荒沟抽水蓄能电站地下施工通道布置及优化设计

江震

(辽宁省水利厅水政监察局，辽宁 沈阳110003)

1 概况

荒沟抽水蓄能电站位于黑龙江省牡丹江市海林县三道河子镇，下水库利用已建成的莲花水电站水库，上水库为牡丹江支流三道河子右岸的山间洼地。站址距牡丹江市145 km，距莲花坝址43km。

荒沟抽水蓄能电站枢纽主要由以下建筑物组成:上水库混凝土面板堆石主坝，最大坝高80.00 m，坝顶长744.20 m;上水库厚心墙土石副坝，最大坝高8.5 m，坝顶长156.75 m;两条输水系统，其中#1输水发电洞长为3 024.30 m，#2输水发电洞长为3 048.95 m，主洞采用圆形断面，洞径为6.7 m;地下发电厂房系统，主副厂房位于输水系统中部，尺寸为150.50 m ×24.00 m ×53.40 m(长 × 宽 × 高)，主厂房埋深约340余米。电站共安装可逆式水泵水轮机组4台，单机容量为300 MW。

2 地下系统工程施工通道布置

2.1 工程特点及施工通道布置原则

地下系统工程主要包括引水系统、尾水系统、厂房洞室系统等。工程埋藏深，最深达300 m以上，洞室多，洞挖工程量大，为整个电站施工工期的关键线路，因此施工通道的布置直接影响各洞室的施工条件和工程的工期。

施工通道布置原则:

1)方便工程施工，保证关键部位施工需要，有利于加快工程进度;

2)尽量利用永久洞室作为施工通道，节省工程投资;

3)满足不同高程、不同洞室施工的特点与需要，满足施工高峰期开挖出渣运输的需要［1］。

2.2 利用水工永久洞室作为施工通道

根据水工建筑物的布置，可作为施工通道的水工永久洞室主要有尾调补气洞、通风洞、交通洞、引水隧洞上平段和尾水隧洞，分述如下。

尾调补气洞:尾调补气洞与通风洞相连通，终点位于尾水调压井上部，故尾调补气洞可作为尾水调压井上部的施工通道。

通风洞:通风洞在末端分叉，分别通往主、副厂房顶拱，故通风洞施工完毕后，可作为主、副厂房上部的施工通道。同时通风洞与尾调补气洞连通，也是尾水调压井上部的施工通道。

交通洞:交通洞通过尾闸室上部、副厂房下部和主厂房中部，可作为尾闸上部、副厂房下部、主厂房中部和母线洞的施工通道。

引水隧洞上平段:引水隧洞上平段与#5施工支洞(施工支洞布置见下节)联合，可作为引水调压井、引水隧洞上斜段和其自身的施工通道。

尾水隧洞:尾水隧洞与#1施工支洞(施工支洞布置见下节)联合，可作为尾水调压井和其自身的施工通道。

利用水工永久洞室的施工通道特性见表1。

2.3 施工支洞布置

根据水工建筑物的布置以及工程施工的需要，在充分利用水工永久洞室作为施工通道的基础上，本工程又布置了7条施工支洞。这7条施工支洞中，除了#1、#5施工支洞布置在枢纽左侧，其他5条支洞都布置在枢纽的右侧。这7条施工支洞中，#1、#4和#5施工支洞由地面进入，其它4条施工支洞均在地下永久洞室之间设置并互相联系。各施工支洞的断面型式均为城门洞型，#1～#6施工支洞断面尺寸均为7.5 m ×6.5 m(宽 × 高)，#7 施工支洞断面尺寸为 4.0m ×6.0 m(宽 × 高)。

#1施工支洞洞长645.17 m，最大纵坡为8.86%，洞口出露于尾水隧洞左侧山坡上，进口地面高程为225.30 m，在桩号0+618.80处与#2尾水隧洞相交，终点与#1尾水隧洞相交，相交处#1、#2尾水隧洞的桩号分别为尾Ⅰ0+866.79和尾Ⅱ0+894.19，相交处底板高程分别为177.45 m和178.00 m。下库出(进)水口位于下库正常蓄水位以下，已施工完毕，不能作为施工通道出口。#1施工支洞是尾水调压井和尾水隧洞的主要施工通道，且该支洞洞口高程位于下水库正常蓄水位以上，进出车辆不受汛期洪水水位影响，可以保证工程常年施工。

表1 利用水工永久洞室的施工通道特性表

#2施工支洞总长1 173.87 m，最大纵坡为7.78%，起点位于交通洞桩号0+815.22 m处，尾部穿过#1、#2引水隧洞，交点处#1、#2引水隧洞的桩号分别引Ⅰ1+255.00和引Ⅱ1+255.00，交点处洞底板高程分别为137.70 m和140.40 m。#2施工支洞是引水隧洞下斜段、下平段、岔管段及压力钢管段的主要施工通道。

#3施工支洞洞长247.92 m，纵坡为3.41%，起点位于#2施工支洞桩号0+492.06 m处，终点与地下厂房相连接，将厂房中下部与#2施工支洞、交通洞有机地连接起来，与#2施工支洞和交通洞共同承担厂房中下部开挖出渣。

#4施工支洞洞长825.77m，最大纵坡为7.87%，洞口出露于引水隧洞右侧山坡上，进口地面高程为470.00 m。#4施工支洞尾部穿过#1、#2引水隧洞，交点处#1、#2引水隧洞的桩号分别引Ⅰ0+905.80和引Ⅱ0+905.80，交点处洞底高程均为420.25 m。#4施工支洞是引水隧洞上斜洞、中平洞和下斜洞的主要施工通道。

#5施工支洞洞长460.75m，洞口出露于引水隧洞左侧山坡上，进口地面高程为575.00 m，在桩号0+518.33处与#1引水隧洞相交，终点与#2引水隧洞相交，相交处#1、#2引水隧洞的桩号分别为引Ⅰ0+660.80和引Ⅱ0+660.80，相交处底板高程均为580.25 m。#5施工支洞是引水隧洞上平段、上斜段和引水调压井中下部的施工通道。#5施工支洞终点底板高程高于进口，有利于洞中排水，也可避免下雨时雨水倒灌。

#6施工支洞洞长335.49，最大纵坡为6.34%，起点位于#3施工支洞桩号0+163.92 m处。#6施工支洞在桩号0+294.45处与#1尾水隧洞相交，交点处洞底高程为126.70;终点与#2尾水隧洞相交，交点处洞底高程亦为126.70 m。#6施工支洞与#3、#2和交通洞相连接，是厂房下部、尾水压力钢管段、尾闸下部和尾水岔管段施工通道。厂房下部、尾水压力钢管段、尾闸下部和尾水岔管段施工工作面相对狭小，施工工序复杂，布置#6施工支洞，可以有效降低施工时与尾水调压井及尾水隧洞的施工干扰，保证这些部位的顺利、按期施工。

#7施工支洞洞长79.82，纵坡为2.32%，起点位于#6施工支洞桩号0+105.40 m处，终点与尾闸室相连接。#7施工支洞是尾闸中部的施工通道。

3 施工支洞优化设计

3.1 施工支洞的优化设计

施工支洞的优化设计主要从以下几个方面进行:

1.)为了不影响首台机组发电，将#5施工支洞从输水系统左侧移至右侧，这样更有利于厂房最左侧机组按时发电或提前发电［2］(#1施工支洞亦在输水系统左侧，但是其不在关键线路，对首台机组发电无影响)。

2)两条输水洞距离较近，施工支洞贯穿两条输水隧洞后，安全性相对较差，将#2、#4施工支洞在末端分别叉开，通往尾水隧洞。

3)施工支洞封堵后，输水隧洞的水仍然会通过封堵体向施工支洞未封堵段渗漏，为了排除渗水，适当调整#2、#3、#6及#7施工支洞交点高程，使渗水排至厂房集水井［3］。

3.2 优化后的施工支洞布置如下:

#2施工支洞在桩号0+874.99处分叉，分别通往#1、#2引水隧洞并与其相交，交点处#1、#2引水隧洞的桩号分别引Ⅰ1+254.05和引Ⅱ1+168.18，交点处洞底板高程分别为137.70 m 和 140.40m。

#4施工支洞在桩号0+674.13处分叉，分别通往#1、#2引水隧洞并与其相交，交点处#1、#2引水隧洞的桩号分别引Ⅰ0+898.37和引Ⅱ0+858.37，交点处洞底高程均为420.25 m。

#5施工支洞洞长581.88 m，纵坡为1.11%，洞口出露于引水隧洞右侧山坡上，进口地面高程为575.00 m，在桩号0+518.33处与#1引水隧洞相交，终点与#2引水隧洞相交，相交处#1、#2引水隧洞的桩号分别为引Ⅰ0+660.80和引Ⅱ0+660.80，相交处底板高程均为 580.25 m。

#6施工支洞洞长335.49，最大纵坡为6.34%，起点位于#3施工支洞桩号0+163.92 m处，起点洞底高程为134.41 m。#6施工支洞在桩号0+105.40处与#7施工支洞的起点相交，交点处洞底高程为136.96 m;在桩号0+294.45处与#1尾水隧洞相交，交点处洞底高程为126.70;终点与#2尾水隧洞相交，交点处洞底高程亦为126.70 m。

#7施工支洞洞长79.82，纵坡为2.32%，起点位于#6施工支洞桩号0+105.40 m处，起点洞底高程为137.05 m，终点与尾闸室相连接，终点洞底高程为138.90 m。#7施工支洞是尾闸中部的施工通道，同时#7施工支洞与#6和#3施工支洞相连接，可作为尾闸的永久排水通道。

交通洞、#2、#3、#6和#7施工支洞相互连接，形成一个地下施工通道网，该施工通道覆盖了引水下斜洞、引水下平洞、引水压力钢管段、主厂房中下部、副厂房中下部、母线洞、尾闸中下部和尾水压力钢管段等部位。交通洞、#2、#3、#6和#7施工支洞相互连接，最终均汇至#2施工支洞和交通洞，所以，#2施工支洞和交通洞是这个地下施工通道网的最终控制性通道，这个两个施工通道的通畅与否，决定着整个枢纽是否能够顺利按期施工。

另外，将#2施工支洞分叉点的洞底高程适当抬高为142.00 m，同时将#2施工支洞与#3施工支洞交叉点的洞底高程适当降低为140.00 m，这样#2施工支洞的渗水可以通过#3施工支洞以自流的方式排至厂房集水井。

4 结语

荒沟抽水蓄能电站地下工程施工通道的布置及优化设计，充分利用了水工永久洞室作为施工通道，优化后的施工支洞布置更加科学合理，不仅解决了地下洞室的施工交通问题，也解决了施工支洞的排水问题，同时兼顾了首台机组发电的需要，为工程的顺利施工提供了良好的条件，同时也是其他抽水蓄能电站工程地下施工通道布置的参考和借鉴!

［1］李厚贤.功果桥水电站引水发电系统施工通道布置.［J］.水利技术监督，2010(1)

［2］魏璇.水利水电工程施工组织设计指南［M］.北京:中国水利水电出版社，2001

［3］水工设计手册.第七卷.水电站建筑物［M］.水利电力出版社，1989