云南木星土水电站引水隧洞Ⅱ标风、水、电的布置

曾小东

(中国人民武装警察部队水电第十一支队,四川成都 610036)

1 工程概况

木星土水电站是尼汝河流域梯级开发的第四级电站,位于云南省迪庆州香格里拉县东部的洛吉乡境内,施工现场正常蓄水位高程 1910.50m,总库容 46.87万 m3,系日调节水库。电站装机容量为 120MW。本合同工程为木星土水电站引水隧洞及调压井土建工程施工第 II标段(以下简称II标),合同工期为 2007年元月 15日开工,2010年 12月 31日完工。主要包括引水隧洞(桩号 Y6+318.000(但不限于)～出口桩号 Y9+525.000段,洞径为 4.4m全圆形断面,向上游方向坡度为0.9%)土建工程施工、引水隧洞及调压井通风洞出口边坡土建工程施工,以及 2#施工支洞的设计、施工等。最终确定 2#施工支洞与引水隧洞相交于整桩号 Y8+765位置,与主洞夹角 122°,支洞全长约 668m。2#施工支洞进洞口离引水隧洞合同桩号最大单边距离为 3115m(图 1),由于 II标施工区处于林区,方圆 10km内无村民居住,进场后施工道路、供电、供水等皆需自行解决。2#施工支洞进洞口高程为 1868.00m,金沙江江水面高程为 1500m左右,2#施工支洞进洞口与金沙江江水面垂直高程相差约 368m,直线距离约 1500m,决定了施工中供风、供水和供电都非常困难,笔者就项目部如何解决这一问题进行了阐述。

2 地质情况

II标引水隧洞区的可溶岩为三迭系中统(T21-b)巨厚层结晶灰岩,分布于木星土断层 F48的南东盘,区内降水量较充沛,植被发育,属岩溶发育地区。从溶洞分布高程范围看,区内岩溶发育贯穿于河谷发育的多个阶段,有多层岩溶分布。硬岩岩溶较为发育,可能揭穿岩溶管道而存在管涌问题。引水隧洞横穿尼汝河与金沙江的分水岭,尼汝河与金沙江的分水岭山脊高程为 2857.00～3567.00 m,与河谷高差最大达 2000余 m,系高中山峡谷地貌。引水线路地形起伏大,坡度陡,大部分为 40°以上的陡坡,发育陡崖、峭壁。

3 风、水、电的解决措施

3.1 施工供水的解决措施

II标所处地段为尼汝河与金沙江的分水岭,2#支洞进洞口高程为 1868.00m,与金沙江面高程相差约 368m,处于山体半腰。为解决施工用水,招标文件要求采用多级泵站从金沙江抽水。项目部进场后,经过多方考察,提出了以下两种方案:

(1)采用两级泵从金沙江抽水并设置两级泵站,安排两个值班员,配备好通信设备。每级泵站功率均为 80DL20×10型泵,该泵流量为 50m3/h,扬程为 200m,功率为 55kW二级泵,站设在高程 1700.00m处,同时在该处设置一个 50m3的中转水池,施工用水池设在 2#支洞上方高程为 1900.00m处。从第一级泵站至施工用水池处共需用抽水管道 1800m,备用水泵 2台。

图1 引水隧洞施工示意图

(2)从山的另一侧架水管引水,需水管长约 5 km,水源为山中渗水,经检验符合饮用标准,水源处雨季水量充足,引水管道处于过流状态;旱季水量相对较少,每小时流量约 0.75m3,浇筑时可能水量不足,需另外用水车拉水补给。

采用方案(1)需固定人员值班抽水。而 II标的施工特点为施工周期长,用水的单日消耗量不大,运行费用较高,约需 50万元人民币。采用方案(2)首次投入相对较大,架管困难,但运行费用非常低,仅提供当地村民的养护金,共需资金不到20万元人民币。采用方案(2)还有几个优点:一是从引水管道中流出的水可以直接作为生活和工作用水,二是在隧道开挖过程中如有渗水还可加以利用。

根据以上分析,II标采用了方案(2)。在开挖过程中,除分别在 2#施工支洞及引水隧洞中各发现一处小溶洞有渗水外,其余地方基本没有发现渗水现象。为了使施工及生活用水更加充足,II标将此两处渗水全部引出洞外使用。为解决旱季施工用水不足的问题,II标还采用了两种方式节约用水:一是将空压机的循环水抽到高压水池做施工用水,同时将施工用水做冷却循环水;二是在钻机成孔过程中将废水重复利用,从而确保了施工及生活用水。

3.2 施工供电的解决措施

由于 II标 2#施工支洞进洞口离引水隧洞合同桩号最大单边距离为3115m,洞内用电设备主要有施工照明、扒碴机、输送泵等;洞外用电设备主要有空压机、风机、打砂、筛分、拌和系统等,用电量都非常大。根据要求,低压侧用电线路最佳距离不超过 600m;当用电距离超过 1000m时,大型用电设备起动和运行都非常困难,加之 II标使用的是农网供电,供电系统大部分时间都不稳定,变压器出口电压有时不足 340V。为了解决这一问题,II标采用了以下方法:

由于高压进洞相对较危险,接头处理和变压器安放都存在一定的困难,为了尽量少用或避免采用高压进洞,II标从贵阳一变压器厂引进了升压变压器,其理论为:当进线电压低于 300V时,采用升压变压器将电压升高,以满足用电设备正常运行。通过试验证明,并非电压升上去后设备就能正常运行,升压变压器离低压出口的距离不能太远,如果此段距离太远,虽然从升压变压器出口测出的电压能达到 400V以上,但扒碴机仍然不能起动。当升压变压器距低压线出口距离在700m附近时,扒碴机能正常起动和运行。

根据能量守衡原理,如果进行第二次升压,其电压升上去后电能不一定能满足用电设备的正常需要。为了在第二次升压后设备能正常运转,根据升压变压器厂家的推荐,II标又在第一级升压变压器处加设了一无功补偿装置,电量经过补偿装置后即能输送出满足要求的电压和电流,使用电设备正常运行。经过再次升压后,从降压变压器接出的低压线就能单边供电 2000余 m。

II标因征地协调等原因进场时间比招标要求时间晚了两个多月。由于业主要求总体工程完工时间不变,为了不影响工程的正常施工,加之引水隧洞非常干燥,II标未进行第三次升压试验,而采用了 1000m的高压电缆进洞。通过高压电缆进洞与采用二次升压变压器相结合的方式,完全解决了单边隧洞施工距离为 3115m的用电问题。

3.3 施工供风(排烟)的解决措施

隧洞施工中,施工排烟一直是施工中的难题,尤其是单边施工距离较长的隧洞。鉴于该标段隧洞较长,若使施工过程中排烟效果达到要求,施工前提出了两种方案:(1)有轨出碴;(2)无轨出碴。有轨出碴为采用扒碴机将碴料上车,用电瓶机车带动轨道车出碴;无轨出碴为采用扒碴机将碴料上车,用动力汽车出碴。现将两种出碴方式进行比较如下:有轨出碴时,电瓶机车不产生废气,而动力汽车出碴则产生尾气。但是,II标施工现场离最近的县城(玉龙县)相距 180km,且有 90km的土路,如果采用有轨出碴,枕木、钢轨、两台电瓶机车等运到现场需两个多月,机车的运行、维修等需技术工人较多,总成本不低于 280万元人民币,且设备在本工地运行后很难找到类似的工程,本工程结束后将造成资本闲置;无轨出碴所需车辆便于购置,在运行中灵活,工程结束后可转移至下个工地或就地处理,总成本不超过 100万元人民币,但随着施工的进展,必须每隔一定的距离在引水隧洞中开挖倒车洞,隧洞开挖结束后还需将倒车洞用浆砌石和混凝土进行回填,在出碴过程中排烟的难度增大,出碴速度相对较慢。

经综合考虑后 II标施工采用了无轨出碴。由于采用此项措施施工可节约成本近三分之二,所以排烟的成本就要相应的增加。II标施工排烟采用的方法分以下几个步骤:(1)在 2#支洞施工时,采用两级功率为50kW的通风机,根据通风情况决定采用一级还是两级;(2)在引水隧洞上下游各开挖 50m后,上游采用两级、功率为 75 kW的通风机,下游采用两级、功率为 50kW的通风机;(3)当调压井导洞开挖到位时,下游也已开挖到位,上游开挖 1200m,此时,将两级功率为75kW的通风机安放到 2#施工支洞与引水隧洞交叉处,供下游通风的两级、功率为 50kW的通风机采用接力方式为上游的通风机供风,以此满足施工上游排烟的目标。另外,由于通风洞导洞开挖完成,引水隧洞开挖掌子面空气相对比较清新,能满足正常呼吸,达到了排烟效果。

4 结 语

II标风、水、电问题的解决措施在其它不同的施工环境中可以得到不同的应用,例如隧洞单边施工长度较长时,能找出相对薄弱的地方形成烟囱效应,使排烟问题得到很好的解决。另外,在施工排烟的接力过程中,不能将上级风带的出口和下级风机相连,必须有 40cm以上的间距;升压变压器在渗水严重、岩石破碎、单边施工距离不超过2000m的隧洞中既能节约成本,又能保证安全;将空压机冷却水利用好、把打钻成孔的废水循环利用是深山中隧洞开挖缺水时的好方法。

今后的水利水电工程施工条件将更加恶劣,可能遇到的问题将更多,只要充分利用所学的科学知识,不断探索,努力创新,就会有新方法、新工艺问世,水利水电工程也将得到更好的发展。