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中电工程华东院30年铸就地下工程设计实力

发布时间: 2016.03.28      来源:中国能源建设股份有限企业

2016年3月,由中电工程华东院勘察设计工作的江苏沙洲电厂二期“上大压小”扩建2台100万千瓦机组工程正在紧张施工中。该工程将新建一根外径4.8米长约350米的直线型排水隧道,采用盾构法施工,这是华东院又一次展示其盾构隧道工程设计实力的机会。

开创电厂取排水设计新时代

华东院于上世纪80年代末开始研究盾构隧道技术在电厂循环水取排水工程的应用,并于1993年首次将该技术应用于WGQ电厂一期工程循环水取排水工程设计中,给软土地基条件下的沿海沿江发电厂取排水工程设计带来了革命性的影响,成为软土地基电厂取排水首选技术方案,取得了巨大的社会效益和经济效益。

在近30年的工程实践中,华东院先后在20多个大型滨江或滨海火电厂、核电厂循环水取、排水工程中,完成了60多条盾构隧道的工程设计,建成的隧道总长度近50千米;完成了30多条顶管的工程设计,建成的顶管总长度近30千米。盾构隧道最大直径7.1米(SM核电取水),最小直径3.6米。最大水深25米(YH电厂取水),隧道埋入水底土中最大深度超过了20米(SM核电取水),伸入海中最大长度3.0千米(LSG电厂取水)。顶管最大直径3.6米。


核电厂D7100盾构法取水隧道施工现场

半个多世纪的地下构筑物设计经验

华东院在地下工程方面的工程设计并不仅仅局限于盾构和顶管取排水管道,立足于电厂取水泵房和循环水供排水箱涵的设计技术,华东院在地下构筑物的设计方面也成果丰硕。集中表现在大平面、大埋深的地下构筑物设计经验。 从上世纪50年代至今的60多年中,华东院设计完成了几百座地下取水泵房,囊括了沉井、沉箱、大开挖现浇、支护开挖现浇(地下连续墙支护、SWS支护、排桩支护、锚索锚杆支护)等多种结构型式,涉及地下本体结构设计、支护结构设计、地基处理设计等各个环节。地下构筑物最大平面尺寸达到了96×49米(YH电厂取水泵房),最大深度达到32米(SM核电取水泵房)。


取水盾构隧道内景

独特的工程设计技术能力

“豆腐里挖洞”——复杂软土地基隧道设计经验

华东院设计完成的60多条取排水盾构隧道多位于长江中下游沿岸、长江出海口、杭州湾沿海、浙江东南沿海地区,均属于典型的长江三角洲软土地质。在这样的恶劣地址条件下,又在海底或江底开盾构,难度和风险可想而知,同行称之为“顶着一盆水在豆腐里挖洞”。

“豆腐”也是五花八门:高灵敏性超软土(BL、YH、ND电厂)、富含沼气的软土(CS电厂)、易发生流沙的土层(CS电厂、JL电厂、LSG电厂、TC电厂)、富含孤石的土层(JL电厂)、液化土层(CJ电厂)、承压水土层(CS电厂)等等。经历风雨方能见彩虹,华东院设计的这些盾构隧道均获得了成功,无一例失败,达到行业技术一流水平。

“丛林里行车”——复杂周边环境的设计经验

电厂的取排水隧道往往与其他建筑设施相互交织,在隧道设计和施工过程中需要采取措施确保隧道和毗邻设施的安全。既要跑得稳,又要过障碍,恰如“丛林里行车”。如隧道穿越江海堤防(几乎每个工程)、穿越堆场(WGQ、JX电厂)、近距离穿过码头桩基(BL电厂)、穿越堆石层(SM核电)等,还有小半径转弯隧道(WGQ电厂隧道最小转弯半径225米)、大坡比隧道(BL电厂隧道最大坡比6%)施工技术,隧道穿越堆石体技术(SM核电)等等。还有一些顶管隧道穿越6层楼下地基土(FT电厂、TJ电厂)。

“潜龙出海” ——垂直顶升建造取(排)水口技术

所谓在隧道内部采用垂直顶升技术建造取(排)水口的技术方案,就是把多根取(排)水管节从隧道内部逐节逐根向上顶升,直至伸出水底泥面,实现地下取排水隧道与江海水体的完美沟通。这种技术将取水口水上工程巧妙地转化成了地下工程,能够很好地适应盾构法隧道结构特点,避免了大量水上作业的困难,使取水头施工免受恶劣海况和天气的影响,能够做到“全天候”施工,从而缩短了施工工期,降低了工程费用,具有明显的技术优势,可以说是电厂取排水工程的另一项革命性的技术。

华东院在设计过程中解决了管节之间的防水、取水竖管及取水头的水平稳定控制、管节与盾构隧道之间的防水、盾构隧道开口环的结构设计等诸多复杂技术难题,积累了丰富工程经验,使垂直顶升建造取(排)水口技术在电厂取排水工程中得到广泛采用。在此基础上,华东院的技术人员还成功将垂直顶升建造取(排)水口的技术移植到电厂取排水顶管上,在浙江JX电厂取水混凝土顶管工程上和上海CM燃气电厂排水钢顶管工程上都得到了成功应用。


盾构机出洞

优秀的设计团队和卓越的创新能力

了解、吃透工程地质特点,并有针对性地采取办法,是盾构、顶管设计及风险管控的重要一环。华东院有自己的岩土、勘测、监测队伍,经过多年磨炼,与结构设计团队一道,早已摸透了长江下游及长江口区域软土地质的“脾气”,掌握了该区域软土工程地质的特性,积累了一套对付多种不良软土地基的经验办法。多年来,华东院还培养了大批地下结构工程、水工结构工程、岩土工程技术专家,目前已形成了以六零后、七零后为中坚力量的专家团队。

华东院先后负责编制了电力行业设计标准《火电厂水工设计规范》和《核电厂水工设计规范》中有关盾构法和顶管法取排水管道的内容、负责编制了中电工程企业标准《火力发电厂盾构法顶管法管道设计导则》。这些设计标准的编制,说明华东院在电力取排水盾构管道和顶管管道设计方面走在了全国前列。

华东院承担过的科研项目包括:隧道闭口环衬砌结构三维数值模拟、隧道垂直顶升段开口环衬砌结构三维数值模拟、海底隧道长期沉降研究、隧道抗震性能研究、隧道衬砌接头性能研究、液化土层中盾构隧道设计研究、隧道土压力现场实测等。该院负责编制的《火力发电厂盾构法顶管法取排水管道设计标准研究》获2012年度中国电力工程顾问集团企业科学技术三等奖获;依托北仑电厂三期取水工程的“大坡度盾构隧道优化设计与施工技术”获得中国电力建设企业协会电力建设科学技术成果二等奖。除了购买了商业通用有限元分析App,该院还在总结设计经验的基础上编制了专用盾构隧道设计App,成为华东院设计盾构隧道设计的“利器”。该院还做了大量的技术储备工作,尤其是配合国家推进城镇化建设的项目如:城市电力电缆隧道设计及配套工作井设计、城市综合地下管廊设计等技术,力求使华东院在盾构隧道和地下工程设计方面的技术经验发扬光大,结出新的成果。

近30年的工程实践伴随着工程设计遇到的各种问题,华东院在盾构隧道和地下工程设计和科研活动过程中,与同济大学、浙江大学等国内一流的高校长期合作,形成良好的产研协作关系,获得了强大的外部技术支撑。华东院与上海基础企业、上海隧道工程股份企业、中铁十四局等单位长期合作,在盾构隧道和地下构筑物设计施工过程中相辅相成,配合业绩优异。正是这种良好的合作意识和合作关系,确保了华东院设计的盾构隧道和地下构筑物均获得了成功。






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