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超级“胸腔”——丰宁抽水蓄能电站二期地下厂房系统建设纪实
来源:水电十四局 作者:赵江铭 摄影:赵江铭 时间:2022-01-05 字体:[ ]

燕山连绵,长城隐约,滦河蜿蜒。以总装机容量360万千瓦而超越美国巴斯康蒂抽蓄电站的300.3万千瓦机组、跃居世界第一的“国之重器”河北丰宁抽水蓄能电站,就坐落在这京津屏障的叠山秀水间。电站一、二期工程电下厂房合并布置,同期共建,合计长414米,高54.5米,宽25米。发电机组被称为电站的“心脏”,两期地下厂房则为同纳12台大型机组的超级“胸腔”。

严苛地质条件之顶拱稳定

翻开水电十四局丰宁项目部的《施工大事记》,二期地下厂房系统的开挖始于2016年8月1日。业内都知道,在地下厂房系统这个巨大的“胸腔”里,洞中有洞,室中套室,纵横交错,立体交叉。其地层岩性主要为三叠系干沟门单元中粗粒花岗岩,断层多,局部蚀变风化。严苛的地质条件下,顶拱安全是对所有工程建设者的严峻挑战。

丰宁抽蓄电站作为北京冬奥会和京津及冀北地区电网安全运行的“稳定器”、“调节器”,水电十四局中标二期地下厂房系统、尾水系统及金属结构工程后,党建引领,科技攻关,样板先行,全力推进工程施工。

工程技术人员介绍,二期地下厂房分9层开挖支护,主变室分3层开挖支护。开挖过程中,通过精细化分层分区、预锚固及预灌浆措施的实施,有效提高了岩壁吊车梁岩台及水轮机层岩台的开挖质量。施工过程中进行了大量的爆破质点振动监测,严格控制爆破单响药量,减小了爆破对围岩稳定的不利影响。

主厂房及主变室下挖过程中,开挖揭露数条断层及大量长大裂隙,通过数次排查先后发现多处喷混凝土开裂,裂缝多集中于拱角及拱腰部位,其间下挖工作多次暂停处理厂房顶拱变形。当主厂房开挖至5层,主变室开挖至3层时,为增强围岩稳定,暂停向下开挖,转为边墙、顶拱加强支护,在二期两洞室顶拱增加了锚索、锚杆、主动防护网等加强支护项目。其间,中国工程院院士马洪琪等专家,以及河海大学、山东大学课题研究组多次到现场“把脉会诊”,提出措施和指导。

在顶拱与开挖底板面高差较大的情况下进行顶拱加强支护,存在较大的施工难度。主厂房的顶拱,以岩壁吊车梁上设置的电动箱梁钢平台作为施工平台,主变室则以回填石渣形成施工平台,施工当中缩短每班作业时长,减少作业人员疲劳,加强安全、质量管理,顶拱加强支护施工顺利展开。

尾水隧洞等部位开挖支护过程中,严格执行“超前预报、超前支护、一炮一支护”施工措施,有效保障了施工安全与施工质量。

国内最高等级高压钢岔管之制安

一期、二期引水隧洞共有6条高压钢管道,主管水流由钢岔管分流进入12台机组。

笔者现场了解到,每台钢岔管由8个关节组合为1个主管2个支管。岔管材质为HF780CF,设计压力7.47兆帕,主管直径4.8米,支管直径3.4米,管内设计流速为8.92立方米/秒,采用对称“Y”型内加强月牙肋岔管,管壳厚度为66毫米/70毫米,月牙肋厚度126毫米。该岔管为800兆帕级、大厚度高强管岔管,施工工艺复杂,特别是焊接工艺尤为关键。钢岔管由水电十四局昆明水工厂制造、安装。

自1989年承揽广州抽水蓄能电站一期工程以来,水电十四局在国内承建了近20座抽蓄电站,形成了独具特色的核心竞争力。昆明水工厂精心组织施工,认真组织开展焊评工作,施工过程中强化质量管控,坚持创优主线,严格标准化、规范化施工作业,使得钢岔管组装焊接各项指标均在优良范围内。在第三方检测单位进行现场焊缝检测过程中,项目部作业人员细致配合,相互探讨、吸取建议和意见,不断提高焊接水平;项目班子每天蹲点督促监督,确保压力钢管焊缝焊接质量优良、稳定。为了攻克难题,国内有关各方共同协作,付出了巨大的心力,为的就是高水头、大容量、可逆式抽蓄电站机电金属结构制安工程的“大国重器”。水工厂表示,由此先后收到哈尔滨电机厂、华电郑州机械设计研究院的感谢信和表扬函。

丰宁抽水蓄能电站800兆帕级钢岔管水压试验,是国内钢岔管压力等级最高、设计难度最大的水压试验。2018年11月9日,钢岔管水压试验在昆明水工厂一次性成功,标志着国内压力等级最高,设计制造难度最大的钢岔管水压试验成功,展示了中国电建在高压钢岔管制造的龙头地位和优质的履约能力。

科技强企自立之项目攻关

水电十四局承担的二期工程,分为地下厂房系统和尾水系统两大部分,其中地下厂房系统主要有二期主厂房洞、二期主变洞、7号~12号母线洞、2号交通电缆洞、二期排风系统、二期出线系统、2号通风洞、排水廊道及其他附属洞室等。为有效落实电建集团公司发展战略,水电十四局及其项目部,统筹部署科技创新任务,进行项目科技攻关、重点技术研究。

项目部工程技术人员结合引水隧洞斜井施工,探索“上弯段”底板压底降坡形成反井钻机施工空间,“下弯段”抬底升坡,在满足施工设备正常空间运行需要的同时减少技术超挖,反井钻机控制精度打设底导井,分层打设斜向孔控制开挖掌子面倾角形成自然溜渣,井壁设置环向安全绳保障作业安全等多种技术综合使用的开挖支护方案,有效降低了施工难度,使龙抬头结构布置形式的斜井开挖支护安全有序进行。同时,减小了施工场地的面积,极大地减少了对环境的污染,节约了人、机、料的投入,降低了能量的消耗。由此总结形成“龙抬头开挖及支护施工工法”,被中国水利工程协会公布为2020年度水利行业工法。

两项实用新型专利“一种严寒地区冬季取水设施”、“一种严寒地区室外供水管线的保温结构”,是项目部研发的项目。其中,前者包括渗水井和保温房,渗水井为混凝土材质,井壁上开有均布的花眼,保温房围渗井而建,保温房建在汛期最高水位线之上,保温房通过垫高圈垫高,保温房的墙壁内侧设有保温层,渗水井井壁至垫高圈之间区域自地表起自下至上铺设有填渣层和碎石层,本实用新型可实现在冬季水面冰封时方便取水,且结构简单、施工量小,可满足不同季节的取水需求,便于维护。

后者“一种严寒地区室外供水管线的保温结构”,采用纳米阻燃自控温电热带加热层、石棉管壳保温层、玻璃布丝固定层、锡箔胶带外隔热层组成,共同应用,在严寒地区低温季节对室外供水管路进行保温,保障地下工程在寒冷季节连续施工作业,保障了建设工期,产生较好的社会和经济效益。

依托地下厂房岩锚梁施工的科研成果“双岩锚梁混凝土同期浇筑施工技术”获公司科技进步奖。“提高岩壁梁岩台开挖半孔率”成果获云南省建筑协会优秀质量管理QC成果奖。

清代河北迁安女诗人高顺贞,有诗《峡谷龙影》描绘滦河:“峡谷影蜿蜒,潜形阅古今。何不挟风云,与世作霖雨。”滦河两岸山峰对峙,峡谷陡峭,河水如一条游龙蜿蜒潜形,阅尽古今世事。诗人叹问:滦河为什么不挟持风云降甘霖,造福人间?而今,“拭看天地翻覆”,源源不断的滦河水被转化为优质电能输往京津冀。点亮北京绿色冬奥会辉煌灯火的清洁能源,不就是对中国电建人的崇高礼赞吗!


施工中的二期地下厂房一隅

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