岩滩水电站扩建工程施工支洞优化设计

朱 少 俊, 张 朋 飞

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概况

岩滩水电站位于广西壮族自治区大化县境内红水河上，坝址距上游龙滩水电站166 km，距下游大化水电站83 km，坝址以上控制流域面积106 580 km2，占全流域面积81.4%，电站总装机容量1 810 MW，其中包括一期工程装机容量1 210 MW，扩建工程装机容量600 MW。

岩滩水电站扩建工程主要布置于右岸一期工程厂房右侧80 m的山体内，为地下式厂房，装机2×300 MW。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29.7～30.8 m，最大开挖高度76.67 m。

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。进厂运输洞总长度464.6 m，纵坡7.01%。断面为城门形，宽10.0 m，直墙高7.0 m，洞高9.0 m，进洞口高程▽197.0 m，至安装间高程▽163.31 m，高差33.7 m，其中k厂运0+274.98～k厂运0+332.78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+412.07开始进洞，至6号引水隧洞边墙为止，长度361.7 m，起点高程▽163.31 m，终点高程▽140.64 m，高差22.67 m，最大纵坡7.1%，断面为城门形，B×H=8.5×6.5m，其中k引支0+120.12～k引支0+213.43、k引支0+269.1～k引支0+284.81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+79.97开始进洞，至尾水管施工支洞和尾水主洞交叉点为止，长度486.21 m，起点高程▽159.05 m，终点高程▽128 m，高差31.05 m，平均纵坡6.39%，断面为城门形，B×H=8.5×6.5m，其中k尾隧支0+85.35～k尾隧支0+163.89、k尾隧支0+303.07～k尾隧支0+388.15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号尾水管边墙为止，长度175.88 m，起点高程▽128 m，终点高程▽118 m，高差10 m，平均纵坡5.69%，断面为城门形，B×H=8.5×6.5 m，其中k尾管支0+103.03～k尾管支0+140.99为弯段，是5号、6号尾水管、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。

2.2 关键技术

(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3 678 m3，锚杆与投标时相比增加4 014根，新增钢拱架65.95 t，新增固结灌浆1 400 t，喷护与投标时相比增加8 286 m2，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 施工支洞的优化

如果要及时完成尾水隧洞施工支洞的开挖支护，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，提出了如下施工支洞的优化方案：

尾水隧洞施工支洞开口位置改在厂运洞开挖364.6 m的位置，与原设计相比，提前133.9 8m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462.11 m、310.1 m、168.8 m，与原设计相比，长度分别减少了24.1 m，51.6 m，7.08 m，合计减少82.78 m，减少施工支洞石方洞挖4 167 m3、锚杆648根、喷护1 558 m2，节省投资67.3万元。长度对比详见表1《招标阶段与施工阶段施工支洞长度对比表》，工程量减少、投资节省、工期提前量详见表2《施工支洞优化后成果一览表》。

表1 招标阶段与施工阶段施工支洞长度对比表

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+440.31，引水隧洞施工支洞k引支0+176.66桩号设置排风竖井，竖井直径A1.4 m，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。

尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通风量计算：

循环参数：预变性94℃维持4 min，之后30个循环的94℃变性45 s、55℃退火45 s和72℃延伸1 min，再以72℃修复延伸10 min。

(1)按洞内同时工作的最多人数计算

Qr1=kmq

式中Q为工作面所需风量，m3/min；K为风量备用系数，取值1.25；m为洞内同时工作的最多人数，取30人；q为洞内每人每分钟所需新鲜空气，取4 m3

Qr1=kmq=1.25×30×4=150 m3/min

(2)按爆破的最多炸药量计算

式中Q为工作面所需风量，m3/min；t为爆破后的通风时间，min ，取值30;A为爆破的炸药量，kg,取值219;s为开挖断面面积，m3，取值50.34;L为隧洞长度，m，取值630.91。

(3)按工作面最小允许风速计算

Qr3=60 VS

式中Q为工作面所需风量，m3/min；V为洞内容许最小风速，m/s ,取值0.15;s为开挖断面面积，m3，取值50.34.

Qr3=60 VS=453.06 m3/min

(4)按内燃机械废气稀释需要计算

Qr4=niA

Qr4=niA=1 035 m3/min

则Qr=max(Qr1、Qr2、Qr3、Qr4)

=1 571.7 m3/min

考虑到百米漏风率及风量备用系数：

Q=1 571.7×(1+1.5%×630.91/100)×

1.15=1 978.3 m3/min。

尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞通风风压计算：

式中a为风道摩擦阻力系数，N×S2/m4取值0.001 2;L为风管长度，m 取值615;U为风管周长，m 取值3.77;s为风管面积，m2取值1.130 4;Q为所需最小供风量，m3/s 取值32.9。

式中ξ为局部阻力系数， 取值0.15；s为风管面积，m2取值1.130 4；Q为所需最小供风量，m3/s 取值32.9。

Hmax=3 404+77.76=3 481.76 Pa。

根据计算结果，选择安设一台55 kW×2风机布置在尾水隧洞施工支洞洞口，风筒直径A140。

3 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个月的工期夺了回来，并节省投资67.3万元，通过选择合理的通风机和排风竖井的结合，洞内通风效果良好，为施工人员创造了良好的通风条件。

4 结 语

岩滩扩建工程地下厂房紧邻一期工程，结构布置紧凑。在工程实施过程中，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。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。