CCS項(xiàng)目TBM2進(jìn)洞方案比選、工業(yè)廣場(chǎng)的形成與布置

王　俊

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

CCS項(xiàng)目TBM2進(jìn)洞方案比選、工業(yè)廣場(chǎng)的形成與布置

王俊

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：根據(jù)厄瓜多爾CCS項(xiàng)目特點(diǎn)及實(shí)際進(jìn)展，先后兩次對(duì)TBM2進(jìn)洞方案進(jìn)行了比選，最終決定采用TBM2從輸水隧洞出口進(jìn)洞的大方案。根據(jù)此大方案的要求，在狹長(zhǎng)且常年有水的調(diào)節(jié)水庫沖溝內(nèi)成功形成并合理布置了工業(yè)廣場(chǎng)，確保了TBM2的順利進(jìn)場(chǎng)組裝以及后續(xù)工業(yè)廣場(chǎng)的正常安全運(yùn)行，可為類似TBM施工項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞：厄瓜多爾CCS項(xiàng)目；TBM；輸水隧洞出口進(jìn)洞；工業(yè)廣場(chǎng)布置

1工程概述

厄瓜多爾Coca Codo Sinclair 水電站(簡(jiǎn)稱CCS)位于南美洲厄瓜多爾共和國(guó)Napo和Sucumbios省內(nèi)，總裝機(jī)容量為1 500 MW，主要由首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)節(jié)水庫、壓力發(fā)電洞和地下廠房等主要部分組成。其中輸水隧洞進(jìn)口高程為1 266.9 m，出口高程為1 224 m，縱坡0.173%，全長(zhǎng)24 779 m，TBM開挖直徑為9.11 m，成型后內(nèi)徑為8.2 m，主要由兩臺(tái)雙護(hù)盾TBM進(jìn)行施工。輸水隧洞從上游至下游沿線分別布置有1#、2#-A和2#-B共3個(gè)施工支洞，TBM2主要負(fù)責(zé)輸水隧洞出口至2#-B施工支洞之間長(zhǎng)度約13 760 m洞段的施工。

調(diào)節(jié)水庫位于科卡河右岸格拉迪亞斯支溝上，該支溝狹窄、深切、常年有水，底部高程約為1 202 m，20 a一遇洪水流量為58 m3/s且具有典型山區(qū)洪水特點(diǎn)， TBM2工業(yè)廣場(chǎng)即布置于此沖溝內(nèi)1 224 m高程處。

2水文氣象及沿線工程地質(zhì)條件

工程區(qū)域內(nèi)氣候炎熱、潮濕，植被茂盛，常年多雨，從上游至下游年降雨量在3 500～6 000 mm之間，氣溫范圍為11 ℃～34 ℃，相對(duì)濕度約90%，年平均蒸發(fā)量為1 000 mm。隧洞沿線山體較為平緩，在山體表面多處發(fā)現(xiàn)溪流、沖溝，地下水補(bǔ)給豐富。下游段沿線總滲水量預(yù)計(jì)約為300 L/s。

根據(jù)前期地勘資料，輸水隧洞下游段穿越的地層主要為侏羅紀(jì)～白堊紀(jì)米薩華林(Misahualli，J-Km)安山巖體，出口段約3 km為白堊紀(jì)下統(tǒng)浩林地層(Hollin，Kh)砂頁巖。隧洞埋深從出口至2#-B支洞為50～550 m，隨埋深增加，巖石單軸抗壓強(qiáng)度在25～150 MPa之間，Ⅱ、Ⅲ類圍巖占隧洞總長(zhǎng)度的80%，Ⅳ、Ⅴ類圍巖約占隧洞總長(zhǎng)度的20%(以Ⅳ類為主)，下游段共發(fā)育有17條斷層，其中較大斷層2條。

3施工背景及進(jìn)洞方案比選

CCS項(xiàng)目于2010年7月28日簽署開工令，并于2010年9月26日正式開始了調(diào)節(jié)水庫進(jìn)場(chǎng)道路施工；根據(jù)與德國(guó)海瑞克簽署的TBM2制造合同，預(yù)計(jì)TBM2進(jìn)場(chǎng)時(shí)間約在2012年4、5月間；根據(jù)批準(zhǔn)的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，正常情況下TBM2應(yīng)于2014年12月18日完成掘進(jìn)。

根據(jù)CCS項(xiàng)目輸水隧洞及其支洞布置特點(diǎn)， TBM2有兩種可能的進(jìn)洞方案可供選擇：

方案一： 從輸水隧洞出口進(jìn)洞。

方案二：從2#-B支洞進(jìn)洞。

若采用方案一，TBM2上坡掘進(jìn)可最大限度地減小抽排水風(fēng)險(xiǎn)并可降低施工成本，但需在TBM進(jìn)場(chǎng)前在原始森林中修建28.3 km長(zhǎng)且滿足TBM運(yùn)輸?shù)牡缆?，不確定因素多，工期風(fēng)險(xiǎn)巨大，短時(shí)間內(nèi)在調(diào)節(jié)水庫沖溝內(nèi)形成TBM工業(yè)廣場(chǎng)具有較大難度，管片廠的布置以及滿足管片混凝土生產(chǎn)的料場(chǎng)也不能確定。

另一方面，2#-B支洞施工區(qū)域位于現(xiàn)有的E45號(hào)國(guó)際公路附近，地形平坦開闊，僅需要在TBM進(jìn)場(chǎng)前完成一座跨河橋的施工即可滿足TBM2進(jìn)場(chǎng)的要求，且合同規(guī)定的河漫灘料場(chǎng)的料源充足、開采方便，采用方案二在盡快形成工業(yè)廣場(chǎng)以及管片生產(chǎn)等方面明顯優(yōu)于方案一，但TBM需要下坡掘進(jìn)13.8 km長(zhǎng)的輸水隧洞，施工風(fēng)險(xiǎn)大。項(xiàng)目初期主要考慮滿足TBM2進(jìn)場(chǎng)的工期要求，同時(shí)在TBM后配套增設(shè)一節(jié)排水臺(tái)車、增加應(yīng)急排水系統(tǒng)等，以積極應(yīng)對(duì)TBM掘進(jìn)過程中可能遇到的較大涌水，因此而初步確定采用方案二：TBM2從2#-B支洞進(jìn)洞的方案。

2011年3月底，即在項(xiàng)目開工6個(gè)月后、TBM2進(jìn)場(chǎng)還剩約1 a的時(shí)間，調(diào)節(jié)水庫進(jìn)場(chǎng)道路便道已施工至約K15+000處，剩余長(zhǎng)度約14 km以土方開挖為主，預(yù)計(jì)約5個(gè)月后便道施工即可到達(dá)調(diào)節(jié)水庫；同時(shí)，在調(diào)節(jié)水庫道路K7+000處發(fā)現(xiàn)了大型的古河床砂礫石料場(chǎng)，其質(zhì)、量均滿足混凝土生產(chǎn)要求，且此處場(chǎng)地平整、開闊，適宜布置管片廠、砂石系統(tǒng)、營(yíng)地等生產(chǎn)生活設(shè)施。

對(duì)于2#支洞工作面，在先期施工的2#-A支洞開挖過程中發(fā)現(xiàn)支洞進(jìn)口區(qū)域?yàn)榛鹕交叶逊e體，開挖進(jìn)洞條件差且不能滿足TBM的開挖要求，需要人工開挖約400 m洞長(zhǎng)以創(chuàng)造TBM開挖掘進(jìn)工作面后TBM方可滑行進(jìn)洞。

在新的施工條件下采用方案一，雖然調(diào)節(jié)水庫內(nèi)形成工業(yè)廣場(chǎng)的挖、填筑量均較大、詳細(xì)設(shè)計(jì)滯后、工期緊張等困難依然存在，但道路工期可控，管片生產(chǎn)骨料具有可靠的來源、出口進(jìn)洞條件亦較好，最重要的是TBM2上坡掘進(jìn)可有效避免遇到超標(biāo)大涌水的施工風(fēng)險(xiǎn)，能夠確保人員和設(shè)備安全。經(jīng)綜合考慮，最終決定采用方案一，即TBM2從輸水隧洞出口進(jìn)洞。

4工業(yè)廣場(chǎng)的形成

4.1形成工業(yè)廣場(chǎng)存在的主要問題

根據(jù)TBM2從輸水隧洞出口進(jìn)洞的大方案要求，在出口區(qū)域按期形成了工業(yè)廣場(chǎng)。但滿足TBM2進(jìn)場(chǎng)組裝要求主要存在以下幾個(gè)問題。

(1)2011年8月18日調(diào)節(jié)水庫便道施工至庫區(qū)，但該便道通行條件差且遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足TBM的運(yùn)輸要求，需要進(jìn)一步擴(kuò)挖及填筑。

(2)調(diào)節(jié)水庫區(qū)域植被茂盛，地形陡峻，短時(shí)間內(nèi)難以形成符合要求的施工道路。另外，沖溝內(nèi)常年有水，雨后匯流迅速，流量較大，需妥善考慮導(dǎo)流問題。

(3)調(diào)節(jié)水庫的開挖設(shè)計(jì)剛開始進(jìn)行地勘工作，詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙獲批估計(jì)需要4～5個(gè)月時(shí)間。根據(jù)基本設(shè)計(jì)方案，調(diào)節(jié)水庫庫容擴(kuò)挖量約為130萬m3，開挖方量大且以石方開挖為主，若等待詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙批準(zhǔn)后再行施工則必定無法滿足TBM進(jìn)場(chǎng)的工期要求。

(4)從調(diào)節(jié)水庫沖溝底部填筑至TBM工業(yè)廣場(chǎng)(設(shè)計(jì)高程1 224 m)的最大填筑高度約為22 m，填筑量約為27萬m3，填筑難度和填筑量均較大。

(5)TBM工業(yè)廣場(chǎng)需要布置的臨建設(shè)施繁多，施工時(shí)間較長(zhǎng)且大部分都將長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，對(duì)填筑基礎(chǔ)要求高。

4.2采取的應(yīng)對(duì)方案

針對(duì)形成TBM2工業(yè)廣場(chǎng)存在的幾個(gè)主要問題，采取了以下應(yīng)對(duì)方案。

(1)調(diào)節(jié)水庫進(jìn)場(chǎng)道路便道施工到達(dá)調(diào)節(jié)水庫區(qū)域后，立即開始庫區(qū)施工，同時(shí)按滿足TBM運(yùn)輸要求為標(biāo)準(zhǔn)返回進(jìn)行便道擴(kuò)挖和路基填筑，以改善通行條件。

(2)庫區(qū)施工先進(jìn)行底部埋涵導(dǎo)流，相應(yīng)材料由反鏟運(yùn)輸、反鏟配合人工進(jìn)行埋涵施工。先期導(dǎo)流以滿足廣場(chǎng)填筑施工為主，待廣場(chǎng)形成后再增設(shè)相應(yīng)的防洪設(shè)施以保證廣場(chǎng)安全。在沖溝底部右側(cè)，從輸水隧洞出口上游約15 m位置開始埋設(shè)3根直徑為1.5 m的涵管直至工業(yè)廣場(chǎng)末端，涵管長(zhǎng)度約為205 m，縱坡約5%。根據(jù)曼寧公式計(jì)算：3根涵管滿流情況下的導(dǎo)流能力約為24.6 m3/s，能夠滿足廣場(chǎng)填筑期間的施工要求。

(3)結(jié)合調(diào)節(jié)水庫基本設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分期、分部開挖，一期開挖結(jié)構(gòu)邊線在基本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上預(yù)留3～5 m寬度的保護(hù)層，待詳細(xì)設(shè)計(jì)批準(zhǔn)后再按圖進(jìn)行二期開挖，以換取業(yè)主、監(jiān)理和設(shè)計(jì)對(duì)立即進(jìn)行開挖施工的許可。在底部導(dǎo)流涵管完成施工后，采用反鏟、推土機(jī)及D7履帶式液壓獨(dú)臂鉆對(duì)調(diào)節(jié)水庫兩岸邊坡進(jìn)行大規(guī)模開挖，并利用推土機(jī)和反鏟直接開挖回填，截?cái)嘧蟀杜R時(shí)泄洪通道，利用開挖料直接填筑工業(yè)廣場(chǎng)，在減少出渣量的同時(shí)加快開挖和填筑的施工速度。

二期開挖采用小規(guī)模爆破并加炮毯實(shí)施覆蓋保護(hù)，必要位置增設(shè)鉛絲籠擋墻，以避免和減小二期開挖時(shí)對(duì)TBM2廣場(chǎng)的安全運(yùn)行造成影響。

(4)涵管正常導(dǎo)流后，由推土機(jī)按60～80 cm層厚分層鋪料和碾壓。對(duì)于TBM組裝區(qū)內(nèi)的門機(jī)基礎(chǔ)、TBM滑道以及運(yùn)行區(qū)域，在推土機(jī)填筑、碾壓至約1 219 m高程后，采用自卸汽車從調(diào)節(jié)水庫道路K7+000處的8#砂礫石料場(chǎng)運(yùn)砂礫石料至相應(yīng)的臨建基礎(chǔ)區(qū)域，推土機(jī)按50～60 cm厚度分層平料，振動(dòng)碾BW216低頻高振幅碾壓6～8遍。

(5)將TBM工業(yè)廣場(chǎng)劃分為組裝區(qū)和生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)，根據(jù)TBM各部件的到場(chǎng)順序，優(yōu)先進(jìn)行組裝區(qū)域的施工，同時(shí)兼顧生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)臨建設(shè)施的施工，并在TBM組裝完成后、滑行進(jìn)洞前完成運(yùn)行區(qū)的施工。

(6)TBM生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)的臨建基礎(chǔ)應(yīng)盡量靠近左岸基巖區(qū)和淺填方區(qū)，同時(shí)，對(duì)組裝區(qū)和生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)預(yù)留約5 m的高度，采用砂礫石分層碾壓回填，盡量減少后期基礎(chǔ)不均勻沉降所造成的風(fēng)險(xiǎn)。

5工業(yè)廣場(chǎng)的布置

工業(yè)廣場(chǎng)主要由TBM組裝區(qū)和生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)兩部分組成，TBM2工業(yè)廣場(chǎng)布置情況見圖1。

5.1TBM組裝區(qū)(連續(xù)皮帶運(yùn)行區(qū))

TBM組裝區(qū)沿輸水隧洞洞軸線向外延伸布置，以滿足TBM直線進(jìn)洞的要求，主要服務(wù)于TBM組裝及TBM進(jìn)洞后出渣皮帶機(jī)的布置。該區(qū)域主要布置有以下設(shè)施：

(1)TBM組裝、滑行軌道及后配套組裝軌道；

(2)TBM主軸承組裝車間；

(3)刀盤預(yù)組裝平臺(tái)；

(4)尾盾預(yù)組裝平臺(tái)；

(5)一臺(tái)200 t門式起重機(jī)；

(6)TBM供風(fēng)系統(tǒng)。

待TBM組裝完成并滑行進(jìn)入洞內(nèi)后，組裝區(qū)域開始組裝出渣系統(tǒng)。出渣系統(tǒng)主要包括：洞內(nèi)連續(xù)皮帶機(jī)、皮帶儲(chǔ)存?zhèn)}、張緊塔、驅(qū)動(dòng)塔以及洞外的轉(zhuǎn)渣皮帶等。

5.2TBM生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)

TBM生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)沿調(diào)節(jié)水庫左岸邊坡布置，該區(qū)域主要服務(wù)于TBM施工過程中的材料準(zhǔn)備、小火車維護(hù)維修、刀具修理、調(diào)度辦公室等，在TBM正式滑行之前完成所有臨建設(shè)施的施工。該區(qū)域主要布置有以下設(shè)施：

(1)道軌系統(tǒng)；包括檢修線、檢修備用線、裝車線、裝車備用線。

(2)機(jī)修車間；

(3)裝車線與裝車備用線之間安裝1臺(tái)32 t門式起重機(jī)，用于裝卸管片及其他附屬材料，在裝車線旁按照列車編組依次布置1座砂漿攪拌站(HZS60)、豆粒石上料區(qū)域、2個(gè)200 t水泥罐；

(4)砂倉及豆礫石倉；

(5)現(xiàn)場(chǎng)工器具倉庫；

(6)調(diào)度辦公室、廁所及污水處理系統(tǒng)。

5.3廣場(chǎng)防洪設(shè)施的布置

考慮到底部涵管可能遇到的淤塞、輸水隧洞施工工期較長(zhǎng)以及TBM工業(yè)廣場(chǎng)的重要性等，沿廣場(chǎng)右岸邊坡挖設(shè)了一條5～6 m寬、4～5 m深、縱坡為1.5%的泄洪明渠，該明渠相應(yīng)的泄洪能力約為81 m3/s，大于調(diào)節(jié)水庫沖溝100 a一遇洪水流量(P1%=80m3/s)。同時(shí)，工業(yè)廣場(chǎng)形成后，3根涵管實(shí)現(xiàn)有壓出流，根據(jù)有壓流能量守恒公式算出的水位在1 224m高程時(shí)3根涵管的過流能力為28.5m3/s。泄洪明渠加底部涵管的理論最大導(dǎo)流能力為109.5m3/s，同時(shí)，采用反鏟對(duì)泄洪明渠進(jìn)行定期清理，以保證總導(dǎo)流能力大于100a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

沿工業(yè)廣場(chǎng)左岸邊坡挖設(shè)一條寬1m、深1m的排水溝至工業(yè)廣場(chǎng)末端，主要用于攔截左岸沖溝流水。工業(yè)廣場(chǎng)布置情況見圖1。

6結(jié)語

TBM2從出口進(jìn)洞上坡掘進(jìn)的方案在掘進(jìn)期間預(yù)計(jì)將減少約1 200萬m3的滲水抽排量。另外，相應(yīng)的應(yīng)急排水系統(tǒng)、管線等設(shè)備材料均得以節(jié)省，更為重要的是該方案有效降低了TBM2掘進(jìn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)，為TBM2在2013年2～3月期間順利通過K22+986～K22+676段流沙加大涌水地層起到了關(guān)鍵作用，確保了TBM2人員和設(shè)備的安全。因此，TBM2從輸水出口進(jìn)洞的大方案無論是在經(jīng)濟(jì)上、施工管理和施工安全上都是合理的。TBM2進(jìn)洞方案確定后采取的其他具體方案，如導(dǎo)流方案、分期開挖方案、廣場(chǎng)布置方案等均比較合理，為工業(yè)廣場(chǎng)的順利形成、TBM2的按期組裝以及工業(yè)廣場(chǎng)的正常運(yùn)行等均起到了重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李家星，趙振興，等.水力學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社，2001.

王俊(1982-)，男，湖南桃江人，項(xiàng)目技術(shù)部部長(zhǎng)，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號(hào):1001-2184(2015)02-0004-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV52;TV51;TV554

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