Miguillas水電站引水隧洞施工重難點研究

高德杰

中鐵十七局集團第二工程有限公司

1 工程概況

玻利維亞Miguillas水電站引水隧洞位于南美洲玻利維亞首都拉巴斯附近的因基西維(Inquisivi)省Quime 市Choquetanga 鎮，幾處引水隧洞分別位于Choquetanga Grande區、Calachaka Jahuira區以及Capilpata區,海拔3000m左右。該工程主要任務是修建3條隧洞，累計全長13.216km。其中：1#隧洞全長7261.66m，洞身斷面3.65m×3.65m；在K4+887位置設橫洞一座，長度230m，斷面寬度3.65m。2#隧洞全長2806m，斷面3.0m×3.0m，該洞與4#隧洞垂直相交；4#隧洞全長2918m，斷面4.0×4.0m。

2 Miguillas水電站引水隧洞施工重難點的控制措施

2.1 工期分析及工作面布置

隧洞項目施工總工期896天。按Ⅰ級、Ⅱ級圍巖平均150m∕月，Ⅲ級圍巖90m∕月，Ⅳ級圍巖60m∕月，襯砌180m∕月的進度指標考慮，關鍵線路為1#隧洞進口至橫洞區間，其中進口延續施工2734m，橫洞向小里程方向施工1653m，推算掘進施工周期23.5月，襯砌施工周期6.1月。

2.2 施工組織方案的比選

2.2.1 人工鉆爆和鑿巖臺車的比選

在作業效率方面，單臂鑿巖臺車鉆孔時間與4-5 名工人風鉆打孔時間大致相當，采用多臂鑿巖臺車可縮短作業時間。根據調查，雙臂鑿巖臺車較單臂鑿巖臺車價格高50萬左右，單循環施工時間大致可縮減1h左右，以及考慮到小斷面、曲線半徑等因素的影響，采用單臂履帶式鑿巖臺車（軌道行走）。

2.2.2 有軌運輸與無軌運輸方案的比選

有軌運輸采用梭式礦車出碴，按一次運輸最大爆破放量考慮，計劃配置2個車斗編組（合計30m3，初步選用型號：長9.54m×寬1.6m×高1.7m，建議加長至12m），控制軌枕+軌道總高度小于50cm（即限高2.2m），以滿足通風需要。

有軌運輸時，裝碴、運碴、排險等工序總作業時間約1h。特別注意的是，扒碴機需加臂以滿足排險功能，要求加臂后舉高不小于3.7m，同時配置破碎錘，具備欠挖處理的功能。

無軌運輸擬采用礦用三輪車，車長3.6m、車寬1.34m，加高后單車運碴量2m3。初支后1#隧洞凈寬最小處2.25m，不能滿足錯車要求，只能單車作業。出碴按3種方式比選：

（1）15 車一次進洞出碴，扒碴機可連續作業，20min（裝碴）+20min（運碴）+20min（排險）=1h，作業時間與有軌運輸相當。

（2）8車2次進洞出碴，扒碴機不連續作業，需增加一次等待（40min）+裝碴（10min），單循環出碴作業2h。

（3）5-6 車3 次進洞出碴，扒碴機不連續作業，需增加2 次等待（40min∕次）+2次裝碴（10min∕次），單循環出碴作業3h。

2.3 通風方案的選擇

Miguillas水電站引水隧洞項目海拔約3000m，為玻利維亞高原地區。本工程3條引水隧洞累計全長13.216km。鑒于隧洞施工多用液壓、氣動等設備，而本項目高海拔對氣動設備影響較大，隧洞單口最大通風距離3.3km，且隧洞斷面小，空間利用率低。在招標文件“技術標準”中，用風指標等各參數取值均遠大于國內標準，造成較大的供風量需求，小斷面施工通風在大風量條件下帶來的巨大風阻較難克服，造成設備選型陷入困境。以下通過一套風動設備折算方法，來確定設備選型、解決現場通風問題。

2.3.1 洞內耗風總量計算

式中：

Q——總耗風量，m3∕min；

a——管網漏風系數。管路全長L≤1km 時，a=1.1；1km＜L≤2km時，a=1.15；2km≤L時，a=1.20；

β——風動機械磨耗風量增加系數，一般為1.1～1.15；

r——高原修整系數，海拔每提高1000m，系數增加0.1，基礎數據為1.00。

n——同型號風動機具使用系數，臺；

k——同型號風動機具同時使用系數；

q——風動機具單位耗風量，m3∕min。

例如：1#隧洞出口總長2.2km，空壓機計劃1km時進洞，因此最遠供風距離按照1km取值；洞口海拔2800m；施工時同時使用3 把 YT-28 風鉆（單耗 3.3m3∕min）或 1 臺 12m3∕min 的濕噴機。根據以上條件，選取對應參數如下：

管網漏風系數：a=1.1。

風動機械磨耗風量增加系數：β=1.15（按舊設備最不利因素考慮）。

高原修整系數：r=1+0.01%×2900=1.29。

同型號風動機具使用系數：k=0.95（3臺風鉆，根據表格用插值法計算得出）或1.00（濕噴機）。

同型號風動機具數量：n=3（風鉆）或1（濕噴機）。

風動機具單位耗風量：見給定條件3.3m3∕min和12m3∕min。

根據以上數據，可以得出目前噴漿機用風量明顯高于3把風槍用風量，取12m3∕min用于計算最大用風量。

將數值帶入公式：

根據計算得出，噴漿作業時需要風量為20.56m3∕min。

高原條件下供風計算：

由于項目地處高原地區，供風設備受氣壓影響，存在氣壓損失、吸風量損失情況，因此需要對空壓機設備進行二次修正。

（1）氣壓損失修正。按照海拔每升高1000m，氣壓折損12%計算，則海拔2900m氣壓折損為0.348MPa，因此需要空壓機壓力為0.7+0.348=1.048MPa≈1MPa。

（2）風量修正系數取值。2000m約為0.75,3000m約為0.64。

（3）電機修正系數取值0.92。

（4）空壓機富裕負荷按照20%取值，即按照80%功效。

根據以上修正數據，可以得出選用空壓機參數為：壓力1MPa，風量 20.56÷0.64÷0.8=40.15m3∕min（不考慮富余量則為32.12m3∕min）。

因此建議采用2臺參數為20m3∕min-1MPa-132kW的空壓機滿足使用要求。

如按照3 臺風鉆計算則應該為31.47m3∕min（不考慮富余量25.18m3∕min）。

2.3.2 通風機選型

Miguillas 水電站引水隧洞工程3 座隧洞共計劃配置7 臺通風機，各施工作業面通風機選型參數見表1。

表1 各施工作業面通風機配置

針對該項目技術標準中對風速、內燃設備尾氣排放需風量高于國內規范標準以及工地位于高海拔地區的客觀實際，在施工中采用鉆爆法+有軌運輸結合多級施工通風方案，最終選用了較小功率的施工通風機解決了長距離小斷面隧洞的通風難題。

2.4 機械選型配置及臨時工程布置

2.4.1 單作業面機械配置情況

80m3∕h扒碴機1臺（另配破碎錘及伸長臂）：約55kW（暫定型號，物資部繼續調查）。

鑿巖臺車1臺：約55kW（最低功率配置，需考慮鉆爆中心空孔、系統錨桿、預應力錨索、超前自進式錨桿、超前探孔、帷幕注漿鉆孔等工序作業的通用性）。

機械噴射手1臺：約45kW。

輸送泵1臺：約30kW。

污水泵若干：考慮總功率約50kW～80kW。

30m3（實方）以上梭式礦車1臺：牽引機頭電瓶供電。

礦車牽引機頭：充電電池最低配置配3組（根據充電時間確定具體數量）。

錨桿、拱架運輸平臺及扒渣機、鑿巖臺車退出輔助平臺：牽引機頭電瓶供電。

2.4.2 臨時用電選型配置

（1）1#洞進口臨近一個地方小型水電站，盡量協調利用動力電，前期可考慮發電機供電，后期周轉至后開工作面。

（2）其余洞口考慮發電機供電，所有洞口均需高壓進洞，洞口配置升壓設備將400V 自發電升壓至10kV 后在洞內降壓使用，以降低能源損耗帶來的成本投入，變壓器位置根據洞內設備功率及配置的電纜型號確定。

（3）各洞口變壓器型號選擇要充分考慮洞內同時作業機械的最大功率，同時考慮排水水泵功率，并留有一定富余量。

（4）使用發電機的選型配置原則。前期所有隧洞口采用柴油發電機提供動力電，在高原施工的條件下，柴油發電機的發動機功率損失較大，因此會對發電機配置造成一定影響。

3 結語

綜上所述，在Miguillas水電站的引水隧洞施工過程中，受到很多因素的影響經常會遇到各種難點問題，嚴重影響引水隧洞的正常施工，也給在海外承建工程的企業帶來了諸多風險。因此，在工程建設中應遵循科學性的基本要點與原則，詳細分析重點難點部分，深入分析、有針對性地完成施工建設任務，充分發揮不同施工措施、技術的作用價值，保證工程建設的良好開端與高效化施工。