Miguillas水电站引水隧洞施工重难点研究

高德杰

中铁十七局集团第二工程有限公司

1 工程概况

玻利维亚Miguillas水电站引水隧洞位于南美洲玻利维亚首都拉巴斯附近的因基西维(Inquisivi)省Quime 市Choquetanga 镇，几处引水隧洞分别位于Choquetanga Grande区、Calachaka Jahuira区以及Capilpata区,海拔3000m左右。该工程主要任务是修建3条隧洞，累计全长13.216km。其中：1#隧洞全长7261.66m，洞身断面3.65m×3.65m；在K4+887位置设横洞一座，长度230m，断面宽度3.65m。2#隧洞全长2806m，断面3.0m×3.0m，该洞与4#隧洞垂直相交；4#隧洞全长2918m，断面4.0×4.0m。

2 Miguillas水电站引水隧洞施工重难点的控制措施

2.1 工期分析及工作面布置

隧洞项目施工总工期896天。按Ⅰ级、Ⅱ级围岩平均150m∕月，Ⅲ级围岩90m∕月，Ⅳ级围岩60m∕月，衬砌180m∕月的进度指标考虑，关键线路为1#隧洞进口至横洞区间，其中进口延续施工2734m，横洞向小里程方向施工1653m，推算掘进施工周期23.5月，衬砌施工周期6.1月。

2.2 施工组织方案的比选

2.2.1 人工钻爆和凿岩台车的比选

在作业效率方面，单臂凿岩台车钻孔时间与4-5 名工人风钻打孔时间大致相当，采用多臂凿岩台车可缩短作业时间。根据调查，双臂凿岩台车较单臂凿岩台车价格高50万左右，单循环施工时间大致可缩减1h左右，以及考虑到小断面、曲线半径等因素的影响，采用单臂履带式凿岩台车（轨道行走）。

2.2.2 有轨运输与无轨运输方案的比选

有轨运输采用梭式矿车出碴，按一次运输最大爆破放量考虑，计划配置2个车斗编组（合计30m3，初步选用型号：长9.54m×宽1.6m×高1.7m，建议加长至12m），控制轨枕+轨道总高度小于50cm（即限高2.2m），以满足通风需要。

有轨运输时，装碴、运碴、排险等工序总作业时间约1h。特别注意的是，扒碴机需加臂以满足排险功能，要求加臂后举高不小于3.7m，同时配置破碎锤，具备欠挖处理的功能。

无轨运输拟采用矿用三轮车，车长3.6m、车宽1.34m，加高后单车运碴量2m3。初支后1#隧洞净宽最小处2.25m，不能满足错车要求，只能单车作业。出碴按3种方式比选：

（1）15 车一次进洞出碴，扒碴机可连续作业，20min（装碴）+20min（运碴）+20min（排险）=1h，作业时间与有轨运输相当。

（2）8车2次进洞出碴，扒碴机不连续作业，需增加一次等待（40min）+装碴（10min），单循环出碴作业2h。

（3）5-6 车3 次进洞出碴，扒碴机不连续作业，需增加2 次等待（40min∕次）+2次装碴（10min∕次），单循环出碴作业3h。

2.3 通风方案的选择

Miguillas水电站引水隧洞项目海拔约3000m，为玻利维亚高原地区。本工程3条引水隧洞累计全长13.216km。鉴于隧洞施工多用液压、气动等设备，而本项目高海拔对气动设备影响较大，隧洞单口最大通风距离3.3km，且隧洞断面小，空间利用率低。在招标文件“技术标准”中，用风指标等各参数取值均远大于国内标准，造成较大的供风量需求，小断面施工通风在大风量条件下带来的巨大风阻较难克服，造成设备选型陷入困境。以下通过一套风动设备折算方法，来确定设备选型、解决现场通风问题。

2.3.1 洞内耗风总量计算

式中：

Q——总耗风量，m³∕min；

a——管网漏风系数。管路全长L≤1km 时，a=1.1；1km＜L≤2km时，a=1.15；2km≤L时，a=1.20；

β——风动机械磨耗风量增加系数，一般为1.1～1.15；

r——高原修整系数，海拔每提高1000m，系数增加0.1，基础数据为1.00。

n——同型号风动机具使用系数，台；

k——同型号风动机具同时使用系数；

q——风动机具单位耗风量，m³∕min。

例如：1#隧洞出口总长2.2km，空压机计划1km时进洞，因此最远供风距离按照1km取值；洞口海拔2800m；施工时同时使用3 把 YT-28 风钻（单耗 3.3m³∕min）或 1 台 12m³∕min 的湿喷机。根据以上条件，选取对应参数如下：

管网漏风系数：a=1.1。

风动机械磨耗风量增加系数：β=1.15（按旧设备最不利因素考虑）。

高原修整系数：r=1+0.01%×2900=1.29。

同型号风动机具使用系数：k=0.95（3台风钻，根据表格用插值法计算得出）或1.00（湿喷机）。

同型号风动机具数量：n=3（风钻）或1（湿喷机）。

风动机具单位耗风量：见给定条件3.3m³∕min和12m³∕min。

根据以上数据，可以得出目前喷浆机用风量明显高于3把风枪用风量，取12m³∕min用于计算最大用风量。

将数值带入公式：

根据计算得出，喷浆作业时需要风量为20.56m³∕min。

高原条件下供风计算：

由于项目地处高原地区，供风设备受气压影响，存在气压损失、吸风量损失情况，因此需要对空压机设备进行二次修正。

（1）气压损失修正。按照海拔每升高1000m，气压折损12%计算，则海拔2900m气压折损为0.348MPa，因此需要空压机压力为0.7+0.348=1.048MPa≈1MPa。

（2）风量修正系数取值。2000m约为0.75,3000m约为0.64。

（3）电机修正系数取值0.92。

（4）空压机富裕负荷按照20%取值，即按照80%功效。

根据以上修正数据，可以得出选用空压机参数为：压力1MPa，风量 20.56÷0.64÷0.8=40.15m³∕min（不考虑富余量则为32.12m³∕min）。

因此建议采用2台参数为20m³∕min-1MPa-132kW的空压机满足使用要求。

如按照3 台风钻计算则应该为31.47m³∕min（不考虑富余量25.18m³∕min）。

2.3.2 通风机选型

Miguillas 水电站引水隧洞工程3 座隧洞共计划配置7 台通风机，各施工作业面通风机选型参数见表1。

表1 各施工作业面通风机配置

针对该项目技术标准中对风速、内燃设备尾气排放需风量高于国内规范标准以及工地位于高海拔地区的客观实际，在施工中采用钻爆法+有轨运输结合多级施工通风方案，最终选用了较小功率的施工通风机解决了长距离小断面隧洞的通风难题。

2.4 机械选型配置及临时工程布置

2.4.1 单作业面机械配置情况

80m3∕h扒碴机1台（另配破碎锤及伸长臂）：约55kW（暂定型号，物资部继续调查）。

凿岩台车1台：约55kW（最低功率配置，需考虑钻爆中心空孔、系统锚杆、预应力锚索、超前自进式锚杆、超前探孔、帷幕注浆钻孔等工序作业的通用性）。

机械喷射手1台：约45kW。

输送泵1台：约30kW。

污水泵若干：考虑总功率约50kW～80kW。

30m3（实方）以上梭式矿车1台：牵引机头电瓶供电。

矿车牵引机头：充电电池最低配置配3组（根据充电时间确定具体数量）。

锚杆、拱架运输平台及扒渣机、凿岩台车退出辅助平台：牵引机头电瓶供电。

2.4.2 临时用电选型配置

（1）1#洞进口临近一个地方小型水电站，尽量协调利用动力电，前期可考虑发电机供电，后期周转至后开工作面。

（2）其余洞口考虑发电机供电，所有洞口均需高压进洞，洞口配置升压设备将400V 自发电升压至10kV 后在洞内降压使用，以降低能源损耗带来的成本投入，变压器位置根据洞内设备功率及配置的电缆型号确定。

（3）各洞口变压器型号选择要充分考虑洞内同时作业机械的最大功率，同时考虑排水水泵功率，并留有一定富余量。

（4）使用发电机的选型配置原则。前期所有隧洞口采用柴油发电机提供动力电，在高原施工的条件下，柴油发电机的发动机功率损失较大，因此会对发电机配置造成一定影响。

3 结语

综上所述，在Miguillas水电站的引水隧洞施工过程中，受到很多因素的影响经常会遇到各种难点问题，严重影响引水隧洞的正常施工，也给在海外承建工程的企业带来了诸多风险。因此，在工程建设中应遵循科学性的基本要点与原则，详细分析重点难点部分，深入分析、有针对性地完成施工建设任务，充分发挥不同施工措施、技术的作用价值，保证工程建设的良好开端与高效化施工。