厄瓜多尔CCS水电站TBM法施工引水隧洞工程地质条件及问题初步研究

TBM法隧洞施工具有快速、高效、安全和环保的技术特点,但TBM施工地质适应性差,往往由于工程地质条件原因影响TBM的掘进效率,在TBM施工之前非常有必要对工程地质条件进行研究。以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,分析岩石单轴抗压强度、岩石耐磨性和岩体的完整性等指标,得出该隧洞的地质条件适合TBM施工的结论。并根据工程区域的工程地质条件,分析施工可能遇到的工程地质问题,主要包括岩爆、断层破碎带塌方、软岩大变形、涌水、高地温及有害气体5个方面,并针对性地提出在各种不良地质条件下的预防措施和施工对策。

厄瓜多尔CCS水电站超深竖井反井钻机法施工关键问题研究

厄瓜多尔CCS水电站为引水式电站,布置有2条深达537.9 m的超深竖井。经过方案比选,选择了新型RHINO 1088DC反井钻机进行竖井施工。反井钻机法施工分为正钻导孔、反扩导井及人工扩挖3个阶段。针对正钻导孔时的埋钻、导孔偏斜问题,反扩导井时的塌井及刀具损坏问题,人工扩挖过程中塌方、涌水及堵井问题,文章在分析其成因的基础上提出了相应的预防及处理措施,取得了良好的施工效果。CCS水电站超深引水竖井反井钻机的成功实施对国内水利水电工程深竖井施工水平的提高具有重要的借鉴意义,相关研究内容可为类似工程的竖井施工提供参考。

CCS水电站引水隧洞TBM断层带卡机脱困技术

厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞采用大直径双护盾TBM施工,开挖洞径9.11 m,在掘进至桩号K16+127.0 m时,由于断层破碎带围岩塌方掩埋及堵塞刀盘造成卡机事故。在分析地震法物探成果和钻孔岩芯的基础上,确定断层破碎带及影响带宽度约70 m,围岩稳定性差,以Ⅳ类为主,局部Ⅴ类。拆除刀盘后方16.26 m处管片的上半部分后,沿洞壁两侧开挖旁洞,至刀盘后沿引水隧洞轴线进行导洞顶拱扩挖直至通过断层破碎带,导洞开挖前采用超前锚杆、固结灌浆等超前支护措施,开挖后采用钢拱架、系统锚杆、挂网喷射混凝土支护措施;支护完成的导洞防止了TBM掘进时的洞顶塌方,TBM在断层破碎带内掘进时,每环掘进前均对掌子面前方围岩进行固结灌浆以防掌子面围岩塌方;采用以上技术措施后,TBM成功脱困并穿过了断层破碎带。

CCS水电站引水隧洞双护盾TBM施工围岩分类研究

为了对双护盾TBM隧洞施工中的围岩进行分类,以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,参考RMR围岩分类方法,通过伸缩护盾的间隙和刀盘的空隙对洞壁和掌子面围岩进行观测,结合岩渣及掘进参数,获取岩石的质量指标RQD、节理间距和节理性状等信息。通过综合分析,选取岩石的回弹值、围岩的完整性、岩石的质量指标RQD、刀盘推力、刀盘扭矩、片状岩渣含量和地下水渗流量作为围岩分类的指标,然后对7个指标分别赋值,建立围岩的分类标准,并通过求和的方法进行综合围岩分类。分类结果表明:选取的7个指标可以克服双护盾TBM施工时无法对围岩进行全面地质素描的困难,可以满足TBM快速施工的需要,并且能较真实地反映围岩的情况,分类结果可靠。

CCS水电站地下厂房围岩分类方法研究

以厄瓜多尔CCS水电站地下厂房为研究对象,在综合分析RMR法、Q系统法及水电HC法3种围岩分类的特点及适用范围的基础上,采用3种分类方法对CCS水电站地下厂房洞群围岩进行了分类,并对分类结果进行了对比分析,以RMR法、Q系统法和水电HC法分类结果为基础,采用专家经验对地下厂房围岩进行综合评判,得出各洞段的最终围岩等级。研究结果表明:3种方法分类结果相差较小,分类结果较为可靠;水电HC法以往在国内应用较多,同样适用于国外工程,值得进一步向国际工程推广应用。

CCS水电站输水隧洞双护盾TBM穿越不良地质段的处理技术

CCS水电站输水隧洞在TBM施工过程中,遇到了砂岩崩解砂化、断层破碎带塌方、突涌水、围岩失稳等不良地质条件,导致了掘进速度缓慢、卡机等不良后果。经过采取有效的处理措施,TBM通过了不良地质段,为输水隧洞的如期完成提供了保障。

CCS电站隧洞钢衬美国标准与中国标准对比

根据厄瓜多尔CCS水电站实际情况、合同及美国标准的规定,确定了钢衬材料的机械性能及许用应力,对钢衬抗外压稳定进行了计算分析,修正了美国标准中加劲环自身抗外压稳定计算公式,并且对美国标准与中国标准计算结果进行了对比。结果表明:随着加劲环间距的增大,中国标准得到的加劲环自身抗外压稳定计算值偏小。鉴于外水压力值超过了2.0 MPa,且钢筋混凝土衬砌段为透水设计,虽然按美国标准复核抗外压稳定满足要求,但是考虑工程安全起见,采取在压力钢管上部30 m处设排水洞。

厄瓜多尔CCS水电站沉砂池BIM应用

厄瓜多尔CCS水电站沉砂池具有引水量大、工程规模大、泥沙含量大等特点。设计施工阶段,面临多种方案的优化对比、特殊复杂工艺的准确表达、大量异形结构的配筋施工图设计和异常严格的设计咨询审查等技术问题。为确保项目高质量顺利实施,将BIM技术成功应用于沉砂池设计施工阶段,提高了项目产品质量和设计效率,改变了技术问题沟通方式,为类似工程的BIM应用提供借鉴。

厄瓜多尔CCS水电站钢岔管体形设计与三维流场分析

厄瓜多尔CCS水电站钢岔管设计内水压力6.83 MPa,HD值高达4 084 m2。采用美国ASME标准并选用日本钢材对此进行了设计。在岔管体型初步设计的基础上,建立了岔管三维有限元数值模型,对岔管进行了结构分析,并对典型工况下的岔管水力学情况进行数值模拟,根据计算结果提出对岔管体形和机组运行的优化建议。

CCS水电站首部枢纽坝基帷幕灌浆试验研究

针对CCS水电站首部枢纽坝基强风化花岗闪长岩透水地层,进行了现场帷幕灌浆试验防渗处理。试验以水泥、水、膨润土及减水剂作为灌浆材料,采用了不同的配合比,确定了灌浆施工工艺、灌浆参数及有效灌浆方法,并对灌浆效果进行了检测分析。结果表明,帷幕灌浆有效降低了坝基岩体的透水性,提高了防渗能力。试验结果为坝基岩体的大规模防渗处理提供了可靠的依据。

CCS水电站若干设计难点研究与突破

厄瓜多尔CCS水电站项目存在泥沙含量高、地震烈度大、覆盖层埋深大、输水距离长、地质条件复杂、水头高等不利自然条件,基于BIM和信息化设计,采用设计和施工深度融合的动态设计方法,成功解决了在不均匀地基上修建特大规模沉沙池,超深覆盖层上修建大泄量混凝土过水建筑物,国际标准体系下深埋长隧洞设计优化,复杂地质条件下高水头压力管道设计,薄岩壁大跨度地下洞室群支护措施,大容量水轮机和高压发电机配电装置型式选择等一系列关键技术问题,为工程的高质量建设和运行奠定了坚实的基础。

CCS水电站输水隧洞工程地质条件分析与处理

为保证CCS水电站输水隧洞双护盾TBM施工正常进行,开展了围岩分类与稳定性评价及隧洞超前地质预报,研究了施工方法,提出了施工技术建议。在双护盾TBM施工过程中,可见的围岩范围较小,无法进行地质素描,根据双护盾TBM施工的技术特点,选择了隧洞掌子面及洞壁小范围的围岩观察、TBM掘进参数分析、局部岩石回弹值测试、岩渣性状分析、地下水特征分析等多种方法获取围岩地质信息,从而对围岩进行分类和稳定性评价。选择了隧洞宏观地质条件分析、施工过程地质条件分析、以地震法和电法为主的物探方法、掌子面超前水平钻探等综合方法对掌子面前方围岩进行探测和预报,根据预报结果有针对性地采取处理措施。针对TBM施工过程中出现的涌水、砂岩砂化、断层破碎带等不良地质条件,建议施工单位采取了超前地质预报及调整掘进参数、堵水、超前灌浆加固围岩等施工方法和技术,TBM顺利通过了不良地质段。

厄瓜多尔CCS水电站输水隧洞优化设计总结及体会

24.8 km输水隧洞工程是厄瓜多尔CCS水电站工程控制工期的关键项目,由2台双护盾TBM施工。从工程概念设计、基本设计、详细设计直至现场施工,设计工程师转变依照规范进行工程设计的传统设计模式,分析梳理原设计方案,依据工程合同、工程地质及水文地质、现场施工环境条件及其变化等,并结合TBM施工隧洞工程技术特点,将TBM设备特性和TBM施工技术高度融合于隧洞工程设计中,对输水隧洞设计方案、隧洞施工规划方案及TBM管片类型等进行全过程动态优化设计,为TBM快速掘进,高效成洞,安全、环保施工提供便利的隧洞设计施工方案。该方案的实施,能保证CCS水电站工程质量和工期,并有效控制EPC模式下的CCS水电站工程投资。

CCS水电站继电保护设计特点分析

厄瓜多尔CCS水电站总装机容量为1500 MW,是厄瓜多尔国内最大的水电站,全部采用国际规范和标准进行设计。继电保护设计方案结合当地电网和设备的特点,主要设备的保护装置全部采用双重冗余配置,操作及出口回路全部采用继电器搭接完成逻辑功能,保护专网通信接口采用IEC61850规约。对工程的设计特点进行了分析,为适应外方业主和咨询公司的设计和使用习惯,设备参数、CT选择、操作回路和电源回路的设置等问题都通过设计方案的完善予以解决,对设计过程中出现的问题进行了总结和分析。2016年11月18日,电站机组正式投入商业运行,通过近4 a运行实践,继电保护系统运行完好,当站内设备和电网发生故障时,均能可靠动作并切除故障,保证了电站安全稳定运行。

CCS水电站输水隧洞设计关键技术问题研究

厄瓜多尔CCS水电站输水隧洞洞径大、距离长、埋深大,其合理的布置和设计对电站的造价、运行条件影响巨大。通过工程布置和施工方案的优化论证,将输水隧洞优化为全线明流输水,大大简化了工程布置,改善了运行条件;采用通用型"B、D"两种管片型式,大大简化了施工,提高了TBM施工效率;采用国内外不同的标准(中标、美标、欧标)对管片衬砌结构进行计算分析,对管片强度、配筋、灌浆孔、定位孔、螺栓连接孔、燕尾槽等进行了合理布置和设计,保证了管片制作、脱模、安装时的施工质量,为复杂地质条件下长隧洞的设计、施工提供了可借鉴的经验。

CCS水电站压力管道透水衬砌结构设计研究

厄瓜多尔CCS水电站压力管道具有埋深大、水头高等特点,常规不透水衬砌设计将导致配筋量过高而难以适用。CCS水电站压力管道采用了透水衬砌设计,在对透水衬砌渗流场与有限元结构耦合作用分析的基础上,根据内力值计算了衬砌的配筋量。结果表明:在完建与检修工况下,衬砌混凝土自身能够满足应力需要,可不配置钢筋;在正常运行工况下,透水衬砌所需配筋量较小;在水击工况下,衬砌所需配筋量相对较大,为透水衬砌配筋的控制工况。与常规不透水衬砌相比,透水衬砌设计可大大节省配筋量,并且计算结果与工程实际情况更为符合。

CCS水电站600 m深竖井反井钻机施工塌孔分析

竖井作为地下建筑物,地质条件复杂多变,对反井钻机施工影响较大。CCS水电站布置两条600 m级超深竖井,其中2#竖井在反井钻机施工过程中出现塌孔事故,进而大量涌水并导致设备损坏。结合塌孔特征和附近已开挖建筑物工程地质条件对塌孔原因进行分析,初步推测应是下平段揭露的f46、f47断层与R3流纹岩脉相交部位围岩稳定性差,造成塌方,在高水头作用下,陡倾岩体破碎带形成了地下水径流通道。针对塌腔发育情况和周边工程地质条件利用钻探、物探、激光扫描、地下水示踪等手段开展补充勘测,从而进一步查明竖井区工程地质条件,证实塌孔原因,确定塌腔发育部位、规模和性状等,据此确定新竖井孔位。在新孔位导孔施工过程中,根据钻进参数、渣料、返水等情况对工程岩体条件进行分析判断,及时对不良地质段进行灌浆加固,在导孔施工完成后采用全孔纯压式灌浆。在新竖井人工扩挖时,通过M9支洞对塌腔进行密实回填,顶部回填困难区域采用模袋混凝土填充,以减少塌腔对竖井运行安全造成的影响。

CCS电站输水隧洞TBM管片结构设计与生产

对厄瓜多尔CCS水电站输水隧洞工程TBM管片的设计和生产过程进行总结,首先根据工程地质情况,综合考虑洞径、受力特征和施工难易程度对管片进行了选型;然后参照美国规范推荐的修正惯用法,采用有限元分析软件ANSYS对管片进行了结构受力分析和配筋计算;最后根据管片混凝土浇筑和养护过程的各种工艺,制定了管片生产全过程的技术要求及出厂验收技术标准。通过分析明确了管片选型的方法和结构的受力特征,总结了管片混凝土原材料检验、混凝土配制、混凝土振捣、混凝土养护和管片出厂检验等技术标准。

CCS水电站溢流坝主要工程地质问题与处理

CCS水电站首部枢纽溢流坝地基为深厚覆盖层,地质条件非常复杂,主要存在坝基渗漏、坝基渗透变形及坝基沉降变形等工程地质问题,基础处理是溢流坝设计的重点和难点。针对溢流坝的地质条件特征,采用塑性混凝土防渗墙、开挖换填和振冲碎石桩复合地基处理方案,监测结果表明地基处理效果较好。

CCS水电站尾水渠边坡稳定及支护方案研究

CCS水电站尾水渠所在位置属高烈度地震带,地质条件差,深覆盖层,基岩面高程变幅大,且尾水渠距离进出厂房的唯一交通要道非常近,直接导致尾水渠开挖范围受限,形成了高陡边坡稳定问题。该工程非常少见地集多种难点和复杂条件于一身,是疑难边坡设计的典型案例,为保证工程安全,设计中采用“多参数真值反演分析”手段确定地质参数,并提出地连墙、预应力锚索、冠梁约束型抗滑桩、预应力锚杆、砂浆锚杆等多种措施联合支护的设计理念,保证了道路通畅,避免了另设进厂道路对厂房施工工期的重大延误。目前电站运行良好,尾水边坡各项安全监测数据长期收敛无异常,证明边坡整体设计理念及支护方案是合理性的。