浅谈水晶塘水电站引水隧洞的施工方案

 [摘要]　广西贺州市水晶塘水电站无压引水隧洞的施工方案,根据地形地质条件,洞线采用折线方案,设置较多的支洞以便于施工及通风,采用光面爆破开挖、喷锚支护进行隧洞的施工,该方案具有施工速度快,效果(益)好等优点。

[关键词]　水晶塘水电站;引水隧洞;施工方案

广西贺江是珠江流域西江的一级支流,贺州市水晶塘水电站位于贺江一级支流大宁河的支流都江河中下游,坝址以上集雨面积284km2,多年平均流量1012m3/s,系一隧洞引水径流式电站。总库容900万m3,坝轴线长度119125m,溢流坝最大坝高30m,溢流坝长度36m,两岸非溢流坝最大坝高3615m。无压引水隧洞长816km,最大过水流量21145m3/s,洞底宽度315m,洞高5105m,开挖断面17133m2,电站最大水头11517m,设计水头113m,装机容量3×6300kW,工程总投资9007108万元,全部投资回收年限7.9年。
水晶塘水电站枢纽主要建筑物由大坝、引水系统(包括隧洞进水口、无压隧洞、压力前池、压力钢管)、发电厂房和110kV升压站组成。政府规定的施工期限2002年8月开始准备,2004年3月机组投入运转,2004年4月底完工,水晶塘水电站引水隧洞工程量大,材料运输较远,施工难度较大,从工程总进度计划看,2002年10月开工到2004年4月完工,隧洞土石方开挖施工强度达到1151万m3/月,所以水晶塘水电站总进度计划根据引水隧洞施工期限20个月来进行安排。拦河坝为混凝土重力坝,可以在2002～2003年第一个枯水期坝体混凝土浇筑到250m高程,为全年施工创造条件。发电厂房布置在右岸旱地平台,采用钢筋混凝土框架结构,可以在2003年汛期到来前浇筑到安装间楼层,高于10年一遇洪水位。
由于引水隧洞总长816km,工程量大,投资占整个土建工程费约50%,在广西区内水电站建设中是相当罕见的,引水隧洞施工组织设计的好坏关系到整个工程能否顺利进行施工的关键。其中引水隧洞施工方案的采用关系到整个工程的投资和工期。本文就水晶塘水电站引水隧洞的施工方案进行分析研究,为类似工程的设计和施工提供借鉴。

1　缩短单线洞长

由于水晶塘水电站引水隧洞线较长,为了加快引水隧洞的施工进度,根据地质、地形条件,引水隧洞洞线采用折线方案,设置较多的支洞,将隧洞转折点设在冲沟地表下面或露出地表的地方,洞底距地表较近,选择地质条件好,容易布置出碴洞口,施工、弃碴方便,且各支洞口在距沟底有一定高差的沟岸上,这种隧洞折线布置方式虽然比隧洞直线开挖工作面少的方案工程量稍大,但隧洞折线布置将816km的引水隧洞分成6段,最长开挖段为1165km,缩短了引水隧洞的单线长度,而且12个工作面可以同时开挖施工,改善了隧洞施工的通风条件,缩短通风、排烟的循环时间,保证了工程进度,施工期可以缩短8～10个月,为早日引水发电发挥效益创造良好条件,比采取直线隧洞方案多获得1800万元的经济效益。

2　调整进出口和支洞口位置

根据水晶塘水电站引水隧洞的布置,结合地形、地质条件及施工、管理要求确定隧洞进出口的位置。隧洞进出口段应尽量垂直于等高线,交角不小于30°。在保证引水流量和设计水头不变的情况下将洞口支洞3、支洞4、支洞5、出洞口调整布置在山体稳定,施工、弃碴方便,地质条件好,避开洪水威胁,对外交通方便,风、水、电容易供应,材料运距较短的地方。解决了支洞3、支洞4、支洞5、出洞口的山体稳定、对外交通和水、电供应难等问题,加快了引水隧洞的施工进度,减少工程投资约230万元。

3　喷锚支护法施工

在水晶塘引水隧洞开挖采用光面爆破,开挖后采用“新奥法”施工新工艺对隧洞开挖进行喷锚支护,即隧洞开挖之后围岩变形以前及时喷射混凝土,要求喷射混凝土与围岩紧密结合,防止因开挖引起的围岩松散和坍塌,在隧洞洞身开挖后喷射一层3～5cm的混凝土,根据围岩的稳定情况加上锚杆支护以稳定围岩;水晶塘水电站无压引水隧洞,隧洞跨度为315m,根据岩层条件选择支护类型。围岩稳定时可以不支护;基本稳定的围岩,喷射5cm厚的混凝土与长115～2m、间距018～1m的锚杆联合支护;稳定性较差的围岩,喷射10cm厚的混凝土与长115～2m、间距018～1m的锚杆联合支护;不稳定性的围岩,喷射15cm厚的混凝土与长115m～2m、间距018～1m的锚杆加钢筋联合支护。喷锚混凝土支护的锚杆采用楔缝式锚杆,锚杆直径16mm以上,每延长1m布6根,每根长约115m。这种喷锚支护施工方法可以使衬砌和洞室开挖同时施工,收到了良好的技术经济效果,质量都达到预计要求。它与沿用的现浇混凝土及钢筋混凝土衬砌相比,混凝土量减少50%以上,木材可以全部节省,出碴量可以减少15%～20%,劳动力节省50%左右,工程造价降低50%,施工速度加快一倍以上。

4　进出洞口段的支护型式

水晶塘引水隧洞进出口段大多处于全强风化岩层,施工时易塌方,原设计为浆砌石衬砌,为确保进出洞口安全,将浆砌石衬砌改为混凝土、钢筋混凝土或复合衬砌方式,将隧洞进出口段的支护型式延伸到洞身(延伸长度根据地质情况确定),使隧洞进出口的支护和洞身支护结合成整体,这样既保证了隧洞进出口段的安全稳定,同时也保证了施工进度。

5　提前部分项目的施工

引水隧洞的支洞2～支洞3、支洞3～支洞4、支洞4～支洞5等3段隧洞线较长,加之出碴洞口距离林区公路较远,施工强度较大,为使引水隧洞按时开工,改善隧洞的通风条件,缩短通风、排烟的循环时间,将支洞2～支洞3、支洞3～支洞4、支洞4～支洞5的洞口开挖提前到前期准备阶段进行施工,这不仅改善了洞内工作条件,也加快了隧洞开挖的施工进度。

6　结语
近几年来,贺州市开发的引水式水电站中,采用引水隧洞引水的设计方案比较多,由于隧洞出口的上覆岩体厚度较薄,洞口的排水、防水和支撑要引起足够重视;隧洞线比较长,选择合理的施工支洞位置,增加工作面,改善通风、排水和运输条件,采用先进的施工方法,保证施工质量,对缩短工期起到重要作用。