官地水電站地下廠房工程施工輔助洞室的規劃設計

張超鋒，趙云亮

(二灘水電開發有限責任公司，四川 成都 610021)

1 前 言

官地水電站樞紐建筑物主要由左岸擋水壩、右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段、消力池、右岸地下引水發電系統組成(見圖1)。攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 334m，最大壩高168m，壩頂長516m。溢流壩段布置5孔溢流表孔，堰頂高程1 311m，孔口尺寸15m×19m；在左岸10號擋水壩段和右岸16號擋水壩段各設有放空中孔，孔口底高程1 240m，孔口尺寸5m×10m/5m×8m(進口/出口)。

引水發電系統由電站進水口、壓力管道、主副廠房、主變室、尾水調壓室、尾水洞和尾水出口等建筑物組成。壓力管道采用單機單管供水，內徑11.8m。主廠房、主變室、調壓室三洞平行布置，廠房總長度為243.4m，最大開挖高度76.3m；主變室跨度18.8m，最大高度24.9m，總長197.3m；尾水調壓室為阻抗式，長205m，高76.5m，上室寬21.5m，下室寬20m；尾水系統采用“兩機一室一洞”布置格局，尾水洞斷面尺寸16m×18m。

2 輔助洞室規劃設計原則

根據類似工程施工經驗及本工程的特點，施工輔助洞室的設計原則如下：

圖1 官地水電站樞紐布置示意

(1)輔助洞室布置應分別滿足三大系統的施工要求，形成引水系統、廠房系統和尾水系統施工的相對獨立性，同時有機聯系各個系統，為各主要洞室平行作業創造條件，實現多工作面連續施工。

(2)地下廠房洞室群體形結構大，需在主要建筑物不同高程設置輔助洞室，滿足“平面多工序、立體多層次”的施工組織要求，合理規避施工干擾，以保證工程施工有序均衡。

(3)輔助洞室的布置要有利于通風系統的設置，有效解決地下洞室的通風散煙，確保施工人員的身心健康，充分體現以人為本、構建和諧社會的現代管理要求。

(4)輔助洞室的斷面設計需有利于施工供風、供水、供電、排水、通風及照明等臨時設施的布置，提高施工支洞的通行能力，并考慮特殊情況下的應急搶險要求，同時滿足后續施工項目的交通運輸要求，特別是合同所需的大件和重件的運輸要求。

(5)不影響主體工程結構，盡量避免斷層、破碎帶的不利影響。

(6)盡量利用永久洞室作交通洞，以減少臨建工程量。

(7)同一高程上永久洞室較多的部位，施工支洞在不影響洞室圍巖穩定的前提下，以連通所有洞室為宜，滿足間隔施工的要求。

(8)輔助洞室與永久洞室的交角應合理，保證交通順暢；在開挖爆破施工時，應盡量保留開口處與洞室之間相交巖體。

3 輔助洞室實施情況

官地水電站地下廠房工程具有洞室多、布置緊、立體交錯、地質構造復雜、工程量大、工期緊等特點。如何滿足進度要求，實現均衡生產，對三大系統(引水系統、廠房系統、尾水系統)的施工尤其重要。經綜合考慮施工干擾、交通運輸、施工期通風等因素，承包人對施工通道進行了規劃設計(見圖2)。

圖2 官地水電站施工輔助洞室實際布置示意

圖3 官地水電站施工輔助洞室規劃布置示意

3.1 總體規劃

根據通道布置原則、方案比較及施工總進度統籌安排，結合三大洞室開挖分層情況，決定在三大洞室上、中、下部均布置施工通道(見圖3)。

(1)上層通道。主廠房上層兩端分設施工通道，使上三層開挖具備雙通道。上1支洞從下游圍堰軸線上游約75m處進入，經主廠房與進風洞平段結合處，到達主廠房頂部。通道底板高程為1 236.7m，負擔主廠房1 243.7～1 227.0m高程(上1、上2層)的施工。進廠交通洞向上游圍堰頂1 250m高程延伸形成過壩交通洞，上2支洞從過壩交通洞分岔進入主廠房，位于廠房1 226.2m高程，負擔主廠房1 243.7～1 219.5m高程(上1、上2、中1層)的施工。

主變室上層通道從主廠房上1支洞分岔進入1 230.7m高程，負擔主變室1 237.7～1 220.9m高程(Ⅰ層和Ⅱ層)施工。

尾調室上層通道從主廠房上1支洞分岔進入1 239.5m高程，同時利用尾調交通洞承擔尾調室1 250.0～1 231.0m(A層和B層)的施工。

(2)中層通道。主廠房中層通道利用進廠交通洞(底板高程1 213.0m)負擔廠房1 227.0～1 205.0m高程(中1、中2、中3層)的施工。原計劃將電纜聯系洞進行擴挖，作為雙向通道，由于實際開挖強度滿足進度要求，故未實施。

主變室中層通道也利用進廠交通洞負擔主變1 220.9～1 212.5m高程(Ⅲ層)施工。

尾調室中層通道從進廠交通洞分岔進入尾調室1 213.0m高程，承擔尾調室1 222.00～1 204.00m(C層、D層、E層)的施工。

(3)下層通道。下層通道包含了兩層通道，一為壓力管道下平段施工支洞，二為尾水管。

壓力管道下平段施工支洞位于壓力管道下平段1 188.1m高程，從進廠交通洞分岔進入。壓力管道下支洞除負擔引水洞斜井段和下平段的開挖出渣外，還負擔主廠房1 205.0～1 188.5m高程(下1、下2層)的開挖出渣和主廠房1 188.5～1 181.9m高程(下3層)開挖的鉆孔和扒渣等工作。

另一條通道結合尾水系統布置。從進廠交通洞分岔至尾水洞，經尾水洞穿過尾調室底部，再經尾水管到達廠房底層，負擔主廠房1 188.5～1 166.2m高程(下3、下4、下5)及尾調室1 204.0～1 176.0m(F層、G層、H層)的施工。

3.2 主體工程開工前已實施的施工輔助洞室

官地建設管理局提前謀劃，于2006年便開始實施部分輔助洞室，為承包人進場提供有利條件，縮短施工工期3個月。在招標階段，管理局已向發包人提供了10條施工通道，其中有3條三大洞室中導洞，分別為廠房上層中導洞、主變上層中導洞和尾調上層中導洞。這三條中導洞不僅縮短了工期，而且提前揭示了三大洞室的主要地質構造特征，為三大洞室整體開挖支護方案優化提供了科學參考。同時，提供了1條永久交通洞，即尾調交通洞；6條施工輔助洞室，即主廠房上1支洞、主廠房上2支洞、主變上支洞、尾調上支洞、尾水洞支洞、上層排水廊道支洞。

3.3 后期新增的輔助洞室

3.3.1 尾水施工支洞延長段

在引水發電系統工程承包人投標的施工組織設計方案中，主廠房下層開挖、調壓室下部開挖、尾水擴散段和尾水連接洞的施工通道是利用位于尾調室下部的尾水洞。2008年1月，官地建設管理局組織召開了官地水電站引水發電系統施工組織設計專家咨詢會。專家組建議將尾水洞施工支洞往上游延伸至尾調室上游，與4條尾水管連接洞相接，作為廠房下部及尾水擴散段、尾水管連接洞的施工通道(見圖4)。經管理局認真研究后采納了該方案。實踐證明，該通道減小了尾調室開挖出渣對尾水連接洞、主副廠房下層開挖的施工干擾，并為尾水擴散段、尾水連接洞混凝土施工提供了運輸通道。

3.3.2 尾調室新增施工支洞

2008年10月，尾調室在進行第二層開挖施工時安全監測數據發生突變，頂拱應力、應變持續增大，混凝土噴層出現裂縫。管理局立即組織專家進行了專題研究，并采用加密聲波測試及鉆孔全景圖象檢測等地質檢測方法對地質構造進行了重新復核，并由成都院委托長江科學研究院對開挖揭示的不利塊體進行了反饋分析。結果顯示，尾調室頂拱1～3m內緩傾角錯動帶發育，與其它陡傾角錯動帶組合構成不穩定塊體，對尾調室安全構成潛在威脅。

圖4 尾水施工支洞延長段

成都院在分析成果基礎上對尾調室上層分階段進行了加強支護，新增預應力錨索234根、預應力錨桿1 460根、普通砂漿錨桿3 922根。

由于加強支護，尾調室施工工期被壓縮10個月，使得該部位成為引水發電系統工程施工的關鍵線路。為確保引水發電系統工程合同工期的實現，管理局組織參建單位研究決定，在尾調室1號室與2號室中隔墻新增了施工通道，同時增加了尾調室底部施工支洞。

3.3.2.1 中隔墻施工支洞

由于從尾調室第Ⅲ層開挖開始，底板高程低于中隔墻頂部高程3.3m，中隔墻頂部巖柱對第Ⅲ層快速開挖與斜坡道形成均造成影響，承包人請求挖出中隔墻，后期采用混凝土回填。管理局研究認為，中隔墻整體挖除對尾調室邊墻穩定帶來重大影響，且后期混凝土回填工程量大，對工期反而不利。

承包人后來又上報了調整方案，請求在中隔墻頂部中間開挖一個缺口作為第Ⅲ層施工通道，缺口的高度3.3m(即缺口底部高程為1 225.2m)，缺口的寬度以單車道不超過5m為原則，并建議在中隔墻分兩層布設4條4.0m×4.5m(寬×高)施工支洞，底板高程分別為1 217.5m、1 202m(見圖5(a))。經管理局最終研究決定，在中隔墻頂部中間開挖一個缺口雖然可滿足施工通道要求，但對尾調室上、下游邊墻穩定會造成重大影響，故最終采取墊渣方式代替開挖缺口，同意在中隔墻分兩層布設4條施工支洞，同時要求采取加強支護，并進行圍巖變形觀測。

從中隔墻上層施工支洞開挖情況看，施工支洞內部圍巖變形大，片幫、巖爆等應力釋放情況嚴重，可見中隔墻對尾調室邊墻穩定十分有利。為保證中隔墻圍巖穩定，最終在1 202.0m高程施工支洞底板高程降低3m的基礎上將中隔墻下層施工支洞由原來的2條優化為1條(見圖5(b))。

圖5 尾調室中隔墻新增施工支洞布置示意

3.3.2.2 尾水調壓室底部施工支洞

為保證尾水調壓室1 194m高程平臺阻抗孔等的混凝土施工、加快尾調室底部開挖的出渣速度，經研究在尾調室2號室底部增加了底部施工支洞。

調壓室底部施工支洞從過壩交通洞0+897m處的進洞方向右側邊墻開口，底板開挖高程1 218.7m，與過壩交通洞成43.7°，上游方向接至2號調壓室下游邊墻1 200.4m高程(見圖2)。

該施工支洞緩解了尾水洞的交通壓力，加快了尾調室底部開挖進度。

3.3.3 尾水洞通風洞

承包人在原施工輔助洞室規劃時考慮利用尾水施工支洞作為尾水洞開挖排煙通道。按原方案，在進行尾水連接洞及擴散段開挖時，尾調室已開挖結束，也可利用尾調室作為排煙通道。

但實際施工中，由于尾調室施工滯后，且尾水洞出口預留了30m巖塞，使尾水連接洞及尾水擴散段開挖爆破施工的排煙問題突出，導致原來規劃的排煙時間由30min延長至2h，嚴重影響了主廠房底部開挖施工進度。經研究決定，在尾水洞出口巖塞前從尾水出口邊坡馬道向尾水洞布設2條通風洞，并采用大功率風機(見圖2)進行強排，排煙時間縮短至40min。

實踐證明，尾水洞通風洞的布設不僅對開挖施工具有重要意義，同時也在尾水洞出口閘室下閘后，對洞內混凝土及灌漿施工提供了良好的工作環境，環境濕度及空氣質量得到了有效改善。

3.3.4 壓力管道下平段施工支洞擴挖施工

原投標階段壓力鋼管運輸方案為：將3號壓力管道擴挖，壓力鋼管均從擴挖后的3號壓力管道運進廠房，在每條壓力管道靠近廠房的洞口處設置鋼架平臺，將1號、2號、4號壓力鋼管利用卷揚牽引至廠房內鋼架平臺上，利用廠房橋機將鋼管分別吊至各洞口軌道上，然后再利用各管道內的卷揚牽引就位。該方案需采用鋼管和型鋼搭設鋼架平臺。根據施工進度計劃，運輸期間廠房正在進行1號機組肘管安裝及混凝土澆筑施工，同時安裝間和副廠房正在進行混凝土澆筑施工。若采用小橋機吊轉鋼管，將影響1號機組肘管吊裝進度，且與混凝土澆筑施工存在立體交叉作業，安全風險突出。經研究決定，將壓力管道下平段施工支洞與壓力管道連接段擴挖后作為運輸通道。鋼管從3號引水洞下平段經施工支洞分別運至1號、2號、4號引水洞進行安裝，使得鋼管只在壓力管道內轉運，避免了上述干擾，且可與主廠房平行作業，節省主廠房直線工期約4個月。

從實際施工情況看，承包人并未從3號壓力管道運輸壓力鋼管，而是從安裝間利用小橋機運輸。如果壓力管道斜井施工未滯后，該方案是成功的。但由于1號壓力管道斜井段施工滯后，1號機組蝸殼混凝土澆筑施工提前，使1號機組壓力管道運輸通道無法正常使用。最終采取利用4號壓力管道下平段進行臨時中轉，最后利用壓力管道下平段施工支洞與壓力管道連接段擴挖的通道作為運輸通道。

4 結 語

地下洞室群施工輔助洞室布設直接影響主體工程的施工進度。合理布設施工輔助洞室不僅能加快施工進度，而且可為應急救援提供通道。隨著國家對相關行業塵肺等職業病的重視，在地下工程施工中如何創造良好的工作環境，滿足文明施工及職業健康的要求，成為亟待解決的問題。結合官地水電站施工輔助洞室規劃設計的經驗教訓，筆者認為：

(1)壓力管道施工通道一定要超前謀劃。如果采用從廠房運輸，一定要系統考慮各部位施工進度，避免使次要線路變為關鍵線路。

(2)對于三大洞室平行布置的地下廠房系統，尾水施工支洞最好延伸至尾水管，避開尾水洞及尾調室施工對主廠房下部開挖的影響。

(3)尾水調壓室頂部宜考慮布設橋機，解決尾調室底部開挖設備的調運及閘墩澆筑時模板周轉，或增加塔機解決閘墩混凝土澆筑問題。

(4)排煙系統應仔細規劃，不應抱有僥幸心理，宜早不宜遲。

(5)三大洞室上部施工支洞可先行實施，以便加快施工進度，同時也可為設計單位揭示實際地質構造、優化開挖支護方案提供科學參考。