低压隧洞的技术与管理

低压隧洞的技术与管理

王伟

广东水电二局股份有限公司511340

【摘要】高原地区河流比降大，通过发电引水隧道对河道裁弯取直引水，通常能充分利用水头，取得很好的发电效益，此类型电站建设的最关键之处往往是低压引水隧洞的设计与施工。云南硕多岗河吉沙水电站是一座典型的高原长引水式中型水电站，在设计过程中对关键技术问题认真研究，提出合理方案并及时进行了优化。总结该电站低压引水隧洞设计、施工和建设管理的经验教训，对日后类似工程的设计有很好的借鉴意义。

【关键词】低压引水隧洞技术管理

一、工程概况

高原地区河流比降大，通过长发电引水隧洞对河道裁弯取直引水，通常能充分利用水头，取得很好的发电效益。云南硕多岗河吉沙水电站就是这样一座典型的高原长引水式中型水电站。

大坝为混凝土重力坝，水库正常蓄水位3132m，电站为地面厂房，总装机容量120MW，设计引用流量28.4m³/s。电站引水系统布置在左岸，主要建筑物包括进水口、低压引水隧洞、调压井及高压管道等。引水洞纵坡为0.0038，首部起坡点高程3116.0m，终点接调压井，终坡点高程306m，洞长约14.47km。隧洞采用圆形断面，内径3.3～3.9m，最大流速3.36～2.41m/s，最大埋深约500m。引水隧洞石方开挖总量约23万。

二、关键技术问题研究

云南硕多岗河吉沙水电站不仅位处高原(正常蓄水位3132m)，且位于我国南缘，横断山脉中段，中甸褶断束西侧，地质构造十分复杂。隧洞沿线岩性变化频繁，有石炭系中下统结晶灰岩(C1—21s)、石炭系中下统砂质板岩(C1—21s)、石炭系上统片理化凝灰岩(C3mt)、石炭系上统片理化玄武岩(C3mb)、石炭系上统片理化安山岩(C3ma)等，且伴有多个溶洞和断层，给隧洞开挖支护增加了难度。在工程建设过程中，设计对隧洞关键技术问题认真研究，提出了合理的设计方案，并及时对相关方案进行优化调整，取得了良好的效果。

1.洞线左右岸选择

引水式水电站的洞线布置往往是工程设计优劣的关键，其中左右岸选择是首要问题，不仅要注意洞线长短，也要注意地形地质条件、交通、环保、投资和工程施工便利性等因素。从工程布置、建筑物安全性、工程造价、运行管理、施工进度及复杂程度等方面进行比较可知，两岸洞线埋深和围岩条件基本相当，垂直埋深均在50m以上，岩性均以灰岩、板岩为主。但左岸洞线布置依托常年畅通的国道，从主道至施工支洞的距离较短，新建仅11．7km，改扩建16．8km，沿线无大的沟壑，道路施工、设备运输均较方便。另外，左岸因人烟稀少，移民、环保等问题相对简单许多。因此左岸引水线路的综合条件明显优于右岸引水线路．最终推荐左岸方案。

2.洞轴线选择

在引水线路满足枢纽总布置要求的前提下，洞线选择不仅要力求短，以节省投资，还应尽量选择沿线地质构造简单、岩体完整稳定、上覆岩层厚度适中、水文地质条件有利及便于施工的线路。其中，对洞轴线与岩层、构造和软弱带的交角亦应引起足够的重视。

云南硕多岗河吉沙水电站洞轴线选择在“裁弯取直”的前提下，力求选择地质条件较好的洞段。由于进水口与厂址问河道呈“s”字形．河道在引水隧洞中偏上游位置向山体凹进，因此设计阶段和最后的施工详图中隧洞轴线基本采取顺河道裁弯取直的全埋藏式布置方式。引水隧洞布置时，为尽量缩短洞线长度，基本采用顺河道布置，同时使引水隧洞顶部和侧向均满足覆盖层厚度要求，围岩不产生水力劈裂。隧洞上游部分走向为N297°E，下游部分走向转N320．75°W，全长均按埋藏管设计，上覆厚度90～250m。隧洞开挖证明洞轴线布置是基本合理的。尤其是选取的洞轴线在3号施工支洞以前与岩层、构造断裂面及主要软弱带走向交角较大，成洞条件很好，掘进速度很快。但4号支洞控制的主洞段地质条件发生了变化，轴线与岩层、构造断裂面及主要软弱带走向的交角不足20°，部分接近平行，造成开挖过程中围岩片状剥落，自稳能力很差，一定程度上增加了施工难度。

3..施工支洞布置研究

引水隧洞是控制工程总工期的关键性工程。为了满足施工工期、隧洞通风及运输的需要，前期设计时根据引水隧洞沿线的地形、地质条件，决定设5条施工支洞，包括进水口和6号施工支洞(该支洞位于高压管道处)共12个工作面平行作业，单工作面推进最大控制长度1658m，并且沿洞轴线布置通排风设施。本工程的关键线路为：3、4号施工支洞开挖及支护一3、4号施工支洞之间引水隧洞段开挖、支护、混凝土衬砌及灌浆。其中，支洞控制的最长主洞段长3099m．最短2256m。实际施工过程中，对施工支洞的长度和位置进行了微调。支洞和主洞平均日进尺最短的为1．67m．最长的为4．71m，与原设计有一定差距，其原因主要与施工组织管理、分标管理、高原特有地质条件和高原缺氧恶劣气候等有关。从4～5号洞的日均进尺为4.71m可以看出，主客观条件具备的情况下，达到设计的日进尺目标是完全可以实现的．也表明设计的支洞布置基本合理。

结束语

云南硕多岗河吉沙水电站隧洞施工已经完毕，其低压引水隧洞的设计与施工经验有较强的代表意义，值得推广。总结认为，在高原长、小引水发电隧洞设计中，首先应通过技术经济和环境等综合比较，优选将洞线布置在左岸或是右岸，而很多时候，左右岸选择决定了一个工程的工期和投资；其次，要根据地形地质条件，结合施工等因素，选择合理的隧洞轴线，尤其要考虑洞轴线与地质构造的合理交角：关于洞型和洞径的选择，在高度重视经济比选的同时。也要合理顾及施工的便利性；开挖支护设计必须将初期支护和永久支护相结合，充分预计到地质条件变化的不可预期性，对地下水和岩溶、断层破碎带须加强超前勘探，尽量减少开挖断面的变化频率，配筋设计需考虑洞内绑扎焊接的不便性：施工方案设计上对支洞的布置应结合主洞轴线统一考虑，充分考虑高原缺氧对施工效率的影响，在工程投资和工期上寻找合理的平衡点等。

参考文献

[1]刘志刚隧洞施工技术人民铁道出版社2012.3

[2]张立德兴水工隧洞施工与质量控制人民交通出版社2013.1

[3]王雨景水工建筑物地下开挖工程施工技术规范2016.1