黑龍江省某抽水蓄能電站施工支洞設(shè)計(jì)

李葉，李志國(guó)

（1.遼寧省河庫(kù)管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 概 述

抽水蓄能電站中布置施工支洞是為了方便地下洞室、輸水系統(tǒng)的開(kāi)挖，增加施工工作面，加快施工進(jìn)度。同時(shí)，部分施工支洞也會(huì)作為檢修通道等成為永久洞室。本文以黑龍江省某抽水蓄能電站為例，論述施工支洞設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

黑龍江省某抽水蓄能電站位于黑龍江省哈爾濱市附近，裝機(jī)容量為1 200 MW，電站樞紐建筑物主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)和地下廠房系統(tǒng)、地面開(kāi)關(guān)站等組成。在上、下水庫(kù)之間的山體內(nèi)，布置兩套獨(dú)立的輸水系統(tǒng)，每套輸水系統(tǒng)由引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)組成，引水、尾水系統(tǒng)均采用一洞三機(jī)的布置形式。地下廠房系統(tǒng)分為主體洞室和附屬洞室，主體洞室包括主廠房洞、主變洞和尾閘洞，附屬洞室主要由母線洞、進(jìn)廠交通洞、通風(fēng)洞、電纜兼排風(fēng)豎井、交通聯(lián)絡(luò)洞、排風(fēng)平洞、排水廊道等組成。

2 施工支洞設(shè)計(jì)

2.1 軸線布置

臨時(shí)施工支洞布置將直接影響到施工工期與工程造價(jià)。根據(jù)施工總進(jìn)度安排、地形地質(zhì)條件及各洞室的相互關(guān)系，確定施工支洞布置原則：應(yīng)便于施工，保證工程進(jìn)度；盡量利用永久洞室作為施工通道，并在施工支洞上再分岔洞，或與永久洞室相結(jié)合，以最大限度減少臨建工程量；應(yīng)盡量滿足不同高程、不同洞室施工的特點(diǎn)與需要；施工支洞與永久工程洞室的交叉部位應(yīng)留有足夠的巖層厚度，保證施工支洞具有可靠的成洞條件。

根據(jù)該工程地下廠洞系統(tǒng)的布置情況及施工程序的安排，永久洞室可以作為廠房上部主要施工通道的通風(fēng)洞和廠房中部主要施工通道的交通洞。

除上述永久通道外，為滿足施工需要，布設(shè)了5 條施工支洞，如圖1 所示。

圖1 施工支洞平面布置圖

1）1 號(hào)施工支洞起點(diǎn)為露天洞口，終點(diǎn)為引水系統(tǒng)上平段事故閘門(mén)井與上水庫(kù)進(jìn)/出水口之間，長(zhǎng)度為1 700.0 m，平均縱坡為7.46%。該支洞作為上水庫(kù)進(jìn)/出水口、引水系統(tǒng)上平段開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌、鋼管安裝等的施工通道。

2）2 號(hào)施工支洞起點(diǎn)為1 號(hào)施工支洞，終點(diǎn)為引水系統(tǒng)上平段事故閘門(mén)井與豎井段之間，長(zhǎng)度為207.0 m，平均縱坡為5.31%。該支洞作為引水事故閘門(mén)井、引水系統(tǒng)上平段、引水豎井開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌、鋼管安裝等的施工通道。

3）3 號(hào)施工支洞起點(diǎn)為廠房交通洞，終點(diǎn)為引水系統(tǒng)下平段，長(zhǎng)度為358.0 m，平均縱坡為5.53%。該支洞作為引水系統(tǒng)豎井段開(kāi)挖、下平段、引水岔管及支管段開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌、鋼管安裝等的施工通道。

4）4 號(hào)施工支洞起點(diǎn)為3 號(hào)施工支洞，終點(diǎn)為地下廠房下部，長(zhǎng)度為163.0 m，平均縱坡為7.30%。該支洞作為廠房下部主要施工通道。

5）5 號(hào)施工支洞起點(diǎn)為交通洞，終點(diǎn)為尾水系統(tǒng)主洞，長(zhǎng)度為571.0 m，平均縱坡為6.90%。該支洞作為廠房底部、尾水支洞、尾閘室、尾水岔管、尾水調(diào)壓井、尾水主洞的主要施工通道。

2.2 縱坡設(shè)計(jì)

支洞的最大縱坡應(yīng)滿足NB/T 10333—2019《水電工程場(chǎng)內(nèi)交通道路設(shè)計(jì)規(guī)范》，見(jiàn)表1。在受條件限制段，采取相應(yīng)措施后，可增加最大縱坡。

表1 支洞的最大縱坡

支洞不同的最大坡長(zhǎng)應(yīng)滿足NB/T 10333—2019 的相應(yīng)規(guī)定，見(jiàn)表2。支洞連續(xù)上坡或下坡時(shí)，應(yīng)在不大于表2 所規(guī)定的縱坡長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置緩和坡段，緩和坡段的縱坡不應(yīng)大于3.00%，其長(zhǎng)度不應(yīng)小于50.0 m。

手術(shù)操作屬于侵入性操作會(huì)對(duì)患者身心健康產(chǎn)生不良影響，同時(shí)也會(huì)加大患者感染發(fā)生率，容易引發(fā)性功能障礙、排尿困難等病癥，嚴(yán)重影響患者預(yù)后，因此，為了加快患者機(jī)體素質(zhì)好轉(zhuǎn)，必須采取有效的感染防控措施[1] 。此次研究旨在分析在我院婦產(chǎn)科接受手術(shù)治療的患者圍手術(shù)期應(yīng)用護(hù)理干預(yù)所產(chǎn)生的護(hù)理效果，做如下報(bào)道。

表2 支洞不同的最大坡長(zhǎng)

2.3 橫斷面形式及尺寸確定

施工支洞的斷面形式主要考慮到結(jié)構(gòu)安全，故大多采用門(mén)洞形，又稱圓拱直墻形或城門(mén)洞形。該形式的優(yōu)勢(shì)在于較大的鉛直方向的巖石壓力由頂拱承擔(dān)，平底直墻便于施工、維修[1]。

施工支洞尺寸的主要制約因素：金屬結(jié)構(gòu)的尺寸；施工機(jī)械及運(yùn)輸車輛的通行；施工支洞及地下洞室的通風(fēng)；施工支洞及地下洞室的供水、排水；是否布置檢修道或人行道[2]。

地下廠房和輸水系統(tǒng)部分的金屬結(jié)構(gòu)大部分需要通過(guò)施工支洞運(yùn)輸，且個(gè)別金屬結(jié)構(gòu)尺寸巨大，因此，金屬結(jié)構(gòu)的尺寸對(duì)施工支洞尺寸的影響最為重要。

以該抽水蓄能電站1 號(hào)施工支洞為例，該施工支洞主要運(yùn)輸?shù)拇蟪叽缃饘俳Y(jié)構(gòu)為輸水系統(tǒng)上平段的鋼管，鋼管橫斷面為直徑7.0 m 的圓形，每節(jié)鋼管長(zhǎng)度為3.0 m，支洞頂部布置通風(fēng)管道，側(cè)邊布置供風(fēng)管和供水管，道路一側(cè)布置排水溝，斷面布置形式見(jiàn)圖2。

圖2 1 號(hào)施工支洞斷面布置型式（單位：mm）

2.4 支護(hù)方式

施工支洞混凝土襯砌應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件及支洞不同部位確定不同的支護(hù)形式。以該抽水蓄能電站為例，5 條施工支洞圍巖以Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類為主，洞口段、斷層段、交叉段為重點(diǎn)防護(hù)部位，具體支護(hù)方式如下。

1）洞口段、斷層段、硐室交叉段支洞采用噴錨支護(hù)形式：掛網(wǎng)噴厚度為0.2 m 的C20 混凝土，掛?8@0.2 m×0.2 m雙層鋼筋網(wǎng)；系統(tǒng)采用?22@1.5 m×1.5 m 普通砂漿錨桿，每節(jié)錨桿長(zhǎng)度為4.5 m，呈梅花形布置；系統(tǒng)采用?50@3.0 m×3.0 m 排水孔，排水孔長(zhǎng)度為3.0 m，呈梅花形布置；頂拱及邊墻采用厚度為0.6 m 的C25 二級(jí)配鋼筋混凝土襯砌；路面混凝土采用厚度為0.2 m 的C30 二級(jí)配混凝土；鋼支撐采用I20 工字鋼，間距為1.0 m，鋼支撐焊接?25 鋼筋；薄弱段加?42 超前小導(dǎo)管，導(dǎo)管長(zhǎng)度為4.5 m，環(huán)向間距為0.4 m。

2）Ⅱ類圍巖段采用噴素混凝土+隨機(jī)錨桿的支護(hù)形式：頂拱及邊墻素噴厚度為0.1 m 的C20 混凝土；路面混凝土采用厚度為0.2 m 的C30 二級(jí)配混凝土；頂拱隨機(jī)錨桿采用?22@1.5 m×1.5 m 的普通砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為4.5 m；頂拱系統(tǒng)采用?50@3.0 m×3.0 m的排水孔，排水孔長(zhǎng)度為3.0 m，呈梅花形布置。

3）Ⅲ類圍巖段采用系統(tǒng)噴錨+混凝土襯砌的支護(hù)形式：頂拱及邊墻掛網(wǎng)噴厚度為0.2 m 的C20混凝土，掛?8@0.2 m×0.2 m 雙層鋼筋網(wǎng)；路面混凝土采用厚度為0.2 m 的C30 二級(jí)配混凝土；系統(tǒng)采用?22@1.5 m×1.5 m 的普通砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為4.5 m，呈梅花形布置；系統(tǒng)采用?50@3.0 m×3.0 m的排水孔，排水孔長(zhǎng)度為3.0 m，呈梅花形布置。

4）Ⅳ類圍巖段采用系統(tǒng)掛網(wǎng)噴錨+混凝土襯砌+鋼格柵的支護(hù)形式：頂拱及邊墻掛網(wǎng)噴厚度為0.2 m 的C20 混凝土，掛?8@0.2 m×0.2 m 雙層鋼筋網(wǎng)；路面混凝土采用厚度為0.2 m 的C30 二級(jí)配混凝土；系統(tǒng)采用?22@1.5 m×1.5 m 的普通砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為4.5 m，呈梅花形布置；系統(tǒng)采用?50@3.0 m×3.0 m的排水孔，排水孔長(zhǎng)度為3.0 m，呈梅花形布置；鋼支撐采用I20鋼格柵，間距為1.0 m，鋼支撐焊接?25 鋼筋；回填灌漿采用長(zhǎng)度為0.9 m的鉆孔；頂拱及邊墻采用厚度為0.6 m 的C25 二級(jí)配混凝土襯砌。

3 施工進(jìn)度

支洞的施工進(jìn)度安排應(yīng)與施工總進(jìn)度相互協(xié)調(diào)，保證各項(xiàng)目施工程序前后兼顧、銜接合理、干擾少、施工均衡。抽水蓄能電站以地下洞室工程施工為主，施工支洞應(yīng)圍繞著地下廠房洞室的工程安排工期[3]。

該工程計(jì)劃籌建期為18 個(gè)月，主要為承包單位進(jìn)場(chǎng)施工創(chuàng)造條件，其中，工程準(zhǔn)備期為6 個(gè)月，主要為各項(xiàng)主體工程施工作準(zhǔn)備。主體工程施工期為57個(gè)月，施工期內(nèi)基本完成所有的土建工程、金屬結(jié)構(gòu)安裝工作，同時(shí)，進(jìn)行上、下水庫(kù)初期蓄水，以及第一臺(tái)機(jī)組的安裝、調(diào)試及發(fā)電。工程完建期為9個(gè)月，主要完成剩余機(jī)組的安裝、調(diào)試與發(fā)電。計(jì)劃建設(shè)總工期為84 個(gè)月，其中，支洞施工工期為20個(gè)月，貫穿工程籌建期、工程準(zhǔn)備期、主體工程施工期。具體支洞施工進(jìn)度安排見(jiàn)圖3。

圖3 支洞施工工期示意圖

4 施工方法

支洞施工前應(yīng)開(kāi)展安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，辨識(shí)施工過(guò)程中的主要危險(xiǎn)源及危害因素，制定安全防護(hù)措施，并實(shí)施動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制和跟蹤處理。施工支洞不良地質(zhì)段應(yīng)遵循“早預(yù)報(bào)、預(yù)加固、弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤測(cè)量、快襯砌”的原則施工[1]。

1）土方明挖

土方明挖采用132 kW 推土機(jī)集料，3 m3裝載機(jī)裝20 t自卸汽車運(yùn)，并運(yùn)至表土?xí)捍鎴?chǎng)或棄渣場(chǎng)。

2）石方明挖

石方明挖采用液壓履帶鉆鉆孔爆破，132 kW推土機(jī)集料，3 m3裝載機(jī)裝20 t 自卸汽車運(yùn)輸，并將棄渣運(yùn)至棄渣場(chǎng)，有用料運(yùn)至施工區(qū)直接利用或運(yùn)至?xí)捍鎴?chǎng)暫存。

3）石方暗挖

石方暗挖采用三臂鑿巖臺(tái)車或手風(fēng)鉆鉆孔進(jìn)行全斷面開(kāi)挖及光面爆破，2 m3側(cè)卸式裝載機(jī)裝20 t 自卸汽車運(yùn)輸，并將棄渣運(yùn)至棄渣場(chǎng)，有用料運(yùn)至施工區(qū)直接利用或運(yùn)至?xí)捍鎴?chǎng)暫存。

4）混凝土襯砌

施工支洞混凝土襯砌采用平移式鋼模臺(tái)車或組合模板澆筑，混凝土采用3 m3混凝土攪拌車運(yùn)輸至各工作面，30 m3/h 混凝土泵泵送入倉(cāng)。

5）施工通風(fēng)、防塵、排水

施工支洞通風(fēng)散煙的優(yōu)劣直接關(guān)系到施工作業(yè)人員的健康狀況，而且通風(fēng)效果直接影響地下洞室群的施工速度。獨(dú)頭工作面掘進(jìn)的施工支洞需在洞口布置軸流風(fēng)機(jī)，給工作面供風(fēng)。為了降低洞內(nèi)粉塵及有害氣體濃度，洞內(nèi)作業(yè)的裝載機(jī)和自卸汽車均需安裝空氣凈化裝置，以減少?gòu)U氣的排放。開(kāi)挖采用濕式鉆孔，爆破噴霧降塵。出渣時(shí)向渣堆灑水，并保持路面濕潤(rùn)。逆坡的施工支洞采用水泵集中排水，較長(zhǎng)施工支洞設(shè)置集水坑，采用接力式抽排。正坡的施工支洞可沿洞腳挖設(shè)排水邊溝，利用排水邊溝排水。

5 結(jié)語(yǔ)

合理設(shè)計(jì)、規(guī)范施工對(duì)于保障抽水蓄能電站的建設(shè)質(zhì)量和施工安全具有重要意義。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和工程實(shí)踐的積累，我們?nèi)孕鑼?duì)支洞設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)行更深入的探討。未來(lái)，我們期望在支洞設(shè)計(jì)理論、新型支洞施工方法、智能化監(jiān)控技術(shù)等方面取得更大的突破，為抽水蓄能電站的建設(shè)提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。