胡魯水電站引水發(fā)電隧洞斜井改豎井方案探討

李海原

(中國水利水電第七工程局有限公司海外事業(yè)部，四川成都 610081)

1 工程概況

胡魯水電站位于馬來西亞登嘉樓州Kenyir水庫西北處，距離登嘉樓州府約90km，距首都吉隆坡約450km。該工程由左、右兩個庫區(qū)組成，左、右?guī)靺^(qū)靠1條輸水隧洞聯(lián)通。左庫區(qū)樞紐建筑主要由一座混凝土溢流壩和一條輸水隧洞組成;右?guī)靺^(qū)樞紐建筑物由引水發(fā)電系統(tǒng)、右岸導流洞、攔河心墻土石壩、左岸溢洪道構(gòu)成。電站裝機2臺，總裝機容量250MW。該項目由中國水電七局和馬來西亞當?shù)匾患夜窘M成的聯(lián)營體中標承建主體工程。中國水電七局承建了除大壩、溢洪道和施工道路以外的、以地下工程為主的土建、金屬結(jié)構(gòu)和機電安裝項目。

胡魯項目的業(yè)主為馬來西亞國家電力公司，咨詢工程師(負責設計、監(jiān)理)為以加拿大SNC·LAVALIN公司作為牽頭方、馬來西亞本地兩家公司作為合作伙伴方組成的聯(lián)營體(以下簡稱HTJV)。工程為單價合同，采用FEDIC(紅皮書，1999版)合同條款。

胡魯水電站右?guī)靺^(qū)引水發(fā)電隧洞共兩條，呈平行布置，中心間距20m。原設計方案均由上平段、斜井段和下平段構(gòu)成，上下平段的開挖斷面均為馬蹄形，斜井為圓形，主要開挖直徑均為5.1 m，襯砌厚度30cm，襯砌后為直徑4.5m的圓形。結(jié)構(gòu)尺寸和長度等相同(圖1)。

圖1 原招標設計圖

胡魯水電站引水發(fā)電隧洞圍巖從進口至樁號CH.60左右為較為完整的沉積巖，單軸抗壓強度40MPa左右;CH.60～CH.80為沉積巖與火成巖過渡段，單軸抗壓強度為60～100MPa;CH.80以后為較完整的火成巖，單軸抗壓強度為80～100 MPa。

2 原設計方案面臨的施工難題

由于斜井長、傾角小，實際施工中將面臨以下技術、施工問題和困難:

(1)中導井開挖時采用常規(guī)反井鉆機不能滿足45°傾角，容易產(chǎn)生鉆孔孔向偏差。在開挖階段，采用常規(guī)的先中導井、后擴挖方法，普通反井鉆機的施工傾角范圍為60°～90°，不能滿足45°傾角。既使對反井鉆機進行適當?shù)母倪M，由于鉆桿重力作用和韌性增加，也容易造成鉆孔孔向偏差，從而產(chǎn)生大量超挖的風險。

(2)采用人工鉆爆正導井法施工中導井，工期長、安全隱患較大。

(3)采用爬罐反導井施工中導井，斜井較長，爬罐投入成本相對較高，需結(jié)合人工正導井施工，安全隱患大。

(4)傾角45°的斜井在人工鉆爆擴挖階段容易出現(xiàn)石渣堆積堵井現(xiàn)象，清渣相對困難，工作量大，安全隱患較大。

(5)在混凝土施工階段，45°斜井為非常規(guī)斜井，需加工滿足該傾角要求的特殊的斜井滑模，生產(chǎn)成本相對較高。

(6)由于該斜井設計為無鋼筋混凝土襯砌，重力作用下“頂拱”部位容易產(chǎn)生混凝土與巖面脫空現(xiàn)象，相對普通豎井滑模施工難度大、工期長。

胡魯項目開工前期由于各種非承包商原因?qū)е鹿こ坦て谝欢葴?，為?jié)省生產(chǎn)成本、趕回工期，解決上述困難，承包商同咨詢工程師進行了多次商談，擬將斜井修改為豎井并承諾自行承擔修改段因隧洞增長等產(chǎn)生的額外費用，該方案可縮短兩個月的施工工期。

3 將斜井修改為豎井的設計方案

3.1 工程師和業(yè)主對修改方案的要求

咨詢工程師要求承包商提供初步的將斜井修改為豎井的設計方案，并要求修改前后不能減小發(fā)電出力水頭。業(yè)主根據(jù)其在某個類似的水電站豎井滲漏影響到地下廠房的案例，在提交了第三版設計后要求承包商將引水發(fā)電隧洞豎井向上游方向移60m，以減小豎井將來可能產(chǎn)生的滲漏對地下廠房造成的不利影響。

3.2 承包商修改設計的目的

承包商在設計過程中綜合考慮了以下因素:

(1)修改后的豎井能采用常規(guī)的機械設備進行開挖支護、混凝土襯砌和灌漿等施工，從而減少設備的投入成本;修改后的施工技術方案成熟可控、經(jīng)濟、工期短、安全，綜合效益高。

(2)綜合平衡修改前后的工程總造價，包括在上下平段設置適當?shù)钠露纫詼p少豎井長度，減小彎段轉(zhuǎn)彎半徑等，使工程師和業(yè)主在經(jīng)濟方面能接受修改方案。

(3)盡量減小對未修改部位的影響，包括保持壓力鋼管長度和內(nèi)徑不變等。

3.3 承包商的設計方案

根據(jù)總水頭損失計算，將斜井修改為豎井后隧洞總長度將加長。在其它條件不變的情況下，總水頭損失將增加，這不符合咨詢工程師和業(yè)主的要求。解決的辦法之一是增大隧洞直徑，但這將導致生產(chǎn)成本增加。

經(jīng)過反復進行方案分析和經(jīng)濟比較并與工程師和業(yè)主多次商談后，在承包商提交第5版設計意見和相關的計算說明書后，工程師和業(yè)主最終同意了修改后的引水發(fā)電隧洞由上平段、上彎段、豎井段、下彎段、下平段構(gòu)成，上平段和上下彎段的主要開挖斷面均為馬蹄形，豎井為圓形，開挖直徑均為5.5m，襯砌厚度30cm，襯砌后斷面為直徑4.9m的圓形。鋼襯段基本保持了原設計參數(shù)，長109.36m，開挖直徑為5.1m 的馬蹄形，襯砌后主要為4.5m的圓形，其中尾部9m鋼襯為一漸變段，從直徑4.5m漸變?yōu)?.48m，能與蝸殼對接(圖2)。

4 設計方案修改前后的綜合比較

4.1 將斜井改為豎井后采用的主要施工方法

斜井改豎井后，主要采用以下施工方法:

(1)采用中國煤建生產(chǎn)的BRC300型反井鉆機施工部分彎段和豎井段直徑為1.4m的中導井，然后采用人工自上而下鉆爆擴挖至設計線。

(2)采用國內(nèi)定制的異形鋼模板施工上下彎段襯砌混凝土，采用普通豎井滑模施工豎井混凝土。

(3)采用國內(nèi)定制的豎井吊籃進行豎井灌漿和缺陷修補施工。

圖2 業(yè)主批復的修改設計圖

(4)采用卷揚機配軌道進行下平段的鋼襯安裝(設計方案修改后還避免了在斜井段安裝鋼管，避免了壓力鋼管和豎井襯砌之間對施工工期的影響)。

(5)修改前后的對比情況見圖3。

圖3 斜井修改為豎井后的3D視圖

以上施工方法機械化程度高，設備安裝和拆卸便捷，操作簡單，技術成熟、可控，對比修改前的斜井施工具有更經(jīng)濟、施工工期短(比原計劃提前2個月完成)和施工更安全的優(yōu)點。

4.2 斜井改為豎井后的經(jīng)濟性分析

設計修改后工程量的變化導致工程產(chǎn)值發(fā)生了變化，表1主要列舉了開挖、襯砌、灌漿導致的產(chǎn)值變化和實際產(chǎn)值影響。由于圍巖條件較好，支護工程量變化不大，故未將其列入比較。

從表1分析得出以下結(jié)論:設計修改后單條引水發(fā)電隧洞長度增加了59.49m，除鋼襯段外開挖斷面和襯砌斷面均變大了，工程造價相應增加了約86萬馬幣。胡魯項目的工程師和業(yè)主在實際工程結(jié)算中對引水隧洞采用了原單價，開挖和襯砌的工程量以實際長度進行了結(jié)算，對噴護、錨桿、灌漿等工程量也以實際發(fā)生量進行了結(jié)算，承包商因此增加了約173萬馬幣的產(chǎn)值收入。

5 結(jié)語

水電站地下引水發(fā)電隧洞采用斜井一般比豎井更節(jié)省投資，可使開發(fā)商受益。胡魯項目承包商為趕回滯后工期，解決小傾角、長斜井的相關施工難題，將斜井成功地修改為豎井，取得了以下效果。

表1 方案修改后經(jīng)濟性分析比較表

(1)保證了電站原設計的裝機容量不受影響。

(2)使施工難度降低，工期縮短，確保了工程按期發(fā)電。

(3)有效避免了在擴挖過程中石渣堵塞導井等安全隱患，機械化程度高，施工更安全。

(4)降低了開挖、襯砌、灌漿和金屬結(jié)構(gòu)的施工直接成本和間接成本，又額外增加了產(chǎn)值，綜合效益值約500萬馬幣，折合人民幣950萬人民幣。