CCS项目TBM2进洞方案比选、工业广场的形成与布置

王　俊

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

CCS项目TBM2进洞方案比选、工业广场的形成与布置

王俊

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：根据厄瓜多尔CCS项目特点及实际进展，先后两次对TBM2进洞方案进行了比选，最终决定采用TBM2从输水隧洞出口进洞的大方案。根据此大方案的要求，在狭长且常年有水的调节水库冲沟内成功形成并合理布置了工业广场，确保了TBM2的顺利进场组装以及后续工业广场的正常安全运行，可为类似TBM施工项目提供借鉴。

关键词：厄瓜多尔CCS项目；TBM；输水隧洞出口进洞；工业广场布置

1工程概述

厄瓜多尔Coca Codo Sinclair 水电站(简称CCS)位于南美洲厄瓜多尔共和国Napo和Sucumbios省內，总装机容量为1 500 MW，主要由首部枢纽、输水隧洞、调节水库、压力发电洞和地下厂房等主要部分组成。其中输水隧洞进口高程为1 266.9 m，出口高程为1 224 m，纵坡0.173%，全长24 779 m，TBM开挖直径为9.11 m，成型后内径为8.2 m，主要由两台双护盾TBM进行施工。输水隧洞从上游至下游沿线分别布置有1#、2#-A和2#-B共3个施工支洞，TBM2主要负责输水隧洞出口至2#-B施工支洞之间长度约13 760 m洞段的施工。

调节水库位于科卡河右岸格拉迪亚斯支沟上，该支沟狭窄、深切、常年有水，底部高程约为1 202 m，20 a一遇洪水流量为58 m3/s且具有典型山区洪水特点， TBM2工业广场即布置于此冲沟内1 224 m高程处。

2水文气象及沿线工程地质条件

工程区域内气候炎热、潮湿，植被茂盛，常年多雨，从上游至下游年降雨量在3 500～6 000 mm之间，气温范围为11 ℃～34 ℃，相对湿度约90%，年平均蒸发量为1 000 mm。隧洞沿线山体较为平缓，在山体表面多处发现溪流、冲沟，地下水补给丰富。下游段沿线总渗水量预计约为300 L/s。

根据前期地勘资料，输水隧洞下游段穿越的地层主要为侏罗纪～白垩纪米萨华林(Misahualli，J-Km)安山岩体，出口段约3 km为白垩纪下统浩林地层(Hollin，Kh)砂页岩。隧洞埋深从出口至2#-B支洞为50～550 m，随埋深增加，岩石单轴抗压强度在25～150 MPa之间，Ⅱ、Ⅲ类围岩占隧洞总长度的80%，Ⅳ、Ⅴ类围岩约占隧洞总长度的20%(以Ⅳ类为主)，下游段共发育有17条断层，其中较大断层2条。

3施工背景及进洞方案比选

CCS项目于2010年7月28日签署开工令，并于2010年9月26日正式开始了调节水库进场道路施工；根据与德国海瑞克签署的TBM2制造合同，预计TBM2进场时间约在2012年4、5月间；根据批准的项目进度计划，正常情况下TBM2应于2014年12月18日完成掘进。

根据CCS项目输水隧洞及其支洞布置特点， TBM2有两种可能的进洞方案可供选择：

方案一： 从输水隧洞出口进洞。

方案二：从2#-B支洞进洞。

若采用方案一，TBM2上坡掘进可最大限度地减小抽排水风险并可降低施工成本，但需在TBM进场前在原始森林中修建28.3 km长且满足TBM运输的道路，不确定因素多，工期风险巨大，短时间内在调节水库冲沟内形成TBM工业广场具有较大难度，管片厂的布置以及满足管片混凝土生产的料场也不能确定。

另一方面，2#-B支洞施工区域位于现有的E45号国际公路附近，地形平坦开阔，仅需要在TBM进场前完成一座跨河桥的施工即可满足TBM2进场的要求，且合同规定的河漫滩料场的料源充足、开采方便，采用方案二在尽快形成工业广场以及管片生产等方面明显优于方案一，但TBM需要下坡掘进13.8 km长的输水隧洞，施工风险大。项目初期主要考虑满足TBM2进场的工期要求，同时在TBM后配套增设一节排水台车、增加应急排水系统等，以积极应对TBM掘进过程中可能遇到的较大涌水，因此而初步确定采用方案二：TBM2从2#-B支洞进洞的方案。

2011年3月底，即在项目开工6个月后、TBM2进场还剩约1 a的时间，调节水库进场道路便道已施工至约K15+000处，剩余长度约14 km以土方开挖为主，预计约5个月后便道施工即可到达调节水库；同时，在调节水库道路K7+000处发现了大型的古河床砂砾石料场，其质、量均满足混凝土生产要求，且此处场地平整、开阔，适宜布置管片厂、砂石系统、营地等生产生活设施。

对于2#支洞工作面，在先期施工的2#-A支洞开挖过程中发现支洞进口区域为火山灰堆积体，开挖进洞条件差且不能满足TBM的开挖要求，需要人工开挖约400 m洞长以创造TBM开挖掘进工作面后TBM方可滑行进洞。

在新的施工条件下采用方案一，虽然调节水库内形成工业广场的挖、填筑量均较大、详细设计滞后、工期紧张等困难依然存在，但道路工期可控，管片生产骨料具有可靠的来源、出口进洞条件亦较好，最重要的是TBM2上坡掘进可有效避免遇到超标大涌水的施工风险，能够确保人员和设备安全。经综合考虑，最终决定采用方案一，即TBM2从输水隧洞出口进洞。

4工业广场的形成

4.1形成工业广场存在的主要问题

根据TBM2从输水隧洞出口进洞的大方案要求，在出口区域按期形成了工业广场。但满足TBM2进场组装要求主要存在以下几个问题。

(1)2011年8月18日调节水库便道施工至库区，但该便道通行条件差且远远不能满足TBM的运输要求，需要进一步扩挖及填筑。

(2)调节水库区域植被茂盛，地形陡峻，短时间内难以形成符合要求的施工道路。另外，冲沟内常年有水，雨后汇流迅速，流量较大，需妥善考虑导流问题。

(3)调节水库的开挖设计刚开始进行地勘工作，详细设计图纸获批估计需要4～5个月时间。根据基本设计方案，调节水库库容扩挖量约为130万m3，开挖方量大且以石方开挖为主，若等待详细设计图纸批准后再行施工则必定无法满足TBM进场的工期要求。

(4)从调节水库冲沟底部填筑至TBM工业广场(设计高程1 224 m)的最大填筑高度约为22 m，填筑量约为27万m3，填筑难度和填筑量均较大。

(5)TBM工业广场需要布置的临建设施繁多，施工时间较长且大部分都将长时间运行，对填筑基础要求高。

4.2采取的应对方案

针对形成TBM2工业广场存在的几个主要问题，采取了以下应对方案。

(1)调节水库进场道路便道施工到达调节水库区域后，立即开始库区施工，同时按满足TBM运输要求为标准返回进行便道扩挖和路基填筑，以改善通行条件。

(2)库区施工先进行底部埋涵导流，相应材料由反铲运输、反铲配合人工进行埋涵施工。先期导流以满足广场填筑施工为主，待广场形成后再增设相应的防洪设施以保证广场安全。在冲沟底部右侧，从输水隧洞出口上游约15 m位置开始埋设3根直径为1.5 m的涵管直至工业广场末端，涵管长度约为205 m，纵坡约5%。根据曼宁公式计算：3根涵管满流情况下的导流能力约为24.6 m3/s，能够满足广场填筑期间的施工要求。

(3)结合调节水库基本设计图纸进行分期、分部开挖，一期开挖结构边线在基本设计的基础上预留3～5 m宽度的保护层，待详细设计批准后再按图进行二期开挖，以换取业主、监理和设计对立即进行开挖施工的许可。在底部导流涵管完成施工后，采用反铲、推土机及D7履带式液压独臂钻对调节水库两岸边坡进行大规模开挖，并利用推土机和反铲直接开挖回填，截断左岸临时泄洪通道，利用开挖料直接填筑工业广场，在减少出渣量的同时加快开挖和填筑的施工速度。

二期开挖采用小规模爆破并加炮毯实施覆盖保护，必要位置增设铅丝笼挡墙，以避免和减小二期开挖时对TBM2广场的安全运行造成影响。

(4)涵管正常导流后，由推土机按60～80 cm层厚分层铺料和碾压。对于TBM组装区内的门机基础、TBM滑道以及运行区域，在推土机填筑、碾压至约1 219 m高程后，采用自卸汽车从调节水库道路K7+000处的8#砂砾石料场运砂砾石料至相应的临建基础区域，推土机按50～60 cm厚度分层平料，振动碾BW216低频高振幅碾压6～8遍。

(5)将TBM工业广场划分为组装区和生产运行区，根据TBM各部件的到场顺序，优先进行组装区域的施工，同时兼顾生产运行区临建设施的施工，并在TBM组装完成后、滑行进洞前完成运行区的施工。

(6)TBM生产运行区的临建基础应尽量靠近左岸基岩区和浅填方区，同时，对组装区和生产运行区预留约5 m的高度，采用砂砾石分层碾压回填，尽量减少后期基础不均匀沉降所造成的风险。

5工业广场的布置

工业广场主要由TBM组装区和生产运行区两部分组成，TBM2工业广场布置情况见图1。

5.1TBM组装区(连续皮带运行区)

TBM组装区沿输水隧洞洞轴线向外延伸布置，以满足TBM直线进洞的要求，主要服务于TBM组装及TBM进洞后出渣皮带机的布置。该区域主要布置有以下设施：

(1)TBM组装、滑行轨道及后配套组装轨道；

(2)TBM主轴承组装车间；

(3)刀盘预组装平台；

(4)尾盾预组装平台；

(5)一台200 t门式起重机；

(6)TBM供风系统。

待TBM组装完成并滑行进入洞内后，组装区域开始组装出渣系统。出渣系统主要包括：洞内连续皮带机、皮带储存仓、张紧塔、驱动塔以及洞外的转渣皮带等。

5.2TBM生产运行区

TBM生产运行区沿调节水库左岸边坡布置，该区域主要服务于TBM施工过程中的材料准备、小火车维护维修、刀具修理、调度办公室等，在TBM正式滑行之前完成所有临建设施的施工。该区域主要布置有以下设施：

(1)道轨系统；包括检修线、检修备用线、装车线、装车备用线。

(2)机修车间；

(3)装车线与装车备用线之间安装1台32 t门式起重机，用于装卸管片及其他附属材料，在装车线旁按照列车编组依次布置1座砂浆搅拌站(HZS60)、豆粒石上料区域、2个200 t水泥罐；

(4)砂仓及豆砾石仓；

(5)现场工器具仓库；

(6)调度办公室、厕所及污水处理系统。

5.3广场防洪设施的布置

考虑到底部涵管可能遇到的淤塞、输水隧洞施工工期较长以及TBM工业广场的重要性等，沿广场右岸边坡挖设了一条5～6 m宽、4～5 m深、纵坡为1.5%的泄洪明渠，该明渠相应的泄洪能力约为81 m3/s，大于调节水库冲沟100 a一遇洪水流量(P1%=80m3/s)。同时，工业广场形成后，3根涵管实现有压出流，根据有压流能量守恒公式算出的水位在1 224m高程时3根涵管的过流能力为28.5m3/s。泄洪明渠加底部涵管的理论最大导流能力为109.5m3/s，同时，采用反铲对泄洪明渠进行定期清理，以保证总导流能力大于100a一遇洪水标准。

沿工业广场左岸边坡挖设一条宽1m、深1m的排水沟至工业广场末端，主要用于拦截左岸冲沟流水。工业广场布置情况见图1。

6结语

TBM2从出口进洞上坡掘进的方案在掘进期间预计将减少约1 200万m3的渗水抽排量。另外，相应的应急排水系统、管线等设备材料均得以节省，更为重要的是该方案有效降低了TBM2掘进过程中的风险，为TBM2在2013年2～3月期间顺利通过K22+986～K22+676段流沙加大涌水地层起到了关键作用，确保了TBM2人员和设备的安全。因此，TBM2从输水出口进洞的大方案无论是在经济上、施工管理和施工安全上都是合理的。TBM2进洞方案确定后采取的其他具体方案，如导流方案、分期开挖方案、广场布置方案等均比较合理，为工业广场的顺利形成、TBM2的按期组装以及工业广场的正常运行等均起到了重要作用。

参考文献：

[1]康世荣，等.水利水电工程施工组织设计手册[M].北京：中国水利水电出版社.1996.

[2]李家星，赵振兴，等.水力学[M].南京：河海大学出版社，2001.

王俊(1982-)，男，湖南桃江人，项目技术部部长，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

收稿日期:2015-02-15

文章编号:1001-2184(2015)02-0004-04

文献标识码:B

中图分类号:TV52;TV51;TV554

作者简介: