适于TBM施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构的制作方法

本技术涉及水利水电地下工程领域，尤其涉及一种适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构。

背景技术：

1、抽水蓄能电站是电力系统中可靠性大、经济性好、寿命周期长、容量大、技术成熟的储能装置，是新能源发展的重要组成部分。在高山峡谷地区，抽水蓄能电站发电厂房一般采用地下厂房的布置形式。

2、抽水蓄能电站普遍运行水头高，吸出高度大，一般为50m～80m，安装高程低，地下厂房洞室群埋藏深，主洞室及附属洞室数量多，洞室之间空间关系复杂。各洞室断面型式各异(如城门洞形、三心圆，马蹄形，圆形等)。抽水蓄能电站地下厂房开挖普遍采用钻爆法，施工机械化程度低、劳动力投入大、施工质量控制难度大、施工进度保证性差，施工工期长，施工作业环境差，易造成人员职业健康伤害，引发安全生产事故、安全风险高。发电厂房工期通常为整个项目的控制工期。tbm施工作为一种先进的隧洞机械化施工技术，已在铁路、水利等行业的长隧洞施工中广泛应用，其在质量、工期、安全、环境保护及文明施工等方面有很大优势。随着tbm设备制造水平的发展及变洞径等tbm施工技术的日趋成熟，抽水蓄能电站地下厂房采用tbm施工非常必要。由于抽水蓄能电站地下厂房洞室群单个洞室长度较短，一般不超过1.5km；主洞室跨度一般12m～30m，附属洞室洞径一般2.5m～12m，差异较大；各洞室空间布置立体交错，高程相差大，目前的抽水蓄能电站地下厂房布置结构不适应tbm长距离、连续施工的特性。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，以提高施工效率及施工安全性，降低工程投资和施工难度。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，由主洞室和附属洞室组成，主洞室包括主副厂房和主变洞，附属洞室包括进风洞、排风洞、进厂交通洞和出线洞，主副厂房和主变洞沿顺水流方向间隔布置，主副厂房和主变洞的轴线方向相互平行，主副厂房轴向的一端连接进风洞、另一端连接排风洞，主变洞轴向的一端通过主变交通支洞连接进厂交通洞、另一端连接出线洞，排风洞和出线洞位于抽水蓄能电站地下厂房的同一侧，排风洞与出线洞于两者的出洞点附近布置排风出线连系洞，排风出线连系洞的一端与排风洞连通、另一端与出线洞连通，主副厂房内布置有主副厂房上导洞，主变洞内布置有主变开挖导洞，由依次相接的进风洞、主副厂房上导洞、排风洞、排风出线连系洞、出线洞、主变开挖导洞、主变交通支洞和进厂交通洞组合构成符合tbm施工要求的第一段整体式tbm隧洞。

3、进一步优选的是：第一段整体式tbm隧洞的各洞室均布置为圆形断面的平洞，各洞室的纵向坡连续、平滑，平均坡比为4％～7％，洞室转弯段采用圆弧连接。

4、进一步优选的是：在进风洞与主副厂房的端墙连接点处，进风洞顶拱下表面高程不高于主副厂房顶拱下表面高程，且高程差不大于5m；在排风洞与主副厂房的端墙连接点处，排风洞顶拱下表面高程不高于主副厂房顶拱下表面高程，且高程差不大于5m。

5、进一步优选的是：排风洞的地面出洞点设于地面开关站附近，排风洞的地面出洞点底板上表面高程与地面开关站场地高程之间的高程差不大于2m。

6、进一步优选的是：出线洞的地面出洞点布置于地面开关站的工程边坡坡面；在出线洞与主变洞的端墙连接点处，出线洞顶拱下表面高程不高于主变洞顶拱下表面高程，且高程差不大于5m。

7、进一步优选的是：在主变交通支洞与主变洞的端墙连接点处，主变交通支洞的底板上表面高程与主变洞的底板上表面高程相同。

8、进一步优选的是：附属洞室包括排水廊道和自流排水洞，排水廊道在主洞室周围呈连续的螺旋形环绕布置，排水廊道的高处端与自流排水洞的一端相连接，自流排水洞远离排水廊道的一端为自流排水洞的地面出洞点，自流排水洞的洞室纵向坡为倾向其地面出洞点的连续顺向坡，排水廊道和自流排水洞组合构成符合tbm施工要求的第二段整体式tbm隧洞。

9、进一步优选的是：排水廊道断面为圆形，洞径为2.5m～3.5m，平均纵坡比不大于8％；自流排水洞断面为圆形，洞径与排水廊道相同，洞室纵向坡的坡比为0.3％～8％。

10、本实用新型根据各洞室布置结构的特点及空间位置，将适于tbm施工的路径按洞径差异布置为两条：路径一，由依次相接的进风洞、主副厂房上导洞、排风洞、排风出线连系洞、出线洞、主变开挖导洞、主变交通支洞和进厂交通洞组合构成符合tbm施工要求的第一段整体式tbm隧洞，该路径施工设备采用tbm1，将进风洞地面出洞点外侧区域作为tbm1的组装场地，并以进风洞的地面出洞点作为tbm1施工始发点，进厂交通洞的地面出洞点作为tbm1施工终点；路径二，排水廊道和自流排水洞组合构成符合tbm施工要求的第二段整体式tbm隧洞，该路径施工设备采用tbm2，将自流排水洞的地面出洞点外侧区域作为tbm2的组装场地，并以自流排水洞的地面出洞点作为tbm2施工始发点，排水廊道的末端最低点作为tbm2施工终点。两路径均适于tbm长距离、连续施工作业。

11、本实用新型具有以下优点及有益效果：

12、第一，满足抽水蓄能电站地下厂房的功能前提下，附属洞室均采用连续、平滑纵坡的平洞布置，进风洞和排风洞分布于主副厂房端墙两侧，进厂交通洞和出线洞分布于主变洞端墙两侧，采用相同的开挖洞径，tbm设备装拆一次即可完成全部地下厂房附属洞室和主洞室导洞的开挖施工，连续掘进长度超过5.0km，适于tbm长距离连续施工特性，有效降低tbm设备成本，延长设备寿命，更好地发挥tbm施工带来的高效、快速、安全优势。

13、第二，抽水蓄能电站地下厂房附属洞室，采用传统的钻爆法施工，开挖进尺一般120m/月，本实用新型采用tbm开挖，进尺一般超过500m/月，可大幅度提高施工速度，缩短施工工期。

14、第三，钻爆法施工会对洞室围岩产生损伤破坏，影响深度一般约2.0m，本实用新型采用tbm施工方法基本不会对洞室围岩造成损伤破坏，可降低洞室支护强度，减少洞室支护工作量，增大洞室施工期及运行期的安全性。

15、第四，本实用新型采用tbm施工方法，能基本解决开挖施工中通风散烟条件差、施工作业环境差的问题，极大减少钻爆法施工烟尘、粉尘对施工作业人员的身体健康的危害，改善现场施工人员的职业健康环境。

技术特征：

1.适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，由主洞室和附属洞室组成，主洞室包括主副厂房(2)和主变洞(5)，附属洞室包括进风洞(1)、排风洞(3)、进厂交通洞(4)和出线洞(6)，其特征在于：主副厂房(2)和主变洞(5)沿顺水流方向间隔布置，主副厂房(2)和主变洞(5)的轴线方向相互平行，主副厂房(2)轴向的一端连接进风洞(1)、另一端连接排风洞(3)，主变洞(5)轴向的一端通过主变交通支洞(12)连接进厂交通洞(4)、另一端连接出线洞(6)，排风洞(3)和出线洞(6)位于抽水蓄能电站地下厂房的同一侧，排风洞(3)与出线洞(6)于两者的出洞点附近布置排风出线连系洞(11)，排风出线连系洞(11)的一端与排风洞(3)连通、另一端与出线洞(6)连通，主副厂房(2)内布置有主副厂房上导洞(9)，主变洞(5)内布置有主变开挖导洞(10)，由依次相接的进风洞(1)、主副厂房上导洞(9)、排风洞(3)、排风出线连系洞(11)、出线洞(6)、主变开挖导洞(10)、主变交通支洞(12)和进厂交通洞(4)组合构成符合tbm施工要求的第一段整体式tbm隧洞。

2.如权利要求1所述的适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，其特征在于：第一段整体式tbm隧洞的各洞室均布置为圆形断面的平洞，各洞室的纵向坡连续、平滑，平均坡比为4％～7％，洞室转弯段采用圆弧连接。

3.如权利要求1所述的适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，其特征在于：在进风洞(1)与主副厂房(2)的端墙连接点处，进风洞(1)顶拱下表面高程不高于主副厂房(2)顶拱下表面高程，且高程差不大于5m；在排风洞(3)与主副厂房(2)的端墙连接点处，排风洞(3)顶拱下表面高程不高于主副厂房(2)顶拱下表面高程，且高程差不大于5m。

4.如权利要求1所述的适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，其特征在于：排风洞(3)的地面出洞点设于地面开关站附近，排风洞(3)的地面出洞点底板上表面高程与地面开关站场地高程之间的高程差不大于2m。

5.如权利要求1所述的适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，其特征在于：出线洞(6)的地面出洞点布置于地面开关站的工程边坡坡面；在出线洞(6)与主变洞(5)的端墙连接点处，出线洞(6)顶拱下表面高程不高于主变洞(5)顶拱下表面高程，且高程差不大于5m。

6.如权利要求1所述的适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，其特征在于：在主变交通支洞(12)与主变洞(5)的端墙连接点处，主变交通支洞(12)的底板上表面高程与主变洞(5)的底板上表面高程相同。

7.如权利要求1至6任意一项所述的适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，其特征在于：附属洞室包括排水廊道(7)和自流排水洞(8)，排水廊道(7)在主洞室周围呈连续的螺旋形环绕布置，排水廊道(7)的高处端与自流排水洞(8)的一端相连接，自流排水洞(8)远离排水廊道(7)的一端为自流排水洞(8)的地面出洞点，自流排水洞(8)的洞室纵向坡为倾向其地面出洞点的连续顺向坡，排水廊道(7)和自流排水洞(8)组合构成符合tbm施工要求的第二段整体式tbm隧洞。

8.如权利要求7所述的适于tbm施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构，其特征在于：排水廊道(7)断面为圆形，洞径为2.5m～3.5m，平均纵坡比不大于8％；自流排水洞(8)断面为圆形，洞径与排水廊道(7)相同，洞室纵向坡的坡比为0.3％～8％。

技术总结
本技术涉及水利水电地下工程领域，尤其涉及一种适于TBM施工的抽水蓄能电站地下厂房布置结构。本技术由依次相接的进风洞、主副厂房上导洞、排风洞、排风出线连系洞、出线洞、主变开挖导洞、主变交通支洞和进厂交通洞组合构成符合TBM施工要求的第一段整体式TBM隧洞；由排水廊道和自流排水洞组合构成符合TBM施工要求的第二段整体式TBM隧洞。两路径均适于TBM长距离、连续施工作业。本技术可提高施工效率及施工安全性，降低工程投资和施工难度。

技术研发人员：张罗彬
受保护的技术使用者：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
技术研发日：20230724
技术公布日：2024/1/15