岩滩水电站扩建工程施工支洞优化设计与通风

朱少俊，张朋飞

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

岩滩水电站扩建工程施工支洞优化设计与通风

朱少俊，张朋飞

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

岩滩水电站扩建工程地下厂房紧邻一期工程，结构布置紧凑，工程实施过程中，通过对招标阶段施工支洞的优化，缩短了工期，节省了投资，取得了比较好的社会经济效益，增设了排风竖井，解决了洞内通风问题。

施工支洞 优化设计 排风竖井 通风 岩滩水电站

1 工程概述

岩滩水电站位于广西壮族自治区大化县境内红水河上，坝址上游166km接龙滩水电站，下游83km有大化水电站，坝址以上控制流域面积106580km2，占全流域面积的81.4%，电站总装机容量1810MW，其中包括一期工程装机容量1210MW，扩建工程装机容量600MW。

岩滩水电站扩建工程主要布置于右岸一期工程厂房右侧80m的山体内，为地下式厂房，装机2×300MW。枢纽主要建筑物由进水口、引水隧洞、主、副厂房、主变室、尾水隧洞和厂房运输洞等组成。地下厂房为首部式布置，引水隧洞、尾水隧洞均采用一机一洞布置。地下厂房纵轴线与一期工程坝轴线成35°交角，右端往上游偏转。地下厂房开挖宽度29.7m～30.8m，最大开挖高度76.67m。

2 支洞设计

2.1 招标阶段施工支洞布置

岩滩水电站扩建工程厂运洞从安装间下游墙端往下游布置，连接下游对外公路。进厂运输洞

沉降迅速增大，变形模量值迅速减小。

从试验的总体情况来看，此次变形模量的结果基本反映了筑坝料填筑的施工状况。

5 结论

(1)通过此次原位变形模量试验，统计3个检测点的受力状况可知：法向应力从1.0MPa至2.5MPa时，变形模量逐渐增大，筑坝料属于密实阶段，超过2.5MPa后，筑坝料基础结构开始趋于破坏，此时沉降量增大，变形模量减小；

(2)通过本次试验，比较直观地了解填筑后的筑坝料受力情况，通过现场实际情况及对试验数据的采集和分析，可以得出筑坝料在力值6300kN时，即法向应力为3.5MPa，筑坝料地基基础已受到破坏；

(3)地基变形模量试验成果经过与国内外部分面板坝比较可知：大部分面板坝主应力最大值为3.24MPa～3.52MPa，在此区间内，位移极值变化较小，这说明坝轴线及趾板轴线的小范围调整，没有改变河谷的形态，对坝体应力、变形影响不大。如国内水布垭坝体的变形模量为120MPa～170MPa之间，也证明此次试验方法的可行性，为玛尔挡电站的施工提供了依据，并可供其他类似工程参考。

孙红雨(1985.11-)，男，工程师，项目副总工，主要从事试验检测管理工作。

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总长度464.6m，纵坡7.01%。断面为城门形，宽10.0m，直墙高7.0m，洞高9.0m，进洞口高程197.0m，至安装间高程163.31m，高差33.7m，其中k厂运0+274.98m～k厂运0+332.78m为弯段，是地下厂房施工的主要交通通道。

引水隧洞施工支洞从厂运洞k厂运0+412.07m开始进洞，至6#引水隧洞边墙为止，长度361.7m，起点高程163.31m，终点高程140.64m，高差22.67m，最大纵坡7.1%，断面为城门形，B×H=8.5m×6.5m，其中k引支0+120.12m～k引支0+213.43m、k引支0+269.1m～k引支0+284.81m为弯段，是引水隧洞下平段、下弯段、厂房开挖第Ⅴ、Ⅵ层的施工通道。

尾水隧洞施工支洞从引水隧洞施工支洞k引支0+79.97m开始进洞，至尾水管施工支洞和尾水主洞交叉点为止，长度486.21m，起点高程159.05m，终点高程128m，高差31.05m，平均纵坡6.39%，断面为城门形，B×H=8.5m×6.5m，其中k尾隧支0+85.35m～k尾隧支0+163.89m、k尾隧支0+303.07m～k尾隧支0+388.15m为弯段，是尾水主洞施工支洞、尾水管施工支洞的施工通道，其中尾水主洞施工支洞为土建Ⅱ标施工项目，我部尾水隧洞施工支洞开挖支护完成后向土建Ⅱ标交面。

尾水管施工支洞接尾水隧洞施工支洞，至6#尾水管边墙为止，长度175.88m，起点高程128m，终点高程118m，高差10m，平均纵坡5.69%，断面为城门形，B×H=8.5m×6.5m，其中k尾管支0+103.03m～k尾管支0+140.99m为弯段，是5#、6#尾水管、厂房机蜗施工通道。

招标阶段未布置排风竖井，根据以往工程经验，引水隧洞施工支洞，尾水管施工支洞尾部将是通风的重点与难点。招标阶段施工支洞布置详见图1。

图1 招标阶段施工支洞布置

2.2 关键技术问题

(1)厂运洞实际施工时地质情况与投标时相比出入较大，石方洞挖与投标时相比增加3678m3，锚杆与投标时相比增加4014根，新增钢拱架65.95t，新增固结灌浆1400t，喷护与投标时相比增加8286m2，导致厂运洞工期与投标时相比滞后2.5个月，严重影响到下一步的施工进度及向土建Ⅱ标交面，需要采取合理的技术措施将滞后的工期赶回来。

(2)由于岩滩水电站扩建工程紧邻一期工程，结构布置紧凑，施工支洞洞线弯折较多，尾水管施工支洞与引水隧洞施工支洞是通风的重点与难点。

2.3 施工支洞优化

如果要及时完成尾水隧洞施工支洞开挖支护，及时进入尾水管工作面和向土建Ⅱ标交面，一是尾水隧洞施工支洞提前进洞；二是减少施工支洞工程量，顺着这个思路，提出了以下施工支洞优化方案：

尾水隧洞施工支洞开口位置改在厂运洞开挖364.6m的位置，与原设计相比，提前133.98m进洞，优化后的尾水隧洞施工支洞、引水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞长度分别为462.11m、310.1m、168.8m，与原设计相比，长度分别减少了24.1m，51.6m，7.08m，合计减少82.78m，减少施工支洞石方洞挖4167m3、锚杆648根、喷护1558m2，节省投资67.3万元。具体布置详见图2，长度对比详见表1，工程量减少、投资节省、工期提前量详见表2。

图2 施工阶段施工支洞布置

表1 招标阶段与施工阶段施工支洞长度对比

表2 施工支洞优化后成果一览表

2.4 通风

根据施工支洞布置情况，尾水管施工支洞尾部、引水隧洞施工支洞尾部在一期通风中是通风的重点和难点，此时，各个洞室都是单头掘进，洞内没有相互贯通，通风必须依靠风机的强制送风，才能驱散各个工作面的废烟和废气，确保人员、设备正常换气的需要，这个时期的通风是整个洞室施工中最困难、最重要的时候。

考虑到引水隧洞施工支洞和尾水隧洞、尾水管施工支洞洞线曲折，不易在洞室内形成空气流动，根据现场地形地貌条件，在尾水隧洞施工支洞尾部k尾隧支0+440.31m，引水隧洞施工支洞k引支0+176.66m桩号设置排风竖井，竖井直径1.4m，采用反井钻机施工，并且排风竖井和施工支洞同时施工并完成，在地下厂房洞室群两侧形成通风风路。

2.4.1 尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通风量计算

(1)按洞内同时工作的最多人数计算

Qr1=kmq

式中：Q——工作面所需风量(m3/min)；

K——风量备用系数，取值1.25；

m——洞内同时工作的最多人数，取30人；

q——洞内每人每分钟所需新鲜空气，取4m3。

Qr1=kmq=1.25×30×4=150m3/min

(2)按爆破的最多炸药量计算

式中：Q——工作面所需风量(m3/min)；

t——爆破后的通风时间(min)，取值30min；

A——爆破的炸药量(kg)，取值219kg；

S——开挖断面面积(m3)，取值50.34m3；

L——隧洞长度(m)，取值630.91m。

(3)按工作面最小允许风速计算

Qr3=60VS

式中：Q——工作面所需风量(m3/min)；

V——洞内容许最小风速(m/s)，取值0.15m/s；

S——开挖断面面积(m3)，取值50.34m3。

Qr3=60VS=453.06m3/min

(4)按内燃机械废气稀释需要计算

Qr4=niA

式中：Q——工作面所需风量(m3/min)；

ni——洞内同时作业的内燃机械总功率(kW)，考虑一台装载机，三台出渣车，取值790kW；

A——内燃机械每kW所需风量(m3/min)，取值3m3/min。

Qr4=niA=1035m3/min

则Qr=max(Qr1、Qr2、Qr3、Qr4)=1571.7m3/min

考虑到百米漏风率及风量备用系数：

Q=1571.7×(1+1.5%×630.91/100)×1.15=1978.3m3/min。

2.4.2 尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通风风压计算

式中：a——风道摩擦阻力系数(N·S2/m4)，取值0.0012N·S2/m4；

L——风管长度(m)，取值615m；

U——风管周长(m)，取值3.77m；

S——风管面积(m2)，取值1.1304m2；

Q——所需最小供风量(m3/s)，取值32.9m3/s。

式中：ξ——局部阻力系数，取值0.15；

S——风管面积(m2)，取值1.1304m2；

Q——所需最小供风量(m3/s)，取值32.9m3/s。

Hmax=3404+77.76=3481.76Pa

根据计算结果，选择安设一台55kW×2风机布置在尾水隧洞施工支洞洞口，风筒直径140cm。

2.5 实际施工效果

通过对施工支洞洞线的优化，将关键线路滞后的2.5月工期赶了回来，并节省投资67.3万元，通过选择合理的通风机和排风竖井结合，洞内通风效果良好，为施工人员创造了良好的通风效果。

3 结语

地下厂房施工支洞的布置直接关系到主体工程的施工进度，通过合理地布置施工支洞，可以加快主体工程施工进度；通过选择合理的通风机械和排风竖井相结合，可以有效改善洞内通风环境，提高通风效率，为同类工程的施工提供了借鉴经验。

作者简介：

朱少俊(1968.07-)，男，安徽合肥人，高级工程师，青海黄河玛尔档水电站副总工，大学本科，从事水利水电专业。

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TV672.1∶TV732.3

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2095-1809(2017)03-0077-04