巖灘水電站擴(kuò)建工程施工支洞優(yōu)化設(shè)計(jì)與通風(fēng)

朱少俊，張朋飛

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

巖灘水電站擴(kuò)建工程施工支洞優(yōu)化設(shè)計(jì)與通風(fēng)

朱少俊，張朋飛

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

巖灘水電站擴(kuò)建工程地下廠房緊鄰一期工程，結(jié)構(gòu)布置緊湊，工程實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)對(duì)招標(biāo)階段施工支洞的優(yōu)化，縮短了工期，節(jié)省了投資，取得了比較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，增設(shè)了排風(fēng)豎井，解決了洞內(nèi)通風(fēng)問(wèn)題。

施工支洞 優(yōu)化設(shè)計(jì) 排風(fēng)豎井 通風(fēng) 巖灘水電站

1 工程概述

巖灘水電站位于廣西壯族自治區(qū)大化縣境內(nèi)紅水河上，壩址上游166km接龍灘水電站，下游83km有大化水電站，壩址以上控制流域面積106580km2，占全流域面積的81.4%，電站總裝機(jī)容量1810MW，其中包括一期工程裝機(jī)容量1210MW，擴(kuò)建工程裝機(jī)容量600MW。

巖灘水電站擴(kuò)建工程主要布置于右岸一期工程廠房右側(cè)80m的山體內(nèi)，為地下式廠房，裝機(jī)2×300MW。樞紐主要建筑物由進(jìn)水口、引水隧洞、主、副廠房、主變室、尾水隧洞和廠房運(yùn)輸洞等組成。地下廠房為首部式布置，引水隧洞、尾水隧洞均采用一機(jī)一洞布置。地下廠房縱軸線與一期工程壩軸線成35°交角，右端往上游偏轉(zhuǎn)。地下廠房開(kāi)挖寬度29.7m～30.8m，最大開(kāi)挖高度76.67m。

2 支洞設(shè)計(jì)

2.1 招標(biāo)階段施工支洞布置

巖灘水電站擴(kuò)建工程廠運(yùn)洞從安裝間下游墻端往下游布置，連接下游對(duì)外公路。進(jìn)廠運(yùn)輸洞

沉降迅速增大，變形模量值迅速減小。

從試驗(yàn)的總體情況來(lái)看，此次變形模量的結(jié)果基本反映了筑壩料填筑的施工狀況。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)此次原位變形模量試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的受力狀況可知：法向應(yīng)力從1.0MPa至2.5MPa時(shí)，變形模量逐漸增大，筑壩料屬于密實(shí)階段，超過(guò)2.5MPa后，筑壩料基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)開(kāi)始趨于破壞，此時(shí)沉降量增大，變形模量減??；

(2)通過(guò)本次試驗(yàn)，比較直觀地了解填筑后的筑壩料受力情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析，可以得出筑壩料在力值6300kN時(shí)，即法向應(yīng)力為3.5MPa，筑壩料地基基礎(chǔ)已受到破壞；

(3)地基變形模量試驗(yàn)成果經(jīng)過(guò)與國(guó)內(nèi)外部分面板壩比較可知：大部分面板壩主應(yīng)力最大值為3.24MPa～3.52MPa，在此區(qū)間內(nèi)，位移極值變化較小，這說(shuō)明壩軸線及趾板軸線的小范圍調(diào)整，沒(méi)有改變河谷的形態(tài)，對(duì)壩體應(yīng)力、變形影響不大。如國(guó)內(nèi)水布埡壩體的變形模量為120MPa～170MPa之間，也證明此次試驗(yàn)方法的可行性，為瑪爾擋電站的施工提供了依據(jù)，并可供其他類(lèi)似工程參考。

孫紅雨(1985.11-)，男，工程師，項(xiàng)目副總工，主要從事試驗(yàn)檢測(cè)管理工作。

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總長(zhǎng)度464.6m，縱坡7.01%。斷面為城門(mén)形，寬10.0m，直墻高7.0m，洞高9.0m，進(jìn)洞口高程197.0m，至安裝間高程163.31m，高差33.7m，其中k廠運(yùn)0+274.98m～k廠運(yùn)0+332.78m為彎段，是地下廠房施工的主要交通通道。

引水隧洞施工支洞從廠運(yùn)洞k廠運(yùn)0+412.07m開(kāi)始進(jìn)洞，至6#引水隧洞邊墻為止，長(zhǎng)度361.7m，起點(diǎn)高程163.31m，終點(diǎn)高程140.64m，高差22.67m，最大縱坡7.1%，斷面為城門(mén)形，B×H=8.5m×6.5m，其中k引支0+120.12m～k引支0+213.43m、k引支0+269.1m～k引支0+284.81m為彎段，是引水隧洞下平段、下彎段、廠房開(kāi)挖第Ⅴ、Ⅵ層的施工通道。

尾水隧洞施工支洞從引水隧洞施工支洞k引支0+79.97m開(kāi)始進(jìn)洞，至尾水管施工支洞和尾水主洞交叉點(diǎn)為止，長(zhǎng)度486.21m，起點(diǎn)高程159.05m，終點(diǎn)高程128m，高差31.05m，平均縱坡6.39%，斷面為城門(mén)形，B×H=8.5m×6.5m，其中k尾隧支0+85.35m～k尾隧支0+163.89m、k尾隧支0+303.07m～k尾隧支0+388.15m為彎段，是尾水主洞施工支洞、尾水管施工支洞的施工通道，其中尾水主洞施工支洞為土建Ⅱ標(biāo)施工項(xiàng)目，我部尾水隧洞施工支洞開(kāi)挖支護(hù)完成后向土建Ⅱ標(biāo)交面。

尾水管施工支洞接尾水隧洞施工支洞，至6#尾水管邊墻為止，長(zhǎng)度175.88m，起點(diǎn)高程128m，終點(diǎn)高程118m，高差10m，平均縱坡5.69%，斷面為城門(mén)形，B×H=8.5m×6.5m，其中k尾管支0+103.03m～k尾管支0+140.99m為彎段，是5#、6#尾水管、廠房機(jī)蝸施工通道。

招標(biāo)階段未布置排風(fēng)豎井，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，引水隧洞施工支洞，尾水管施工支洞尾部將是通風(fēng)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。招標(biāo)階段施工支洞布置詳見(jiàn)圖1。

圖1 招標(biāo)階段施工支洞布置

2.2 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

(1)廠運(yùn)洞實(shí)際施工時(shí)地質(zhì)情況與投標(biāo)時(shí)相比出入較大，石方洞挖與投標(biāo)時(shí)相比增加3678m3，錨桿與投標(biāo)時(shí)相比增加4014根，新增鋼拱架65.95t，新增固結(jié)灌漿1400t，噴護(hù)與投標(biāo)時(shí)相比增加8286m2，導(dǎo)致廠運(yùn)洞工期與投標(biāo)時(shí)相比滯后2.5個(gè)月，嚴(yán)重影響到下一步的施工進(jìn)度及向土建Ⅱ標(biāo)交面，需要采取合理的技術(shù)措施將滯后的工期趕回來(lái)。

(2)由于巖灘水電站擴(kuò)建工程緊鄰一期工程，結(jié)構(gòu)布置緊湊，施工支洞洞線彎折較多，尾水管施工支洞與引水隧洞施工支洞是通風(fēng)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

2.3 施工支洞優(yōu)化

如果要及時(shí)完成尾水隧洞施工支洞開(kāi)挖支護(hù)，及時(shí)進(jìn)入尾水管工作面和向土建Ⅱ標(biāo)交面，一是尾水隧洞施工支洞提前進(jìn)洞；二是減少施工支洞工程量，順著這個(gè)思路，提出了以下施工支洞優(yōu)化方案：

尾水隧洞施工支洞開(kāi)口位置改在廠運(yùn)洞開(kāi)挖364.6m的位置，與原設(shè)計(jì)相比，提前133.98m進(jìn)洞，優(yōu)化后的尾水隧洞施工支洞、引水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞長(zhǎng)度分別為462.11m、310.1m、168.8m，與原設(shè)計(jì)相比，長(zhǎng)度分別減少了24.1m，51.6m，7.08m，合計(jì)減少82.78m，減少施工支洞石方洞挖4167m3、錨桿648根、噴護(hù)1558m2，節(jié)省投資67.3萬(wàn)元。具體布置詳見(jiàn)圖2，長(zhǎng)度對(duì)比詳見(jiàn)表1，工程量減少、投資節(jié)省、工期提前量詳見(jiàn)表2。

圖2 施工階段施工支洞布置

表1 招標(biāo)階段與施工階段施工支洞長(zhǎng)度對(duì)比

表2 施工支洞優(yōu)化后成果一覽表

2.4 通風(fēng)

根據(jù)施工支洞布置情況，尾水管施工支洞尾部、引水隧洞施工支洞尾部在一期通風(fēng)中是通風(fēng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，此時(shí)，各個(gè)洞室都是單頭掘進(jìn)，洞內(nèi)沒(méi)有相互貫通，通風(fēng)必須依靠風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制送風(fēng)，才能驅(qū)散各個(gè)工作面的廢煙和廢氣，確保人員、設(shè)備正常換氣的需要，這個(gè)時(shí)期的通風(fēng)是整個(gè)洞室施工中最困難、最重要的時(shí)候。

考慮到引水隧洞施工支洞和尾水隧洞、尾水管施工支洞洞線曲折，不易在洞室內(nèi)形成空氣流動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌條件，在尾水隧洞施工支洞尾部k尾隧支0+440.31m，引水隧洞施工支洞k引支0+176.66m樁號(hào)設(shè)置排風(fēng)豎井，豎井直徑1.4m，采用反井鉆機(jī)施工，并且排風(fēng)豎井和施工支洞同時(shí)施工并完成，在地下廠房洞室群兩側(cè)形成通風(fēng)風(fēng)路。

2.4.1 尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通風(fēng)量計(jì)算

(1)按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算

Qr1=kmq

式中：Q——工作面所需風(fēng)量(m3/min)；

K——風(fēng)量備用系數(shù)，取值1.25；

m——洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)，取30人；

q——洞內(nèi)每人每分鐘所需新鮮空氣，取4m3。

Qr1=kmq=1.25×30×4=150m3/min

(2)按爆破的最多炸藥量計(jì)算

式中：Q——工作面所需風(fēng)量(m3/min)；

t——爆破后的通風(fēng)時(shí)間(min)，取值30min；

A——爆破的炸藥量(kg)，取值219kg；

S——開(kāi)挖斷面面積(m3)，取值50.34m3；

L——隧洞長(zhǎng)度(m)，取值630.91m。

(3)按工作面最小允許風(fēng)速計(jì)算

Qr3=60VS

式中：Q——工作面所需風(fēng)量(m3/min)；

V——洞內(nèi)容許最小風(fēng)速(m/s)，取值0.15m/s；

S——開(kāi)挖斷面面積(m3)，取值50.34m3。

Qr3=60VS=453.06m3/min

(4)按內(nèi)燃機(jī)械廢氣稀釋需要計(jì)算

Qr4=niA

式中：Q——工作面所需風(fēng)量(m3/min)；

ni——洞內(nèi)同時(shí)作業(yè)的內(nèi)燃機(jī)械總功率(kW)，考慮一臺(tái)裝載機(jī)，三臺(tái)出渣車(chē)，取值790kW；

A——內(nèi)燃機(jī)械每kW所需風(fēng)量(m3/min)，取值3m3/min。

Qr4=niA=1035m3/min

則Qr=max(Qr1、Qr2、Qr3、Qr4)=1571.7m3/min

考慮到百米漏風(fēng)率及風(fēng)量備用系數(shù)：

Q=1571.7×(1+1.5%×630.91/100)×1.15=1978.3m3/min。

2.4.2 尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通風(fēng)風(fēng)壓計(jì)算

式中：a——風(fēng)道摩擦阻力系數(shù)(N·S2/m4)，取值0.0012N·S2/m4；

L——風(fēng)管長(zhǎng)度(m)，取值615m；

U——風(fēng)管周長(zhǎng)(m)，取值3.77m；

S——風(fēng)管面積(m2)，取值1.1304m2；

Q——所需最小供風(fēng)量(m3/s)，取值32.9m3/s。

式中：ξ——局部阻力系數(shù)，取值0.15；

S——風(fēng)管面積(m2)，取值1.1304m2；

Q——所需最小供風(fēng)量(m3/s)，取值32.9m3/s。

Hmax=3404+77.76=3481.76Pa

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇安設(shè)一臺(tái)55kW×2風(fēng)機(jī)布置在尾水隧洞施工支洞洞口，風(fēng)筒直徑140cm。

2.5 實(shí)際施工效果

通過(guò)對(duì)施工支洞洞線的優(yōu)化，將關(guān)鍵線路滯后的2.5月工期趕了回來(lái)，并節(jié)省投資67.3萬(wàn)元，通過(guò)選擇合理的通風(fēng)機(jī)和排風(fēng)豎井結(jié)合，洞內(nèi)通風(fēng)效果良好，為施工人員創(chuàng)造了良好的通風(fēng)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

地下廠房施工支洞的布置直接關(guān)系到主體工程的施工進(jìn)度，通過(guò)合理地布置施工支洞，可以加快主體工程施工進(jìn)度；通過(guò)選擇合理的通風(fēng)機(jī)械和排風(fēng)豎井相結(jié)合，可以有效改善洞內(nèi)通風(fēng)環(huán)境，提高通風(fēng)效率，為同類(lèi)工程的施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：

朱少俊(1968.07-)，男，安徽合肥人，高級(jí)工程師，青海黃河瑪爾檔水電站副總工，大學(xué)本科，從事水利水電專(zhuān)業(yè)。

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2095-1809(2017)03-0077-04