的引水斜井的開挖直徑在6.5m～9.5m之間變化，而TBM 設備成本較高，設備開挖直徑改造的能力差，經濟壽命下TBM設備掘進長度一般超過8000m，為了降低TBM設備的使用成本，提高TBM設備的適用性，需要盡可能將同一TBM設備適用于多個不同抽水蓄能電站上，使TBM設備使用成本在不同抽水蓄能電站上進行分攤，因此有必要針對抽水蓄能電站引水斜井進行標準化設計，使不同水頭抽水蓄能電站引水斜井的開挖直徑盡可能相同，方便TBM 設備的推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于TBM施工的水電站引水斜井開挖直徑的確定方法，以解決單個抽水蓄能電站引水斜井采用TBM開挖經濟性和推廣性較差的問題，本發明使不同水頭抽水蓄能電站引水斜井開挖直徑盡可能相同，從而使同一TBM設備適應多個不同水頭抽水蓄能電站引水斜井的開挖，提高TBM設備在抽水蓄能電站引水斜井TBM施工的適用性的問題，降低TBM設備的使用成本。

本發明是通過如下的技術方案來解決上述技術問題的：一種適用于TBM施工的水電站引水斜井開挖直徑的確定方法，包括以下步驟：