金鐘水利樞紐工程引水隧洞工程施工技術(shù)

林清貴

(福建省仙游縣九仙溪水電開發(fā)總公司，福建 莆田 351200)

金鐘水利樞紐工程引水隧洞工程施工技術(shù)

林清貴

(福建省仙游縣九仙溪水電開發(fā)總公司，福建 莆田 351200)

隨著施工機(jī)械設(shè)備和工藝的發(fā)展，水利工程經(jīng)常遇到隧洞開挖工程其施工進(jìn)度不斷加快，但是對于小斷面開挖的長隧道，仍然存在一些制約因素，如隨著開挖進(jìn)尺的增加，開挖設(shè)備和通風(fēng)排煙的供風(fēng)壓力損失和供電電壓損失直接影響開挖效率和安全文明施工。文章吸取長隧洞小斷面開挖工程的成功經(jīng)驗，針對金鐘水利樞紐工程引水隧洞開挖的實際情況進(jìn)行技術(shù)方案的比選，找到較合理的施工參數(shù)，提高了開挖質(zhì)量和進(jìn)度，類似工程可以借鑒。

金鐘水利樞紐；長隧洞；小斷面；通風(fēng)排煙；光面爆破

1 工程慨況和分標(biāo)方案

1.1 工程慨況

仙游金鐘水利樞紐工程壩址位于仙游縣石蒼鄉(xiāng)金鐘村附近的粗溪中游，距離仙游縣城約50km，呂溪出口距離莆田城約30km。樞紐建筑物由混凝土面板堆石壩、岸邊式溢洪道、金鐘至豐收隧洞和豐收至呂溪隧洞等主要建筑物組成。混凝土面板堆石壩最大壩高98.5m，壩頂長38.195m。位于左岸的溢洪道堰頂高程233m，設(shè)有2孔12×12m的溢流孔。金鐘至豐收隧洞19.85km，豐收至呂溪隧洞8.8km，開挖洞徑為3.4m，襯砌后洞徑2.8m。根據(jù)供水市場的實際情況和工程總進(jìn)度安排，莆田市仙游金鐘水利樞紐工程開發(fā)有限公司決定先行修建進(jìn)水口至東湖約11km長的引水隧洞工程[1]。

1.2 分標(biāo)方案

引水隧洞工程總長約11km，進(jìn)口位于田螺坪后溪左岸，出口位于雙溪口水庫庫岸東湖村阮溪邊，洞線為折線相連。沿洞線地形波狀起伏。引水隧洞埋深一般為50～650m，成洞條件較好。受地形條件的限制，找不到合適的施工支洞口，必需進(jìn)行長隧洞開挖。結(jié)合福建省已建工程的成功經(jīng)驗，綜合考慮工期、投資、技術(shù)及管理等方面因素小斷面長隧洞開挖單頭進(jìn)尺在4.0km以內(nèi)較為合理。

初定分標(biāo)方案為：

1)進(jìn)水口(含金屬結(jié)構(gòu))引水隧洞-026.31～Y1+100.00m段工程(簡稱進(jìn)水口)，進(jìn)水口為岸塔式結(jié)構(gòu)，由攔污柵、閘室和漸變段組成，高約65.0m，底板高程183.0m，清淤平臺高程220.0m，引水隧洞長1100m，有一個工作面。

2)引水隧洞樁號Y1+100.00m～Y3+600.00m段工程(簡稱潭頭支洞)，引水隧洞長為2500.00m，開挖斷面馬蹄形，開挖洞徑3.4m。本標(biāo)段設(shè)一條潭頭支洞，支洞于引水隧洞交點樁號為Y1+800.387m，潭頭支洞為斜井支洞，傾角15°，采用4.0×3.2m城門形斷面，長約260m，堵頭長15m。該段有上下游2個工作面。

3)引水隧洞樁號Y3+600.00m～Y7+700.00m段工程(簡稱大坪支洞)，引水隧洞長為4100m，開挖斷面馬蹄形，開挖洞徑3.4m；本標(biāo)段設(shè)一條大坪支洞(已完工)，支洞于引水隧洞交點樁號Y4+523.343m，大坪支洞為斜井支洞，傾角22°，采用4.0×3.2m城門形斷面，斜段長約278m，平段長約230m，堵頭長20m。該段有上下游2個工作面。

4)引水隧洞樁號Y7+700.00m～Y10+941.385m段工程(簡稱汾山支洞)，引水隧洞長為3241.385m，開挖斷面馬蹄形，開挖洞徑3.4m；本標(biāo)段設(shè)一條汾山支洞(已完工)，支洞于引水隧洞交點樁號為Y10+941.385m，汾山支洞為斜井支洞，傾角23°，采用4.0×3.2m城門形斷面，斜段長約278m，平段長約370m，堵頭長20m。該段有上下游2個工作面。

引水隧洞進(jìn)水口段和潭頭支洞段相距較近，隧洞總長3600m<4000m，合并為一標(biāo)后可實現(xiàn)資源共享，節(jié)約場內(nèi)施工道路、風(fēng)水電系統(tǒng)、砂石料系統(tǒng)、混凝土系統(tǒng)、火工材料庫、生活和管理住房等臨時建筑設(shè)施，節(jié)約投資約60萬。同時節(jié)約潭頭支洞洞挖和堵頭投資約40萬元，也可減少管理工作量利于協(xié)調(diào)[2]。

隧洞開挖3個月，進(jìn)尺達(dá)300m后，再對洞口段進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)，可同時進(jìn)行進(jìn)水口豎井施工和洞挖，總工期可控制在設(shè)計工期內(nèi)。經(jīng)比較后把進(jìn)水口和潭頭支洞合并為一段，簡稱進(jìn)水口段。

大坪支洞和汾山支洞相距較遠(yuǎn)，兩標(biāo)單頭洞挖進(jìn)尺分別為3176.657m和3241.385m，須單獨施工才能滿足工期要求。兩標(biāo)的場地和交通條件相對獨立，無法實現(xiàn)資源共享，單獨分標(biāo)能增加投標(biāo)的競爭性。綜合考慮以上幾個方面因素，引水隧洞工程最后劃分為進(jìn)水口段、大坪支洞和汾山支洞3個標(biāo)。

2 施工技術(shù)

本工程施工總工期為4年6個月，隧洞工程設(shè)計工期為3a整。工程施工的關(guān)鍵線路是引水隧洞施工，金鐘至東湖隧洞為控制工程施工總進(jìn)度的關(guān)鍵項目，施工強(qiáng)度高，由于隧洞長開挖斷面小，掘進(jìn)機(jī)開挖方案的投資較大一般不采用。多臂鉆鉆孔施工受開挖面的限制無法進(jìn)行，人工鉆孔光面爆破施工方法自然成為本工程的隧洞開挖方案[3]。

按建設(shè)工期要求，開工后平均月進(jìn)尺要達(dá)到100m以上，施工強(qiáng)度高，加上通風(fēng)排塵的難度大，為保證進(jìn)度質(zhì)量和安全，施工設(shè)備選定和技術(shù)方案成了施工管理的重點，結(jié)合工程經(jīng)驗和實際條件，經(jīng)比較選取如下施工技術(shù)方案：

2.1 鉆孔機(jī)具效率和工作風(fēng)壓

鉆爆法開挖隧洞，鉆孔是控制施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素，鉆進(jìn)機(jī)具的工作效率與供風(fēng)風(fēng)壓的高低緊密相關(guān)，其沖擊功率與工作風(fēng)壓的關(guān)系見表1。

表1 沖擊功率與工作風(fēng)壓關(guān)系

可見提高工作風(fēng)壓能明顯提高鉆孔機(jī)具的工作效率，建議結(jié)合設(shè)備性能采用較高的工作風(fēng)壓。

2.2 供風(fēng)管徑和管路壓損

由管路摩阻力所造成的氣壓降與管徑的5.25次方成反比，增加管徑，管內(nèi)壓降大幅降低。在同樣供風(fēng)量和風(fēng)壓的情況下，管徑從Φ100增加至Φ125時，管路壓損減少68%；管徑從Φ100增加至Φ150時，管路壓損減少88%。同時管徑加大等于壓縮空氣容量增大，利于氣壓穩(wěn)定。100mΦ125的鋼管比100mΦ100的鋼管重量增加2.3t，綜合考慮采用Φ125或Φ150的鋼管較為經(jīng)濟(jì)。

管路布置時要及時延長鋼管，盡量縮短膠管和減少接頭，減少管徑變化次數(shù)避免管路較大角度的拐彎，這些都是減低壓降不可忽視的方法。此外每隔0.9km設(shè)置穩(wěn)壓儲氣罐，選擇額定功率大的風(fēng)鉆和與之相匹配的空壓機(jī)都能有效減少壓降，提高鉆孔效率。

2.3 光面爆破和循環(huán)進(jìn)尺

光面爆破能減輕對圍巖的破壞，提高圍巖的穩(wěn)定性。要求開挖時要預(yù)留0.55～0.70m的光爆層，炮孔間距40～60cm，在硬質(zhì)巖石和中硬巖石中，按每個炮孔爆破面積在0.2～0.3m2來控制炮孔數(shù)，同時起爆光爆孔是保證光爆質(zhì)量的關(guān)鍵。采用2#巖石硝銨炸藥能減少有害氣體產(chǎn)生量節(jié)約排氣時間，每孔裝藥約150g。

循環(huán)進(jìn)尺一般為開挖寬度的0.6倍，本工程循環(huán)進(jìn)尺控制在2.0～2.3m，為鉆機(jī)造孔最佳的深度范圍。每一循環(huán)作業(yè)按8h控制，其中鉆孔放炮3h、排煙0.5h、測量放樣0.5h、出渣3h、其他1h。隨著洞挖進(jìn)尺增加，循環(huán)作業(yè)時間相應(yīng)增加，后期施工循環(huán)作業(yè)按12h控制。

2.4 通風(fēng)排煙

迅速排除洞內(nèi)有害氣體和煙塵是保證施工人員安全和工程進(jìn)度的重要一環(huán)。由于廢氣凈化技術(shù)不成熟、成本高，不能較好的解決無軌出渣方法產(chǎn)生的有害氣體，要求減少污染源采用電動耙渣機(jī)，電瓶車牽引斗車有軌出渣。結(jié)合實際選擇效果較好的混合式通風(fēng)方案，即讓吹氣口的空氣掃過工作面，迫使污濁空氣向外擴(kuò)散到吸氣口附近被吸入管內(nèi)排出洞外。

考慮施工中炮煙的擴(kuò)散距離為50～150m，壓入風(fēng)機(jī)布置在離工作面100m處，吹風(fēng)口離工作面30～50m范圍，每開挖100m移動一次風(fēng)機(jī)，距風(fēng)機(jī)0.5m處設(shè)一道布簾或采用水幕降塵來隔斷煙塵。吸氣口布置在離工作面90m處，有效地吸出污濁空氣。工作時要求最小吸出風(fēng)量達(dá)180m3/min，壓入風(fēng)量達(dá)150m3/min。

類似工程福州市第二水源原水輸水工程(C2標(biāo)的施工支洞斜井段長約260m，傾角18°，開挖洞徑3.6m，襯后洞徑3.0m，單頭開挖長度3461m)，采用Φ700的涂塑帆布管，排煙塵主風(fēng)機(jī)選用南通通用DK56風(fēng)機(jī)，輔助風(fēng)機(jī)選用天津通創(chuàng)SDA56—11風(fēng)機(jī)，由于帆布管內(nèi)的風(fēng)壓損失大，需多臺串聯(lián)(每600m串聯(lián)一臺)才能滿足要求，系統(tǒng)管理維護(hù)工作量大，效果不理想。

隨后的馬尾白眉水庫供水工程隧洞(開挖洞徑3.2m)開挖通風(fēng)則采用Φ300PVC管，極大減少管內(nèi)風(fēng)壓損失，提高通風(fēng)效率和減少串聯(lián)風(fēng)機(jī)臺數(shù)。雖然采用PVC管造價較涂塑帆布管高，但能減少空間占用，節(jié)約通風(fēng)時間和風(fēng)機(jī)數(shù)，減少能耗和循環(huán)作業(yè)時間，提高開挖進(jìn)度，總體效益較好，建議本工程采用Φ400PVC管。

2.5 施工供電

隧洞開挖工程施工供電的特點是：

1)施工供電負(fù)荷隨著洞挖進(jìn)尺增加而逐漸增加。

2)施工用電設(shè)備也隨洞線的延伸而前移。

3)用電負(fù)荷不大但供電距離長，從洞口電源引接點至供電設(shè)備末端超過3km。

4)采用低壓供電不能滿足施工供電要求。

5)供電設(shè)備布置受空間限制。

參照類似工程經(jīng)驗，建議采用10kV電壓的常見電源供電，每800m設(shè)臨時施工配電變壓器，每1600m設(shè)固定施工配電變壓器。這樣可減少線損，提高開挖效率，減少供電設(shè)備投資。

3 結(jié) 語

本文結(jié)合成功經(jīng)驗和工程實際對金鐘引水隧洞的施工技術(shù)進(jìn)行選取，主張以人為本、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。體現(xiàn)在結(jié)合設(shè)計工期優(yōu)選分標(biāo)方案；放棄傳統(tǒng)材料涂塑帆布管，采用新材料PVC管；機(jī)械設(shè)備選用工效優(yōu)先；多方設(shè)法降低污染源，做到安全文明施工。

[1]福建省水利水電勘測設(shè)計研究院.福州市第二水源原水輸水工程長隧洞高強(qiáng)度施工技術(shù)研究報告[R].福建：福建省水利水電勘測設(shè)計研究院，2000.

[2]福建省水利水電勘測設(shè)計研究院.仙游金鐘水利樞紐工程土建工程分標(biāo)方案研究報告[R].福建：福建省水利水電勘測設(shè)計研究院，2005.

[3]中華人民共和國水利部.SL378—2007水工建筑物地下開挖施工規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

WaterDiversionTunnelConstructionTechnologyofJinzhongWaterConservancyProject

LIN Qing-gui

(Fujian Province Xianyou County Xianxi Hydropower Development General Company，Putian 351200，China)

With the development of construction machiinery and technology，there is often tunnel excavation in hydraulic engineering，shortening the construction period gradually.But there are some restricted factors for the long tunnel of small section.With the depth increase of the excavation，the efficient loss of excavation machinery，the pressure loss of ventilation and smoke exhaust and the power supply voltage loss will influence directly construction efficiency and construct the project in a safety and environment-friendly manner.Based on the real example of diversion tunnel excavation and scheme comparison for Jinzhong water conservancy project，reasonable construction parameters are researched，heightening the construction quality and speeding up the schedule.It provides a reference for the similar projects.

Jinzhong water conservancy project；long tunnel；small section，ventilation and smoke exhaust，smooth blasting

1007-7596(2014)01-0030-03

2013-10-25

林清貴(1958-)，男，莆田仙游人，助理工程師。

TV554

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