俄日水电站调压井的布置与施工

何思源，李海涛

(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430064)

1 工程概况

1.1 工程基本情况

俄日水电站位于四川省阿坝州金川县境内的俄日河上，系俄日河干流四级水电梯级开发的第三级，其主要功能是以发电为主，兼顾下游河道的生态供水。电站总装机容量69 MW，为三等中型工程，由首部枢纽、发电引水隧洞、地面厂房和变电站等组成，发电引水隧洞总长12.917 km，在桩号12+098 m处设置带上室的水室式调压井。调压井由竖井、上室及通气洞组成，竖井内径6 m，井高107.60 m；上室长150 m，横断面为城门洞型，断面尺寸为4.0 m×6.0 m(宽×高)，上室山体垂直埋深100 m，侧向水平埋深125 m。

1.2 地形、地质条件

调压井所在位置山体雄厚，地表基岩裸露，岩性为三叠系上统侏倭组上段(T3zh)薄至中厚层状变质砂岩夹板岩，其中板岩约占27.8%。岩层产状234°∠59°。主要发育2组节理：①产状322°∠89°，面平直、可见延伸长3～5 m，间距20～50 cm；②产状195°∠64°，面平直，间距30～50 cm，可见延伸长2～5 m。调压井处岩体呈微风化至新鲜状，裂隙一般闭合无充填，以中厚层状结构为主，岩体较完整。洞室围岩稳定性主要受岩层层面控制，根据岩层倾向判断，顺岩层倾向侧(SW侧)洞壁为逆向坡，有利于洞室稳定，以Ⅲ类围岩为主，板岩集中部位为Ⅳ类围岩；反岩层倾向侧(NE侧)洞壁为顺向坡，不利于洞室稳定，受裂隙切割等影响，易形成不稳定的楔形体沿层面产生顺层滑动。总的来看，Ⅲ类围岩约占50%，Ⅳ类围岩约占35%，Ⅴ类围岩约占15%。围岩稳定性差，但基本具备成井(洞)条件。

为调压井施工而设置的6号施工支洞洞口处自然坡度约46°，基岩裸露，岩性为三叠系上统侏倭组薄至中厚层状变质砂岩夹炭质板岩，总体呈弱风化，局部表层分布少量残坡积堆积碎石夹壤土，厚度小于5 m。岩层产状190°∠51°，发育主要裂隙两组：①组裂隙产状290°∠37°，②组裂隙产状78°∠72°。洞室轴向与岩层走向交角较小，不利于洞室稳定。根据洞口地层岩性、风化程度及裂隙发育情况分析，支洞强风化强卸荷带深约20 m，弱风化弱卸荷深约50 m，支洞0～50 m属不稳定或极不稳定的Ⅳ～Ⅴ类围岩，应加强支护措施；50 m以内卸荷作用逐渐减弱，以局部稳定性差的Ⅲ类围岩为主，局部挤压破碎带及板岩集中带属Ⅳ类围岩。进口边坡为视逆向坡，现状边坡稳定性较好。支洞开挖后，因受结构面切割影响，洞顶局部可能会出现坍塌，开挖过程中应加强支护处理，以免影响边坡的稳定。

2 调压井、6号支洞及其施工岔洞布置

发电引水隧洞总长12.917 km，根据发电引水隧洞的布置特点、沿线的地形、地质条件，施工道路、渣场布置以及征占地、环评等因素影响，发电引水隧洞共布置6条施工支洞(其中6号支洞为调压井施工的主要施工通道，也是调压井下游蝶阀室的永久交通洞)，施工支洞断面净尺寸为4.4 m×4.7 m(宽×高)，均为城门洞型，侧墙高度为3.5 m，顶拱半径2.62 m，顶拱中心角为114°。各支洞详细参数见表1。

表1 引水隧洞施工支洞特性 m

俄日水电站调压井竖井总高107.60 m，调压室上室长150 m，调压室及施工支洞、施工岔洞布置平面及剖面详见图1、图2。调压井上室的施工利用位于调压井底部的6号支洞、通过开挖6号支洞的施工岔洞通往调压室上室来实现。该方案具有以下优点：①不需要另行征地。常规的调压室上室施工，通常会布置专用的施工道路通达调压室上室，以便转运施工人员和机械等，俄日水电站调压室上室所在的山体地形陡峭，如果按照传统的方案修建施工道路，不仅需要克服地形、地质的不利影响，而且要克服征地的困难，因工程地处川西藏区高原地带，自然环境相对敏感、脆弱，采用洞室施工对当地自然、社会环境的影响最小；②可以针对工程地质特点，充分利用其围岩特性，在可行的方案下尽量节省投资。俄日水电站引水隧洞稳定性、完整性相对较差的Ⅳ、Ⅴ类围岩集中在4号施工支洞(桩号6+969)上游侧，4号施工支洞以下包括调压井(桩号12+083)、6号施工支洞、上室施工岔洞的围岩类别大部分为Ⅲ类，主要为薄至中厚层变质砂岩与砂质板岩互层，岩石微风化～新鲜，岩体较完整，采用施工岔洞的方案，洞室的支护措施相对也比较可靠、简单、经济；③调压室竖井及上室的施工处在整个施工计划的关键线路上，需要严格保证施工进度，俄日水电站所处的川西高原气候区，每年5至10月汛期降雨频繁，降水量占全年的89%左右，调压室周围山体分布一定范围的坡积物，强降雨过后发生地质灾害的可能性相对较大，施工交通安全保障工作压力较大。当地进入冬季后，气温低，降水量少，气候寒冷而干燥，1月份和12月份的月平均气温在0℃以下，每年自10月开始降雪至次年4、5月份，降雪期为6～8个月。每年11月至次年3月易遇到降雪天气，严重影响施工进度，采用施工岔洞的方案，则可以避免以上施工干扰因素的影响，保障工程按正常进度推进。综合考虑以上几点，最终选择在6号施工支洞中修建通往调压室上室的施工岔洞这一方案[1]。

图1 调压室及施工支洞、施工岔洞平面布置示意

图2 调压室及引水隧洞纵剖面布置示意

在调压室上室及竖井的施工布置中，6号支洞及调压室上室施工岔洞(下简称施工岔洞)是材料、设备、器具进出的主要通道，而调压室上室通气洞则作为人员进出的主要通道以及上室开挖过程中通风排烟的主要通道；施工岔洞由下平段、斜井段和上平段组成，斜井段倾角为48.1°，长170 m，施工岔洞上下平段长度分别为12 m和90 m，岔洞横断面为城门洞型，隧洞净尺寸为4.7 m×5.9 m(宽×高)，施工岔洞布置详见图3。

图3 施工岔洞剖面布置示意

3 调压井、6号支洞及其施工岔洞施工

3.1 调压井施工

1)施工程序。首先修建临时道路至6号支洞进口，开挖支洞至调压井底部，在6号支洞内修建一条至调压井上室的施工岔洞，施工岔洞下平段按设计断面开挖到位，考虑施工岔洞斜井段开挖难度大，采用钻爆法先行开挖斜井导洞的方式，然后自上而下扩挖斜井段至设计断面，施工岔洞开挖至上平段后，分两个方向分别开挖上室通气洞和上室隧洞，待上室通气洞及上室隧洞形成后即可进行调压井施工[2-3]。

2)通气洞施工。在进行通气洞施工时考虑在施工岔洞斜井段铺设导轨，顶部设置卷扬机用于牵引运输渣料和物质的斗车，采用有轨运输方式出渣。采用手风钻钻孔，预裂光面爆破，通过有轨运输车经沿导轨运输至岔洞进口平段工作面集中堆放，再转小型挖掘机装5～10 t自卸汽车运至指定弃渣场。

通气洞初期支护使用的拱架、锚杆及喷混凝土材料通过施工岔洞设置的卷扬机运送到上室。

3)上室施工。上室与通风洞位于同一高程且相互连通，施工方式与通风洞相同。采用手风钻钻孔，预裂光面爆破，通过有轨运输车经沿导轨运输至施工岔洞进口平段工作面集中堆放，再转小型挖掘机装5～10 t自卸汽车运至指定弃渣场。调压室上室衬砌混凝土由混凝土搅拌运输车运至调压井底部，经竖井内混凝土泵输送到上室并入仓浇筑。

4)调压井导井施工。通风洞及上室隧洞形成后，再进行调压井导井开挖施工。导井开挖先采用LM-200型反井钻在调压井中心自上而下钻一个直径200 mm的导向孔到调压井底部，然后自下而上将钻孔扩成直径1.4 m的圆形导井，作为调压井全断面扩挖时的出渣井。导井开挖时的石渣凭自重落到调压井底部，出渣方式与引水洞相同。

5)调压井全断面施工。导井贯通后，进行调压井全断面扩挖施工，自上而下进行，手风钻钻孔，火雷管起爆，毫秒导爆雷管实现微差预裂爆破，以减小爆破对围岩的影响。扩挖后进行调压井开挖锁口施工，锁口完成后再继续向下扩挖。扩挖的石渣用人工扒渣，经导井溜至调压井底部，而后经引水隧洞主洞、6号施工支洞运出，自卸汽车运输至指定的临时堆料场或弃渣场。

调压井衬砌采用自下而上分段浇筑。底部采用钢模板和木模板立模浇筑，井筒采用滑模浇筑。衬砌混凝土由混凝土搅拌运输车运至洞口，经混凝土泵输送入仓浇筑。

3.2 施工运输系统

调压井系统工程施工运输系统由布置在施工岔洞的15 T卷扬机、轨道(轻轨)、起吊天锚及龙门架等组成，见图3。

15 T卷扬机布置在岔洞上平段，采用Φ22，L=3 m锚杆进行固定。运输轨道斜井段倾角为48.1°，长170 m，垂直高差为105 m。

3.3 施工安全措施

调压井施工必须采取确实可行的安全措施,保证材料、设备运输和人员通行安全。调压井施工安全措施在参考文献[4-6]中有相关阐述，俄日水电站调压井施工主要利用6号施工支洞及其施工岔洞，由于施工岔洞斜井倾角48.1°，坡长、陡，高差大(约105 m)、施工岔洞导洞断面小(宽×高=2 m×1.5 m)、设备、施工材料上、下运输困难，施工通讯也较困难，安全问题突出，针对这些问题需要制定相应的安全技术措施。

1)在施工岔洞斜井设置有轨运输线。为了将调压井上室、通气洞、穹顶在开挖期间的反井钻机、支护材料、设备和混凝土衬砌期间的钢筋、模板、电焊机等能够通过施工岔洞斜井安全运输到工作面,需采取机械运输方式,在施工岔洞斜井用卷扬机、轨道与自制小车做成有轨运输线，解决材料设备及运输问题。在轨道、小车、钢丝绳及卷扬机安装、锚固、调试好后，必须进行卷扬提升系统的空载、负载试运行试验，合格后方能投入使用。

2)对通道进行扩挖施工及其安全措施。对上室与施工岔洞上平段交叉部位顶拱进行扩高，扩高到6 m，上室与通气洞交叉部位扩宽扩高到2.5 m×3.5 m(宽×高)。扩挖施工时采取从上往下施工方法，以减少人工扒渣量。在扩挖施工时，要求施工人员严格遵守项目部火工材料的管理和使用制度，施工时，每班必须派2名安全管理人员在上下弯段负责安全看护及通讯联系。测量需多次对扩挖断面进行检查，及时处理超挖、欠挖现象，保证设计断面尺寸。

4 结 语

俄日水电站调压井工程施工区受地形、地质条件限制、施工对环境的保护要求以及临时征、占地的影响，场内施工道路仅通到6号施工支洞洞口，从6号支洞口至调压室通气洞口间无施工道路，施工期间仅有6号施工支洞一条通道。针对施工边界条件和工程本身结构特点，调压室系统开挖施工总体方案为自内向外施工，依靠新增设的6号支洞施工岔洞进行由上至下、由内至外施工。通过有轨运输和制定详细的施工现场管理措施，解决了施工材料运输及人员交通困难和施工过程中的安全问题，保证了调压井施工的顺利进行，从而确保了工程的总体进度。

调压井是长距离、高水头发电引水系统消除水锤影响重要的建筑物，受地形、地质条件、环境保护、征地和投资等诸多因素的限制，调压井的布置和施工直接影响工程的进度和安全运行。俄日水电站调压井布置与施工经验对受地形、地质、气候、环保、征占地等因素制约的长距离、高水头水工建筑物的布置与施工有一定的参考和借鉴作用。