云南木星土水電站引水隧洞Ⅱ標(biāo)風(fēng)、水、電的布置

曾小東

(中國人民武裝警察部隊(duì)水電第十一支隊(duì),四川成都 610036)

1 工程概況

木星土水電站是尼汝河流域梯級(jí)開發(fā)的第四級(jí)電站,位于云南省迪慶州香格里拉縣東部的洛吉鄉(xiāng)境內(nèi),施工現(xiàn)場正常蓄水位高程 1910.50m,總庫容 46.87萬 m3,系日調(diào)節(jié)水庫。電站裝機(jī)容量為 120MW。本合同工程為木星土水電站引水隧洞及調(diào)壓井土建工程施工第 II標(biāo)段(以下簡稱II標(biāo)),合同工期為 2007年元月 15日開工,2010年 12月 31日完工。主要包括引水隧洞(樁號(hào) Y6+318.000(但不限于)～出口樁號(hào) Y9+525.000段,洞徑為 4.4m全圓形斷面,向上游方向坡度為0.9%)土建工程施工、引水隧洞及調(diào)壓井通風(fēng)洞出口邊坡土建工程施工,以及 2#施工支洞的設(shè)計(jì)、施工等。最終確定 2#施工支洞與引水隧洞相交于整樁號(hào) Y8+765位置,與主洞夾角 122°,支洞全長約 668m。2#施工支洞進(jìn)洞口離引水隧洞合同樁號(hào)最大單邊距離為 3115m(圖 1),由于 II標(biāo)施工區(qū)處于林區(qū),方圓 10km內(nèi)無村民居住,進(jìn)場后施工道路、供電、供水等皆需自行解決。2#施工支洞進(jìn)洞口高程為 1868.00m,金沙江江水面高程為 1500m左右,2#施工支洞進(jìn)洞口與金沙江江水面垂直高程相差約 368m,直線距離約 1500m,決定了施工中供風(fēng)、供水和供電都非常困難,筆者就項(xiàng)目部如何解決這一問題進(jìn)行了闡述。

2 地質(zhì)情況

II標(biāo)引水隧洞區(qū)的可溶巖為三迭系中統(tǒng)(T21-b)巨厚層結(jié)晶灰?guī)r,分布于木星土斷層 F48的南東盤,區(qū)內(nèi)降水量較充沛,植被發(fā)育,屬巖溶發(fā)育地區(qū)。從溶洞分布高程范圍看,區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育貫穿于河谷發(fā)育的多個(gè)階段,有多層巖溶分布。硬巖巖溶較為發(fā)育,可能揭穿巖溶管道而存在管涌問題。引水隧洞橫穿尼汝河與金沙江的分水嶺,尼汝河與金沙江的分水嶺山脊高程為 2857.00～3567.00 m,與河谷高差最大達(dá) 2000余 m,系高中山峽谷地貌。引水線路地形起伏大,坡度陡,大部分為 40°以上的陡坡,發(fā)育陡崖、峭壁。

3 風(fēng)、水、電的解決措施

3.1 施工供水的解決措施

II標(biāo)所處地段為尼汝河與金沙江的分水嶺,2#支洞進(jìn)洞口高程為 1868.00m,與金沙江面高程相差約 368m,處于山體半腰。為解決施工用水,招標(biāo)文件要求采用多級(jí)泵站從金沙江抽水。項(xiàng)目部進(jìn)場后,經(jīng)過多方考察,提出了以下兩種方案:

(1)采用兩級(jí)泵從金沙江抽水并設(shè)置兩級(jí)泵站,安排兩個(gè)值班員,配備好通信設(shè)備。每級(jí)泵站功率均為 80DL20×10型泵,該泵流量為 50m3/h,揚(yáng)程為 200m,功率為 55kW二級(jí)泵,站設(shè)在高程 1700.00m處,同時(shí)在該處設(shè)置一個(gè) 50m3的中轉(zhuǎn)水池,施工用水池設(shè)在 2#支洞上方高程為 1900.00m處。從第一級(jí)泵站至施工用水池處共需用抽水管道 1800m,備用水泵 2臺(tái)。

圖1 引水隧洞施工示意圖

(2)從山的另一側(cè)架水管引水,需水管長約 5 km,水源為山中滲水,經(jīng)檢驗(yàn)符合飲用標(biāo)準(zhǔn),水源處雨季水量充足,引水管道處于過流狀態(tài);旱季水量相對較少,每小時(shí)流量約 0.75m3,澆筑時(shí)可能水量不足,需另外用水車?yán)a(bǔ)給。

采用方案(1)需固定人員值班抽水。而 II標(biāo)的施工特點(diǎn)為施工周期長,用水的單日消耗量不大,運(yùn)行費(fèi)用較高,約需 50萬元人民幣。采用方案(2)首次投入相對較大,架管困難,但運(yùn)行費(fèi)用非常低,僅提供當(dāng)?shù)卮迕竦酿B(yǎng)護(hù)金,共需資金不到20萬元人民幣。采用方案(2)還有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是從引水管道中流出的水可以直接作為生活和工作用水,二是在隧道開挖過程中如有滲水還可加以利用。

根據(jù)以上分析,II標(biāo)采用了方案(2)。在開挖過程中,除分別在 2#施工支洞及引水隧洞中各發(fā)現(xiàn)一處小溶洞有滲水外,其余地方基本沒有發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象。為了使施工及生活用水更加充足,II標(biāo)將此兩處滲水全部引出洞外使用。為解決旱季施工用水不足的問題,II標(biāo)還采用了兩種方式節(jié)約用水:一是將空壓機(jī)的循環(huán)水抽到高壓水池做施工用水,同時(shí)將施工用水做冷卻循環(huán)水;二是在鉆機(jī)成孔過程中將廢水重復(fù)利用,從而確保了施工及生活用水。

3.2 施工供電的解決措施

由于 II標(biāo) 2#施工支洞進(jìn)洞口離引水隧洞合同樁號(hào)最大單邊距離為3115m,洞內(nèi)用電設(shè)備主要有施工照明、扒碴機(jī)、輸送泵等;洞外用電設(shè)備主要有空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)、打砂、篩分、拌和系統(tǒng)等,用電量都非常大。根據(jù)要求,低壓側(cè)用電線路最佳距離不超過 600m;當(dāng)用電距離超過 1000m時(shí),大型用電設(shè)備起動(dòng)和運(yùn)行都非常困難,加之 II標(biāo)使用的是農(nóng)網(wǎng)供電,供電系統(tǒng)大部分時(shí)間都不穩(wěn)定,變壓器出口電壓有時(shí)不足 340V。為了解決這一問題,II標(biāo)采用了以下方法:

由于高壓進(jìn)洞相對較危險(xiǎn),接頭處理和變壓器安放都存在一定的困難,為了盡量少用或避免采用高壓進(jìn)洞,II標(biāo)從貴陽一變壓器廠引進(jìn)了升壓變壓器,其理論為:當(dāng)進(jìn)線電壓低于 300V時(shí),采用升壓變壓器將電壓升高,以滿足用電設(shè)備正常運(yùn)行。通過試驗(yàn)證明,并非電壓升上去后設(shè)備就能正常運(yùn)行,升壓變壓器離低壓出口的距離不能太遠(yuǎn),如果此段距離太遠(yuǎn),雖然從升壓變壓器出口測出的電壓能達(dá)到 400V以上,但扒碴機(jī)仍然不能起動(dòng)。當(dāng)升壓變壓器距低壓線出口距離在700m附近時(shí),扒碴機(jī)能正常起動(dòng)和運(yùn)行。

根據(jù)能量守衡原理,如果進(jìn)行第二次升壓,其電壓升上去后電能不一定能滿足用電設(shè)備的正常需要。為了在第二次升壓后設(shè)備能正常運(yùn)轉(zhuǎn),根據(jù)升壓變壓器廠家的推薦,II標(biāo)又在第一級(jí)升壓變壓器處加設(shè)了一無功補(bǔ)償裝置,電量經(jīng)過補(bǔ)償裝置后即能輸送出滿足要求的電壓和電流,使用電設(shè)備正常運(yùn)行。經(jīng)過再次升壓后,從降壓變壓器接出的低壓線就能單邊供電 2000余 m。

II標(biāo)因征地協(xié)調(diào)等原因進(jìn)場時(shí)間比招標(biāo)要求時(shí)間晚了兩個(gè)多月。由于業(yè)主要求總體工程完工時(shí)間不變,為了不影響工程的正常施工,加之引水隧洞非常干燥,II標(biāo)未進(jìn)行第三次升壓試驗(yàn),而采用了 1000m的高壓電纜進(jìn)洞。通過高壓電纜進(jìn)洞與采用二次升壓變壓器相結(jié)合的方式,完全解決了單邊隧洞施工距離為 3115m的用電問題。

3.3 施工供風(fēng)(排煙)的解決措施

隧洞施工中,施工排煙一直是施工中的難題,尤其是單邊施工距離較長的隧洞。鑒于該標(biāo)段隧洞較長,若使施工過程中排煙效果達(dá)到要求,施工前提出了兩種方案:(1)有軌出碴;(2)無軌出碴。有軌出碴為采用扒碴機(jī)將碴料上車,用電瓶機(jī)車帶動(dòng)軌道車出碴;無軌出碴為采用扒碴機(jī)將碴料上車,用動(dòng)力汽車出碴。現(xiàn)將兩種出碴方式進(jìn)行比較如下:有軌出碴時(shí),電瓶機(jī)車不產(chǎn)生廢氣,而動(dòng)力汽車出碴則產(chǎn)生尾氣。但是,II標(biāo)施工現(xiàn)場離最近的縣城(玉龍縣)相距 180km,且有 90km的土路,如果采用有軌出碴,枕木、鋼軌、兩臺(tái)電瓶機(jī)車等運(yùn)到現(xiàn)場需兩個(gè)多月,機(jī)車的運(yùn)行、維修等需技術(shù)工人較多,總成本不低于 280萬元人民幣,且設(shè)備在本工地運(yùn)行后很難找到類似的工程,本工程結(jié)束后將造成資本閑置;無軌出碴所需車輛便于購置,在運(yùn)行中靈活,工程結(jié)束后可轉(zhuǎn)移至下個(gè)工地或就地處理,總成本不超過 100萬元人民幣,但隨著施工的進(jìn)展,必須每隔一定的距離在引水隧洞中開挖倒車洞,隧洞開挖結(jié)束后還需將倒車洞用漿砌石和混凝土進(jìn)行回填,在出碴過程中排煙的難度增大,出碴速度相對較慢。

經(jīng)綜合考慮后 II標(biāo)施工采用了無軌出碴。由于采用此項(xiàng)措施施工可節(jié)約成本近三分之二,所以排煙的成本就要相應(yīng)的增加。II標(biāo)施工排煙采用的方法分以下幾個(gè)步驟:(1)在 2#支洞施工時(shí),采用兩級(jí)功率為50kW的通風(fēng)機(jī),根據(jù)通風(fēng)情況決定采用一級(jí)還是兩級(jí);(2)在引水隧洞上下游各開挖 50m后,上游采用兩級(jí)、功率為 75 kW的通風(fēng)機(jī),下游采用兩級(jí)、功率為 50kW的通風(fēng)機(jī);(3)當(dāng)調(diào)壓井導(dǎo)洞開挖到位時(shí),下游也已開挖到位,上游開挖 1200m,此時(shí),將兩級(jí)功率為75kW的通風(fēng)機(jī)安放到 2#施工支洞與引水隧洞交叉處,供下游通風(fēng)的兩級(jí)、功率為 50kW的通風(fēng)機(jī)采用接力方式為上游的通風(fēng)機(jī)供風(fēng),以此滿足施工上游排煙的目標(biāo)。另外,由于通風(fēng)洞導(dǎo)洞開挖完成,引水隧洞開挖掌子面空氣相對比較清新,能滿足正常呼吸,達(dá)到了排煙效果。

4 結(jié) 語

II標(biāo)風(fēng)、水、電問題的解決措施在其它不同的施工環(huán)境中可以得到不同的應(yīng)用,例如隧洞單邊施工長度較長時(shí),能找出相對薄弱的地方形成煙囪效應(yīng),使排煙問題得到很好的解決。另外,在施工排煙的接力過程中,不能將上級(jí)風(fēng)帶的出口和下級(jí)風(fēng)機(jī)相連,必須有 40cm以上的間距;升壓變壓器在滲水嚴(yán)重、巖石破碎、單邊施工距離不超過2000m的隧洞中既能節(jié)約成本,又能保證安全;將空壓機(jī)冷卻水利用好、把打鉆成孔的廢水循環(huán)利用是深山中隧洞開挖缺水時(shí)的好方法。

今后的水利水電工程施工條件將更加惡劣,可能遇到的問題將更多,只要充分利用所學(xué)的科學(xué)知識(shí),不斷探索,努力創(chuàng)新,就會(huì)有新方法、新工藝問世,水利水電工程也將得到更好的發(fā)展。