巖灘水電站擴建工程施工支洞優化設計

朱 少 俊, 張 朋 飛

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概況

巖灘水電站位于廣西壯族自治區大化縣境內紅水河上，壩址距上游龍灘水電站166 km，距下游大化水電站83 km，壩址以上控制流域面積106 580 km2，占全流域面積81.4%，電站總裝機容量1 810 MW，其中包括一期工程裝機容量1 210 MW，擴建工程裝機容量600 MW。

巖灘水電站擴建工程主要布置于右岸一期工程廠房右側80 m的山體內，為地下式廠房，裝機2×300 MW。樞紐主要建筑物由進水口、引水隧洞、主、副廠房、主變室、尾水隧洞和廠房運輸洞等組成。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。地下廠房開挖寬度29.7～30.8 m，最大開挖高度76.67 m。

2 支洞設計

2.1 招標階段施工支洞布置

巖灘水電站擴建工程廠運洞從安裝間下游墻端往下游布置，連接下游對外公路。進廠運輸洞總長度464.6 m，縱坡7.01%。斷面為城門形，寬10.0 m，直墻高7.0 m，洞高9.0 m，進洞口高程▽197.0 m，至安裝間高程▽163.31 m，高差33.7 m，其中k廠運0+274.98～k廠運0+332.78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洞k廠運0+412.07開始進洞，至6號引水隧洞邊墻為止，長度361.7 m，起點高程▽163.31 m，終點高程▽140.64 m，高差22.67 m，最大縱坡7.1%，斷面為城門形，B×H=8.5×6.5m，其中k引支0+120.12～k引支0+213.43、k引支0+269.1～k引支0+284.81為彎段，是引水隧洞下平段、下彎段、廠房開挖第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+79.97開始進洞，至尾水管施工支洞和尾水主洞交叉點為止，長度486.21 m，起點高程▽159.05 m，終點高程▽128 m，高差31.05 m，平均縱坡6.39%，斷面為城門形，B×H=8.5×6.5m，其中k尾隧支0+85.35～k尾隧支0+163.89、k尾隧支0+303.07～k尾隧支0+388.15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標施工項目，我部尾水隧洞施工支洞開挖支護完成后向土建Ⅱ標交面。

尾水管施工支洞接尾水隧洞施工支洞，至6號尾水管邊墻為止，長度175.88 m，起點高程▽128 m，終點高程▽118 m，高差10 m，平均縱坡5.69%，斷面為城門形，B×H=8.5×6.5 m，其中k尾管支0+103.03～k尾管支0+140.99為彎段，是5號、6號尾水管、廠房機蝸施工通道。

招標階段未布置排風豎井，根據以往工程經驗，引水隧洞施工支洞，尾水管施工支洞尾部將是通風的重點與難點。

2.2 關鍵技術

(1)廠運洞實際施工時地質情況與投標時相比出入較大，石方洞挖與投標時相比增加3 678 m3，錨桿與投標時相比增加4 014根，新增鋼拱架65.95 t，新增固結灌漿1 400 t，噴護與投標時相比增加8 286 m2，導致廠運洞工期與投標時相比滯后2.5個月，嚴重影響到下一步的施工進度及向土建Ⅱ標交面，需要采取合理的技術措施將滯后的工期趕回來。

(2)由于巖灘水電站擴建工程緊鄰一期工程，結構布置緊湊，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的重點與難點。

2.3 施工支洞的優化

如果要及時完成尾水隧洞施工支洞的開挖支護，及時進入尾水管工作面和向土建Ⅱ標交面，一是尾水隧洞施工支洞提前進洞，二是減少施工支洞工程量，順著這個思路，提出了如下施工支洞的優化方案：

尾水隧洞施工支洞開口位置改在廠運洞開挖364.6 m的位置，與原設計相比，提前133.9 8m進洞，優化后的尾水隧洞施工支洞、引水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞長度分別為462.11 m、310.1 m、168.8 m，與原設計相比，長度分別減少了24.1 m，51.6 m，7.08 m，合計減少82.78 m，減少施工支洞石方洞挖4 167 m3、錨桿648根、噴護1 558 m2，節省投資67.3萬元。長度對比詳見表1《招標階段與施工階段施工支洞長度對比表》，工程量減少、投資節省、工期提前量詳見表2《施工支洞優化后成果一覽表》。

表1 招標階段與施工階段施工支洞長度對比表

表2 施工支洞優化后成果一覽表

2.4 通 風

根據施工支洞布置情況，尾水管施工支洞尾部、引水隧洞施工支洞尾部在一期通風中是通風的重點和難點，此時，各個洞室都是單頭掘進，洞內沒有相互貫通，通風必須依靠風機的強制送風，才能驅散各個工作面的廢煙和廢氣，確保人員、設備正常換氣的需要，這個時期的通風是整個洞室施工中最困難、最重要的時候。

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，不易在洞室內形成空氣流動，根據現場地形地貌條件，在尾水隧洞施工支洞尾部k尾隧支0+440.31，引水隧洞施工支洞k引支0+176.66樁號設置排風豎井，豎井直徑A1.4 m，采用反井鉆機施工，并且排風豎井和施工支洞同時施工并完成，在地下廠房洞室群兩側形成通風風路。

尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通風量計算：

循環參數：預變性94℃維持4 min，之后30個循環的94℃變性45 s、55℃退火45 s和72℃延伸1 min，再以72℃修復延伸10 min。

(1)按洞內同時工作的最多人數計算

Qr1=kmq

式中Q為工作面所需風量，m3/min；K為風量備用系數，取值1.25；m為洞內同時工作的最多人數，取30人；q為洞內每人每分鐘所需新鮮空氣，取4 m3

Qr1=kmq=1.25×30×4=150 m3/min

(2)按爆破的最多炸藥量計算

式中Q為工作面所需風量，m3/min；t為爆破后的通風時間，min ，取值30;A為爆破的炸藥量，kg,取值219;s為開挖斷面面積，m3，取值50.34;L為隧洞長度，m，取值630.91。

(3)按工作面最小允許風速計算

Qr3=60 VS

式中Q為工作面所需風量，m3/min；V為洞內容許最小風速，m/s ,取值0.15;s為開挖斷面面積，m3，取值50.34.

Qr3=60 VS=453.06 m3/min

(4)按內燃機械廢氣稀釋需要計算

Qr4=niA

Qr4=niA=1 035 m3/min

則Qr=max(Qr1、Qr2、Qr3、Qr4)

=1 571.7 m3/min

考慮到百米漏風率及風量備用系數：

Q=1 571.7×(1+1.5%×630.91/100)×

1.15=1 978.3 m3/min。

尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通風風壓計算：

式中a為風道摩擦阻力系數，N×S2/m4取值0.001 2;L為風管長度，m 取值615;U為風管周長，m 取值3.77;s為風管面積，m2取值1.130 4;Q為所需最小供風量，m3/s 取值32.9。

式中ξ為局部阻力系數， 取值0.15；s為風管面積，m2取值1.130 4；Q為所需最小供風量，m3/s 取值32.9。

Hmax=3 404+77.76=3 481.76 Pa。

根據計算結果，選擇安設一臺55 kW×2風機布置在尾水隧洞施工支洞洞口，風筒直徑A140。

3 施工效果

通過對施工支洞洞線的優化，將關鍵線路滯后的2.5個月的工期奪了回來，并節省投資67.3萬元，通過選擇合理的通風機和排風豎井的結合，洞內通風效果良好，為施工人員創造了良好的通風條件。

4 結 語

巖灘擴建工程地下廠房緊鄰一期工程，結構布置緊湊。在工程實施過程中，通過對招標階段施工支洞的優化，縮短了工期，節省了投資，取得了比較好的社會經濟效益。通過選擇合理的通風機械和排風豎井相結合，可以有效改善洞內通風環境，提高通風效率，為同類工程的施工提供了借鑒經驗。