車爾臣河水電站進場道路方案比選分析

郭建飛

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

車爾臣河水電站位于新疆維吾爾自治區且末縣境內，是車爾臣河上修建的第一座梯級電站，工程規模為Ⅳ等小(I)型工程，采用引水式電站。攔河閘最小引水流量5m3/s，總裝機50MW。主要建筑物有攔河引水渠首、沉砂池、輸水隧洞、壓力管道、廠房、尾水渠等建筑物組成。由于工程所在區河谷兩側呈陡坎狀，自然坡度在50°～85°之間，落差在150～175m，至工程區需修建一條進場道路滿足施工期及后期管理運行的要求，本文擬對進場道路的方案比選及設計做一介紹，供同行參考。

2 工程地質概況

擬建進場道路穿越工程區地層巖性上部為上更新統沖積砂卵礫石層，地表局部分布有風積砂丘，大小8m×15m，高度2～5m，砂卵礫石層，青灰色，厚10～30m，局部弱膠結；其下為大厚度的中更新統沖積砂卵礫石層，總體厚度大于200m，灰褐色，鈣泥質膠結半膠結，天然密度為2.18g/cm3，相對密度Dr=0.87，結構密實，滲透系數K=1.0×10-3cm/s，屬中透水層?？v波速度一般2300～2500m/s，個別達2800m/s。在無地下水干擾情況下有一定自穩能力，具備成洞條件，但需及時支護，由于第四系地層為散體結構，國內尚無統一的分類方法，根據上述地質條件，并類比其他工程經驗進行綜合評定，該地層所處的圍巖類別屬Ⅴ類。

3 進場道路總體方案比選分析

進場道路所處區域地質及地形情況較為復雜，對工程的工期、投資等影響較大，經綜合考慮，對進場道路2個方案進行比較：道路大開挖方案和隧洞方案。

圖1 方案一及方案二平面布置

3.1 進場道路大開挖方案

進場道路起點為閘址河床左岸階地與現有道路連接，終點至閘址廠區附近，路線長度為2.9km，全部為盤山道路，分為5個臺階按高程分層布置，上下層間高差約35m，道路平均縱坡5.5%，最大縱坡8%，就可行性而言，存在2種方案：雙車道方案和單車道方案。

3.1.1 雙車道方案

進場道路采用雙車道路面設計，按規范[3]要求，道路路基寬度取6.5m，該方案特點是施工較為簡單，挖方均為砂礫石，不存在爆破，施工速度較快，但存在以下的幾個問題。

(1)道路基礎必須設置于穩定邊坡上，按地質報告的要求，開挖邊坡不得陡于1∶0.75，這樣導致道路工程量開挖較大，土方開挖工程量達到驚人的315萬m3，工程直接投資為13150萬元，投資較高，不經濟。

(2)大開挖基本上削了一半的山頭，將會造成很大的水土流失，而且砂礫石邊坡后期恢復困難，棄渣較多，占地面積大，對環境影響大。

(3)從運行、管理、安全等方面考慮，主要存在以下的問題：①邊坡垂直落差達170多m，在刮風及雨雪天氣，邊坡會存在落石風險，即便是一塊很小的石頭，也會對行人及車輛構成很大威脅。②高邊坡后期維護費用較高，砂礫石及土方邊坡在濕潤飽和狀態下，邊坡在受到外力作用后易發生位移垮塌。

因此，不考慮雙車道方案。

3.1.2 單車道方案

單車道方案路線布置與雙車道方案相同，僅路基寬度不同，道路基寬度為4.5m，也存在以下的幾個問題。

(1)道路道路工程量也較大，土方開挖130萬m3，工程直接投資為5600萬元，投資也較高。

(2)由于是單車道道路，特殊的地形導致進入施工區的車輛同出渣車輛之間必須有一方在車轉彎處等待對方通過后自己才能通行，施工過程中干擾較大，出渣效率不高。

(3)開挖的棄渣占地占地面積也較大，新疆南疆區域較為干旱少雨，對環境的影響也不容忽視。

(4)同樣存在落石風險、邊坡穩定等安全問題。

因此，不考慮單車道方案。

綜合以上雙車道及及單車道道路方案分析，從投資、施工條件、施工可行性、環境、運行管理、安全等方面綜合比較，本工程不適宜采用進場道路大開挖方案，推薦采用隧洞方案。

3.2 隧洞方案

隧洞起點在河床左岸階地上，受圖幅限制，圖1中未能顯示隧洞進口布置。隧洞全長1.85km，進口目前有簡易道路到達，受地形條件限制，出口無法施工，隧洞只能從進口單工作面進行掘進。隧洞方案考慮有2種方式：雙車道隧洞方案和單車道隧洞方案。

3.2.1 雙車道隧洞方案

雙車道隧洞方案斷面采用城門洞型，根據規范要求，隧洞凈尺寸為8.0m×6.56m(b×h)，由于進場道路對整個工程投資影響較大，經綜合考慮后又提出隧洞從結構型式對2個方案進行比選。

(1)方案一(隧洞襯砌)。隧洞在施工的過程中不僅采用一次噴錨支護，在貫通后，還進行二次鋼筋混凝土襯砌加固。該方案安全系數高，但投資較高，總投資6800萬元，業主難以承受。因此，不考慮雙車道隧洞襯砌方案。

(2)方案二(隧洞無襯砌)。隧洞在施工的過程中僅采用一次噴錨支護，該方案安全系數低，在這么大斷面施工情況下，僅考慮一次支護是不夠的，在以后的運行管理中，如果一次支護變形量較大，引起塌方，會造成重大人員傷亡及財產損失。因此，不考慮雙車道僅采用一次噴錨支護的方案。

從工程投資，安全運營管理來看，單車道隧洞方案更適合本工程，推薦方案采用單車道隧洞方案。

3.2.2 單車道隧洞方案

單車道隧洞方案斷面凈尺寸為4.5m×5.33m(b×h)，也有2個方案進行比選。

(1)方案一(隧洞襯砌)。隧洞采用全斷面襯砌，工程投資約5500萬元，雖比雙車道方案節省1300萬元，但對整個工程的影響還是比較大的，不考慮。

(2)方案二(隧洞無襯砌)。隧洞僅僅考慮一次支護，看起來比較冒進，可根據地質資料，隧洞處于上更新統砂卵礫石層中，除表層局部埋深較淺處呈弱膠結外，下部為鈣泥質膠結半膠結，工程區所在區域又處于國內干旱極度少雨區，附近無穩定地下水補給區，在無地下水干擾的情況下有一定的自穩能力，具備成洞條件。在基于上述條件基礎上，決定大膽創新，在設計中采用單車道隧洞無襯砌方案，即方案二。

隧洞各方案綜合比較見表1。

在施工過程中，雖然僅僅只有一次支護，但相對來說，要求更為嚴格一些，由于是砂礫石地層，在支護過程中錨桿會對原有膠結砂礫石擾動破壞，影響穩定，整個洞室未設計錨桿，在隧洞開挖完成后迅速支撐鋼拱架并噴護C25混凝土20cm封閉裸露圍巖。為出渣方便，每隔300m還設置一個錯車道，考慮到進出人員安全，每隔500m設置一個行人避車洞。

表1 隧洞各方案綜合比較

4 結語

車爾臣河水電站進場道路工程于2013年下半年開始施工，歷經1.5a，2015年初通車，到目前運行2a多時間，隧洞狀況良好，通過洞內長時間變形觀測，圍巖較為穩定。實踐證明，在砂礫石地層中修建隧洞，僅進行一次支護的方案是可行的，可節約大量的人力、物力，并縮短工期。