抽水蓄能电站地下厂房系统“组合式”抽排水设计--中国期刊网

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抽水蓄能电站地下厂房系统“组合式”抽排水设计

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：王爱玲

[导读] 摘要：在目前国内抽水蓄能电站建设施工领域中，前期开挖支护施工及后期整体运行投产时，对地下厂房系统及尾水系统、引水系统中的“水”的问题的解决成为了关键性线路，针对地下厂房洞室群的“抽排水设计”成为了重中之重，对于“水”的整体性利用及整体洞室群的水循环设计，如何更加合理绿色、无污染的进行抽排，对施工用水资源的“变废为宝”显得尤为重要。

        中铁十四局集团第二工程有限公司山东泰安 271000
        摘要：在目前国内抽水蓄能电站建设施工领域中，前期开挖支护施工及后期整体运行投产时，对地下厂房系统及尾水系统、引水系统中的“水”的问题的解决成为了关键性线路，针对地下厂房洞室群的“抽排水设计”成为了重中之重，对于“水”的整体性利用及整体洞室群的水循环设计，如何更加合理绿色、无污染的进行抽排，对施工用水资源的“变废为宝”显得尤为重要。
        关键词：渗漏性研究；抽排水设计；绿色抽排；循环利用
        1 概况
        1.1 工程简介
        文登抽水蓄能电站，位于山东省威海市文登区界石镇境内，本工程规划装机容量1800MW，安装6台单机容量为300 MW的可逆式水泵水轮机组。电站额定水头471m，设计年发电量27.101亿kW•h。
        电站主要工程施工为地下厂房系统工程、引水系统工程、尾水系统工程。其中地下厂房系统是一组立体交叉大型地下洞室群，以主厂房、主变洞、尾闸室三大主洞室为核心，母线洞、出线洞、交通洞、通风洞及排水廊道等各附属洞室为轴线，立体梯次分布。

        图1.1-1 地下厂房系统三维布局图
        1.2 原因分析
        在地下厂房系统中“三大核心洞室”正在进行开挖支护等施工作业，施工用水量大，具体原因分析如下：
        （1）该区域为山区夏季多降雨，冬季降雪量较大，致使山体渗流水量不断增加；
        （2）根据实际施工围岩地质条件的不一，洞内局部渗水量增多；
        （3）各主洞室及附属洞室进行大范围开挖支护施工，施工机具用水量增加如：凿岩钻机用水、大型机械设备三臂钻等设备用水量大；
        （4）因主厂房、主变室、尾闸室及附属廊道洞室均为分层开挖，各附属洞室结构尺寸不一，洞室立体交错复杂，无法形成有效的自然排水，目前的抽排水系统未能达到预期的效果。

        图1.2-1 水量占比统计表
        1.3 水文地质
        文登抽水蓄能电站地下厂房区岩性以晚元古代晋宁期黑云角闪二长花岗岩和中生代印支期黑云角闪石英二长岩为主，二者呈混熔状态，以二长岩占多数，整体围岩为Ⅱ类。
        在围岩整体趋于稳定的地质下，同时也夹杂着许多的断层裂隙，仅在主厂房区域内就分布f-202、f203两条主断层裂隙带，其透水率多小0.011/（min.m.n）。主变室及尾闸室枢纽结合部存在裂隙渗水层f-56断层破碎带，岩脉渗水量较大35-45L/min。水文情况变化较复杂，渗漏水量较大。
        2 地下洞室群渗漏水量设计
        2.1 自然抽排水量
        在目前抽水蓄能施工领域大型地下洞室群，如泰安、蒙阴、绩溪、丰宁、金寨等，均进行了较为深入详细的渗流量计算，同时对地下洞室围岩渗漏水量研究采用较为科学的"大井法"进行渗水量计算：

        式中： Q-洞室渗水量，m³/d；
        K一含水层渗透系数，m/d）；
        H-含水层厚度 m，取165m；
        S-水位降深m，取165m；
        R--影响半径m，取190m；
         -基坑假定半径m，取x=48m。
        岩体渗透系数：采用钻孔压水试验结果进行换算，换算公式采用《水利水电工程钻孔压水试验规程》附录C之霍斯列夫公式，即：

        -岩体渗透系数，m/d；
        -压水试验流量，m³/d；
        -压水试验水头，m；
        L--试验段长度，m； --试验孔半径。
        计算K值按照平均值取0.035m/d，对地下渗水量进行估算Q=91.7m³/h，最终地下厂房系统总渗漏水量为Q=95m³/h。
        利用上述渗流计算原理及方法，根据文登抽水蓄能电站工程枢纽的地形、地质、水文、气象等实际情况，我们根据“大井法”地下厂房系统中渗漏水量进行最大化抽排设计，以满足后期施工措施中对地下厂房系统中抽排水设计。
        2.2 机械抽排水量
        由于采用上述“大井法”进行计算对自然岩层的渗水进行了初期的合理计算，而对于施工过程中的大型施工机械如：三臂凿岩台车、湿喷机以及施工数量最多的YT-28手风钻。
        表2.2-1 主要机具抽排水量表

        3 排水方案设计
        3.1 排水方案选择
        （1））抽排水方式
        根据目前地下厂房系统抽排水现状，对自然渗漏水量及施工机具渗漏水量进行分析，地下洞室排水一般采用自流排水或机械抽排。但因地下厂房为洞室群皆为“立体布置，梯次分布”其各个洞室之间高度不一，洞室间施工用水及排水无法进行自流排水，只能选择通过较为机械组合方式抽排，实现“泵站+管道”的抽排水方式，同时利用其对废污水资源及时集中性的引排治理成“环保+绿色+再循环”对施工期废水、污水的综合性应用。
        （2）抽排水流程
        废、污水收集→掌子面临时集水坑→潜水泵进行排水转接→至污水处理泵站→在洞壁上的排污管道 →临时集水箱→洞外污水处理站→净化排出。
        （3）抽排水目的
        对地下厂房系统洞室群中，在渗漏水量较大的地方采用临时小水箱进行收集，可作为施工作业人员对施工机具的保养维护用水，同时也能方便施工人员对自身安全护具的清洗，减少粉尘、石粉的污染，同时对施工废水在泵站进行初步的“三级沉淀”之后进行再次通过进水管路再次输送至所需要的施工作业面处，达到废水的第二次、多次的再循环利用化施工，不仅节约施工用水成本，同时为洞室内废水的处理减轻压力，实现了废水的对循环利用。
        3.2 排水设计
        （1）地下厂房洞室群中对地下厂房中渗漏量小，排水可采用管道系统直接进行抽排，同时在水量较小时亦可直接排水抽水泵站内进行引流，在高峰施工时再次利用；
        （2）在自然渗漏水量较大时，排水及施工机具用水量大，且施工作业面较为繁多的情况下，采用“管道+泵站”系统；施工废水、污水由管道自身引流30%，剩余70%由直接排至抽水泵站经三级沉淀后进行再循环利用，同时多余水源将同原有管道内污水一同排放至洞外大型污水处理站，经过层层净化处理，达到可排放标准进行外排。
        3.3 施工用水抽排过程
        （1）“管道系统”
        对施工作业面开挖支护废水进行临时收集通过潜水泵抽排至布置在岩壁上的Φ150钢管作为排水运输管路，钢管采用法兰焊接在转弯处设置小阀门，用来解决管内存在的空气，同时每隔500m设置一处集水箱，作为抽排水的临时基站，这样更好的解决因洞室高度不一形成的水流逆差，如洞室排水线过长时增加增压泵进行加压，从而使得洞内废污水排出。废水抽排流程示意图：

        图3.3-1 掌子面废水收集

        图3.3-2 排水管道布置

        图3.3-3 中间集水箱

        图3.3-4 污水处理系统
        （2）“泵站系统”
        分别在洞内三大主洞室交汇处及洞室裂隙、断层分布密集区域进行抽水泵站布置，同时考虑泵站后期对地下厂房系统中水的在循环利用，共设置三处抽排水泵站分别为1#抽水泵站、2#抽水泵站、3#抽水泵站。

        图3.3-5 （1#、2#、3#）泵站布置

        图3.3-6 泵站内“三级沉淀”
        ① 1#抽水泵站位于地下厂房洞室群右下支施工区域，主要在3号施工支洞内主要负责引水下平段内岔、支管（1#、2#、3#引水下斜）衬砌施工，主厂房底层、4号施工支洞、下层排水廊道等开挖支护排水；
        ② 2#抽水泵站要负责主厂房Ⅱ、Ⅲ层、主变洞Ⅱ、Ⅲ层及基槽部位、出线平、支洞衬砌施工、厂房中层排水廊道TBM掘进等开挖支护期间抽排水施工；
        ③ 3#抽水泵站位于地下厂房洞室群左下部区域，在5#施工支洞大弯段内，主要负责尾水事故闸门室的开挖支护及岩壁吊车梁浇筑及尾闸交通洞、中层排水廊道等施工期排水。

        图3.3-7 地下厂房系统泵站分布图
        1#、2#、3#抽排水泵站施工尺寸均为洞室轴线方向开挖8m，洞壁纵深开挖6m，洞室底板向上开挖3m，同时向下开挖2m。最终形成尺寸为8m×6m×5m（长×宽×高）。在泵站基坑上部搭设钢筋网平台用来作为抽水泵及其相关启闭控制柜的安装平台。在每处设置两台45KW离心泵，配套抽排水装置。在每处离心泵与排水管道交接处，接头设置回流阀门以防在进行检修时废水倒流危害电机，同时在每处泵站内都设置三级沉淀，将废水中的氮氧化合物及开挖施工的油污水进行稀释分解，在施工高峰期时可循环使用。
        表3.3-1 抽水泵站水泵特性表

        4 绿色施工
        绿色排放是现代化工程施工的绿色施标准化的一道标杆。在错综复杂的地下厂房系统洞室施工作业面多，施工污染源比较繁杂，对洞内循环水的利用率，提出了更高的要求，为此在建设施工抽水泵站时“三级沉淀”只能暂时环节可循环使用废水的洁净率，同时在废水经过层层过滤后通过输水管道排出洞外时，避免不了与其他剩余废水的同流，及管道内的水污染，这样洞内的沉淀过滤也就受限。所以必须经过特定的污水处理站，污水处理系统首先对水中悬浮颗粒及油渍进行吸附后，二次经过物理净化，进行相应的稀释反应，进如净水管道进行特殊的绿色化、无污染化的处理，达到可排放标准后，排入自然环境中。
        5 结束语
        地下厂房系统中“组合式”（管道+泵站）在复杂洞室群中对废水的处理利用，对水循环的节约利用，绿色无害化施工排放，在抽水蓄能电站施工排水领域，带动一场绿色施工的环保热潮。在保住青山绿水的同时，也大大降低工程施工成本的投入，改变传统的单一绿色排水方式，使的真正的绿色引排落到了实处，对以后资源的治理和保护利用起到重要的作用。在抽水蓄能电站行业中引起广泛的应用，在以后水电工程中得到了更加深度的认可。
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