官地水电站地下厂房工程施工辅助洞室的规划设计

张超锋，赵云亮

(二滩水电开发有限责任公司，四川 成都 610021)

1 前 言

官地水电站枢纽建筑物主要由左岸挡水坝、右岸挡水坝、中孔坝段和溢流坝段、消力池、右岸地下引水发电系统组成(见图1)。拦河大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1 334m，最大坝高168m，坝顶长516m。溢流坝段布置5孔溢流表孔，堰顶高程1 311m，孔口尺寸15m×19m；在左岸10号挡水坝段和右岸16号挡水坝段各设有放空中孔，孔口底高程1 240m，孔口尺寸5m×10m/5m×8m(进口/出口)。

引水发电系统由电站进水口、压力管道、主副厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞和尾水出口等建筑物组成。压力管道采用单机单管供水，内径11.8m。主厂房、主变室、调压室三洞平行布置，厂房总长度为243.4m，最大开挖高度76.3m；主变室跨度18.8m，最大高度24.9m，总长197.3m；尾水调压室为阻抗式，长205m，高76.5m，上室宽21.5m，下室宽20m；尾水系统采用“两机一室一洞”布置格局，尾水洞断面尺寸16m×18m。

2 辅助洞室规划设计原则

根据类似工程施工经验及本工程的特点，施工辅助洞室的设计原则如下：

图1 官地水电站枢纽布置示意

(1)辅助洞室布置应分别满足三大系统的施工要求，形成引水系统、厂房系统和尾水系统施工的相对独立性，同时有机联系各个系统，为各主要洞室平行作业创造条件，实现多工作面连续施工。

(2)地下厂房洞室群体形结构大，需在主要建筑物不同高程设置辅助洞室，满足“平面多工序、立体多层次”的施工组织要求，合理规避施工干扰，以保证工程施工有序均衡。

(3)辅助洞室的布置要有利于通风系统的设置，有效解决地下洞室的通风散烟，确保施工人员的身心健康，充分体现以人为本、构建和谐社会的现代管理要求。

(4)辅助洞室的断面设计需有利于施工供风、供水、供电、排水、通风及照明等临时设施的布置，提高施工支洞的通行能力，并考虑特殊情况下的应急抢险要求，同时满足后续施工项目的交通运输要求，特别是合同所需的大件和重件的运输要求。

(5)不影响主体工程结构，尽量避免断层、破碎带的不利影响。

(6)尽量利用永久洞室作交通洞，以减少临建工程量。

(7)同一高程上永久洞室较多的部位，施工支洞在不影响洞室围岩稳定的前提下，以连通所有洞室为宜，满足间隔施工的要求。

(8)辅助洞室与永久洞室的交角应合理，保证交通顺畅；在开挖爆破施工时，应尽量保留开口处与洞室之间相交岩体。

3 辅助洞室实施情况

官地水电站地下厂房工程具有洞室多、布置紧、立体交错、地质构造复杂、工程量大、工期紧等特点。如何满足进度要求，实现均衡生产，对三大系统(引水系统、厂房系统、尾水系统)的施工尤其重要。经综合考虑施工干扰、交通运输、施工期通风等因素，承包人对施工通道进行了规划设计(见图2)。

图2 官地水电站施工辅助洞室实际布置示意

图3 官地水电站施工辅助洞室规划布置示意

3.1 总体规划

根据通道布置原则、方案比较及施工总进度统筹安排，结合三大洞室开挖分层情况，决定在三大洞室上、中、下部均布置施工通道(见图3)。

(1)上层通道。主厂房上层两端分设施工通道，使上三层开挖具备双通道。上1支洞从下游围堰轴线上游约75m处进入，经主厂房与进风洞平段结合处，到达主厂房顶部。通道底板高程为1 236.7m，负担主厂房1 243.7～1 227.0m高程(上1、上2层)的施工。进厂交通洞向上游围堰顶1 250m高程延伸形成过坝交通洞，上2支洞从过坝交通洞分岔进入主厂房，位于厂房1 226.2m高程，负担主厂房1 243.7～1 219.5m高程(上1、上2、中1层)的施工。

主变室上层通道从主厂房上1支洞分岔进入1 230.7m高程，负担主变室1 237.7～1 220.9m高程(Ⅰ层和Ⅱ层)施工。

尾调室上层通道从主厂房上1支洞分岔进入1 239.5m高程，同时利用尾调交通洞承担尾调室1 250.0～1 231.0m(A层和B层)的施工。

(2)中层通道。主厂房中层通道利用进厂交通洞(底板高程1 213.0m)负担厂房1 227.0～1 205.0m高程(中1、中2、中3层)的施工。原计划将电缆联系洞进行扩挖，作为双向通道，由于实际开挖强度满足进度要求，故未实施。

主变室中层通道也利用进厂交通洞负担主变1 220.9～1 212.5m高程(Ⅲ层)施工。

尾调室中层通道从进厂交通洞分岔进入尾调室1 213.0m高程，承担尾调室1 222.00～1 204.00m(C层、D层、E层)的施工。

(3)下层通道。下层通道包含了两层通道，一为压力管道下平段施工支洞，二为尾水管。

压力管道下平段施工支洞位于压力管道下平段1 188.1m高程，从进厂交通洞分岔进入。压力管道下支洞除负担引水洞斜井段和下平段的开挖出渣外，还负担主厂房1 205.0～1 188.5m高程(下1、下2层)的开挖出渣和主厂房1 188.5～1 181.9m高程(下3层)开挖的钻孔和扒渣等工作。

另一条通道结合尾水系统布置。从进厂交通洞分岔至尾水洞，经尾水洞穿过尾调室底部，再经尾水管到达厂房底层，负担主厂房1 188.5～1 166.2m高程(下3、下4、下5)及尾调室1 204.0～1 176.0m(F层、G层、H层)的施工。

3.2 主体工程开工前已实施的施工辅助洞室

官地建设管理局提前谋划，于2006年便开始实施部分辅助洞室，为承包人进场提供有利条件，缩短施工工期3个月。在招标阶段，管理局已向发包人提供了10条施工通道，其中有3条三大洞室中导洞，分别为厂房上层中导洞、主变上层中导洞和尾调上层中导洞。这三条中导洞不仅缩短了工期，而且提前揭示了三大洞室的主要地质构造特征，为三大洞室整体开挖支护方案优化提供了科学参考。同时，提供了1条永久交通洞，即尾调交通洞；6条施工辅助洞室，即主厂房上1支洞、主厂房上2支洞、主变上支洞、尾调上支洞、尾水洞支洞、上层排水廊道支洞。

3.3 后期新增的辅助洞室

3.3.1 尾水施工支洞延长段

在引水发电系统工程承包人投标的施工组织设计方案中，主厂房下层开挖、调压室下部开挖、尾水扩散段和尾水连接洞的施工通道是利用位于尾调室下部的尾水洞。2008年1月，官地建设管理局组织召开了官地水电站引水发电系统施工组织设计专家咨询会。专家组建议将尾水洞施工支洞往上游延伸至尾调室上游，与4条尾水管连接洞相接，作为厂房下部及尾水扩散段、尾水管连接洞的施工通道(见图4)。经管理局认真研究后采纳了该方案。实践证明，该通道减小了尾调室开挖出渣对尾水连接洞、主副厂房下层开挖的施工干扰，并为尾水扩散段、尾水连接洞混凝土施工提供了运输通道。

3.3.2 尾调室新增施工支洞

2008年10月，尾调室在进行第二层开挖施工时安全监测数据发生突变，顶拱应力、应变持续增大，混凝土喷层出现裂缝。管理局立即组织专家进行了专题研究，并采用加密声波测试及钻孔全景图象检测等地质检测方法对地质构造进行了重新复核，并由成都院委托长江科学研究院对开挖揭示的不利块体进行了反馈分析。结果显示，尾调室顶拱1～3m内缓倾角错动带发育，与其它陡倾角错动带组合构成不稳定块体，对尾调室安全构成潜在威胁。

图4 尾水施工支洞延长段

成都院在分析成果基础上对尾调室上层分阶段进行了加强支护，新增预应力锚索234根、预应力锚杆1 460根、普通砂浆锚杆3 922根。

由于加强支护，尾调室施工工期被压缩10个月，使得该部位成为引水发电系统工程施工的关键线路。为确保引水发电系统工程合同工期的实现，管理局组织参建单位研究决定，在尾调室1号室与2号室中隔墙新增了施工通道，同时增加了尾调室底部施工支洞。

3.3.2.1 中隔墙施工支洞

由于从尾调室第Ⅲ层开挖开始，底板高程低于中隔墙顶部高程3.3m，中隔墙顶部岩柱对第Ⅲ层快速开挖与斜坡道形成均造成影响，承包人请求挖出中隔墙，后期采用混凝土回填。管理局研究认为，中隔墙整体挖除对尾调室边墙稳定带来重大影响，且后期混凝土回填工程量大，对工期反而不利。

承包人后来又上报了调整方案，请求在中隔墙顶部中间开挖一个缺口作为第Ⅲ层施工通道，缺口的高度3.3m(即缺口底部高程为1 225.2m)，缺口的宽度以单车道不超过5m为原则，并建议在中隔墙分两层布设4条4.0m×4.5m(宽×高)施工支洞，底板高程分别为1 217.5m、1 202m(见图5(a))。经管理局最终研究决定，在中隔墙顶部中间开挖一个缺口虽然可满足施工通道要求，但对尾调室上、下游边墙稳定会造成重大影响，故最终采取垫渣方式代替开挖缺口，同意在中隔墙分两层布设4条施工支洞，同时要求采取加强支护，并进行围岩变形观测。

从中隔墙上层施工支洞开挖情况看，施工支洞内部围岩变形大，片帮、岩爆等应力释放情况严重，可见中隔墙对尾调室边墙稳定十分有利。为保证中隔墙围岩稳定，最终在1 202.0m高程施工支洞底板高程降低3m的基础上将中隔墙下层施工支洞由原来的2条优化为1条(见图5(b))。

图5 尾调室中隔墙新增施工支洞布置示意

3.3.2.2 尾水调压室底部施工支洞

为保证尾水调压室1 194m高程平台阻抗孔等的混凝土施工、加快尾调室底部开挖的出渣速度，经研究在尾调室2号室底部增加了底部施工支洞。

调压室底部施工支洞从过坝交通洞0+897m处的进洞方向右侧边墙开口，底板开挖高程1 218.7m，与过坝交通洞成43.7°，上游方向接至2号调压室下游边墙1 200.4m高程(见图2)。

该施工支洞缓解了尾水洞的交通压力，加快了尾调室底部开挖进度。

3.3.3 尾水洞通风洞

承包人在原施工辅助洞室规划时考虑利用尾水施工支洞作为尾水洞开挖排烟通道。按原方案，在进行尾水连接洞及扩散段开挖时，尾调室已开挖结束，也可利用尾调室作为排烟通道。

但实际施工中，由于尾调室施工滞后，且尾水洞出口预留了30m岩塞，使尾水连接洞及尾水扩散段开挖爆破施工的排烟问题突出，导致原来规划的排烟时间由30min延长至2h，严重影响了主厂房底部开挖施工进度。经研究决定，在尾水洞出口岩塞前从尾水出口边坡马道向尾水洞布设2条通风洞，并采用大功率风机(见图2)进行强排，排烟时间缩短至40min。

实践证明，尾水洞通风洞的布设不仅对开挖施工具有重要意义，同时也在尾水洞出口闸室下闸后，对洞内混凝土及灌浆施工提供了良好的工作环境，环境湿度及空气质量得到了有效改善。

3.3.4 压力管道下平段施工支洞扩挖施工

原投标阶段压力钢管运输方案为：将3号压力管道扩挖，压力钢管均从扩挖后的3号压力管道运进厂房，在每条压力管道靠近厂房的洞口处设置钢架平台，将1号、2号、4号压力钢管利用卷扬牵引至厂房内钢架平台上，利用厂房桥机将钢管分别吊至各洞口轨道上，然后再利用各管道内的卷扬牵引就位。该方案需采用钢管和型钢搭设钢架平台。根据施工进度计划，运输期间厂房正在进行1号机组肘管安装及混凝土浇筑施工，同时安装间和副厂房正在进行混凝土浇筑施工。若采用小桥机吊转钢管，将影响1号机组肘管吊装进度，且与混凝土浇筑施工存在立体交叉作业，安全风险突出。经研究决定，将压力管道下平段施工支洞与压力管道连接段扩挖后作为运输通道。钢管从3号引水洞下平段经施工支洞分别运至1号、2号、4号引水洞进行安装，使得钢管只在压力管道内转运，避免了上述干扰，且可与主厂房平行作业，节省主厂房直线工期约4个月。

从实际施工情况看，承包人并未从3号压力管道运输压力钢管，而是从安装间利用小桥机运输。如果压力管道斜井施工未滞后，该方案是成功的。但由于1号压力管道斜井段施工滞后，1号机组蜗壳混凝土浇筑施工提前，使1号机组压力管道运输通道无法正常使用。最终采取利用4号压力管道下平段进行临时中转，最后利用压力管道下平段施工支洞与压力管道连接段扩挖的通道作为运输通道。

4 结 语

地下洞室群施工辅助洞室布设直接影响主体工程的施工进度。合理布设施工辅助洞室不仅能加快施工进度，而且可为应急救援提供通道。随着国家对相关行业尘肺等职业病的重视，在地下工程施工中如何创造良好的工作环境，满足文明施工及职业健康的要求，成为亟待解决的问题。结合官地水电站施工辅助洞室规划设计的经验教训，笔者认为：

(1)压力管道施工通道一定要超前谋划。如果采用从厂房运输，一定要系统考虑各部位施工进度，避免使次要线路变为关键线路。

(2)对于三大洞室平行布置的地下厂房系统，尾水施工支洞最好延伸至尾水管，避开尾水洞及尾调室施工对主厂房下部开挖的影响。

(3)尾水调压室顶部宜考虑布设桥机，解决尾调室底部开挖设备的调运及闸墩浇筑时模板周转，或增加塔机解决闸墩混凝土浇筑问题。

(4)排烟系统应仔细规划，不应抱有侥幸心理，宜早不宜迟。

(5)三大洞室上部施工支洞可先行实施，以便加快施工进度，同时也可为设计单位揭示实际地质构造、优化开挖支护方案提供科学参考。