云南木星土水電站引水隧洞Ⅱ標風、水、電的布置

曾小東

(中國人民武裝警察部隊水電第十一支隊,四川成都 610036)

1 工程概況

木星土水電站是尼汝河流域梯級開發的第四級電站,位于云南省迪慶州香格里拉縣東部的洛吉鄉境內,施工現場正常蓄水位高程 1910.50m,總庫容 46.87萬 m3,系日調節水庫。電站裝機容量為 120MW。本合同工程為木星土水電站引水隧洞及調壓井土建工程施工第 II標段(以下簡稱II標),合同工期為 2007年元月 15日開工,2010年 12月 31日完工。主要包括引水隧洞(樁號 Y6+318.000(但不限于)～出口樁號 Y9+525.000段,洞徑為 4.4m全圓形斷面,向上游方向坡度為0.9%)土建工程施工、引水隧洞及調壓井通風洞出口邊坡土建工程施工,以及 2#施工支洞的設計、施工等。最終確定 2#施工支洞與引水隧洞相交于整樁號 Y8+765位置,與主洞夾角 122°,支洞全長約 668m。2#施工支洞進洞口離引水隧洞合同樁號最大單邊距離為 3115m(圖 1),由于 II標施工區處于林區,方圓 10km內無村民居住,進場后施工道路、供電、供水等皆需自行解決。2#施工支洞進洞口高程為 1868.00m,金沙江江水面高程為 1500m左右,2#施工支洞進洞口與金沙江江水面垂直高程相差約 368m,直線距離約 1500m,決定了施工中供風、供水和供電都非常困難,筆者就項目部如何解決這一問題進行了闡述。

2 地質情況

II標引水隧洞區的可溶巖為三迭系中統(T21-b)巨厚層結晶灰巖,分布于木星土斷層 F48的南東盤,區內降水量較充沛,植被發育,屬巖溶發育地區。從溶洞分布高程范圍看,區內巖溶發育貫穿于河谷發育的多個階段,有多層巖溶分布。硬巖巖溶較為發育,可能揭穿巖溶管道而存在管涌問題。引水隧洞橫穿尼汝河與金沙江的分水嶺,尼汝河與金沙江的分水嶺山脊高程為 2857.00～3567.00 m,與河谷高差最大達 2000余 m,系高中山峽谷地貌。引水線路地形起伏大,坡度陡,大部分為 40°以上的陡坡,發育陡崖、峭壁。

3 風、水、電的解決措施

3.1 施工供水的解決措施

II標所處地段為尼汝河與金沙江的分水嶺,2#支洞進洞口高程為 1868.00m,與金沙江面高程相差約 368m,處于山體半腰。為解決施工用水,招標文件要求采用多級泵站從金沙江抽水。項目部進場后,經過多方考察,提出了以下兩種方案:

(1)采用兩級泵從金沙江抽水并設置兩級泵站,安排兩個值班員,配備好通信設備。每級泵站功率均為 80DL20×10型泵,該泵流量為 50m3/h,揚程為 200m,功率為 55kW二級泵,站設在高程 1700.00m處,同時在該處設置一個 50m3的中轉水池,施工用水池設在 2#支洞上方高程為 1900.00m處。從第一級泵站至施工用水池處共需用抽水管道 1800m,備用水泵 2臺。

圖1 引水隧洞施工示意圖

(2)從山的另一側架水管引水,需水管長約 5 km,水源為山中滲水,經檢驗符合飲用標準,水源處雨季水量充足,引水管道處于過流狀態;旱季水量相對較少,每小時流量約 0.75m3,澆筑時可能水量不足,需另外用水車拉水補給。

采用方案(1)需固定人員值班抽水。而 II標的施工特點為施工周期長,用水的單日消耗量不大,運行費用較高,約需 50萬元人民幣。采用方案(2)首次投入相對較大,架管困難,但運行費用非常低,僅提供當地村民的養護金,共需資金不到20萬元人民幣。采用方案(2)還有幾個優點:一是從引水管道中流出的水可以直接作為生活和工作用水,二是在隧道開挖過程中如有滲水還可加以利用。

根據以上分析,II標采用了方案(2)。在開挖過程中,除分別在 2#施工支洞及引水隧洞中各發現一處小溶洞有滲水外,其余地方基本沒有發現滲水現象。為了使施工及生活用水更加充足,II標將此兩處滲水全部引出洞外使用。為解決旱季施工用水不足的問題,II標還采用了兩種方式節約用水:一是將空壓機的循環水抽到高壓水池做施工用水,同時將施工用水做冷卻循環水;二是在鉆機成孔過程中將廢水重復利用,從而確保了施工及生活用水。

3.2 施工供電的解決措施

由于 II標 2#施工支洞進洞口離引水隧洞合同樁號最大單邊距離為3115m,洞內用電設備主要有施工照明、扒碴機、輸送泵等;洞外用電設備主要有空壓機、風機、打砂、篩分、拌和系統等,用電量都非常大。根據要求,低壓側用電線路最佳距離不超過 600m;當用電距離超過 1000m時,大型用電設備起動和運行都非常困難,加之 II標使用的是農網供電,供電系統大部分時間都不穩定,變壓器出口電壓有時不足 340V。為了解決這一問題,II標采用了以下方法:

由于高壓進洞相對較危險,接頭處理和變壓器安放都存在一定的困難,為了盡量少用或避免采用高壓進洞,II標從貴陽一變壓器廠引進了升壓變壓器,其理論為:當進線電壓低于 300V時,采用升壓變壓器將電壓升高,以滿足用電設備正常運行。通過試驗證明,并非電壓升上去后設備就能正常運行,升壓變壓器離低壓出口的距離不能太遠,如果此段距離太遠,雖然從升壓變壓器出口測出的電壓能達到 400V以上,但扒碴機仍然不能起動。當升壓變壓器距低壓線出口距離在700m附近時,扒碴機能正常起動和運行。

根據能量守衡原理,如果進行第二次升壓,其電壓升上去后電能不一定能滿足用電設備的正常需要。為了在第二次升壓后設備能正常運轉,根據升壓變壓器廠家的推薦,II標又在第一級升壓變壓器處加設了一無功補償裝置,電量經過補償裝置后即能輸送出滿足要求的電壓和電流,使用電設備正常運行。經過再次升壓后,從降壓變壓器接出的低壓線就能單邊供電 2000余 m。

II標因征地協調等原因進場時間比招標要求時間晚了兩個多月。由于業主要求總體工程完工時間不變,為了不影響工程的正常施工,加之引水隧洞非常干燥,II標未進行第三次升壓試驗,而采用了 1000m的高壓電纜進洞。通過高壓電纜進洞與采用二次升壓變壓器相結合的方式,完全解決了單邊隧洞施工距離為 3115m的用電問題。

3.3 施工供風(排煙)的解決措施

隧洞施工中,施工排煙一直是施工中的難題,尤其是單邊施工距離較長的隧洞。鑒于該標段隧洞較長,若使施工過程中排煙效果達到要求,施工前提出了兩種方案:(1)有軌出碴;(2)無軌出碴。有軌出碴為采用扒碴機將碴料上車,用電瓶機車帶動軌道車出碴;無軌出碴為采用扒碴機將碴料上車,用動力汽車出碴。現將兩種出碴方式進行比較如下:有軌出碴時,電瓶機車不產生廢氣,而動力汽車出碴則產生尾氣。但是,II標施工現場離最近的縣城(玉龍縣)相距 180km,且有 90km的土路,如果采用有軌出碴,枕木、鋼軌、兩臺電瓶機車等運到現場需兩個多月,機車的運行、維修等需技術工人較多,總成本不低于 280萬元人民幣,且設備在本工地運行后很難找到類似的工程,本工程結束后將造成資本閑置;無軌出碴所需車輛便于購置,在運行中靈活,工程結束后可轉移至下個工地或就地處理,總成本不超過 100萬元人民幣,但隨著施工的進展,必須每隔一定的距離在引水隧洞中開挖倒車洞,隧洞開挖結束后還需將倒車洞用漿砌石和混凝土進行回填,在出碴過程中排煙的難度增大,出碴速度相對較慢。

經綜合考慮后 II標施工采用了無軌出碴。由于采用此項措施施工可節約成本近三分之二,所以排煙的成本就要相應的增加。II標施工排煙采用的方法分以下幾個步驟:(1)在 2#支洞施工時,采用兩級功率為50kW的通風機,根據通風情況決定采用一級還是兩級;(2)在引水隧洞上下游各開挖 50m后,上游采用兩級、功率為 75 kW的通風機,下游采用兩級、功率為 50kW的通風機;(3)當調壓井導洞開挖到位時,下游也已開挖到位,上游開挖 1200m,此時,將兩級功率為75kW的通風機安放到 2#施工支洞與引水隧洞交叉處,供下游通風的兩級、功率為 50kW的通風機采用接力方式為上游的通風機供風,以此滿足施工上游排煙的目標。另外,由于通風洞導洞開挖完成,引水隧洞開挖掌子面空氣相對比較清新,能滿足正常呼吸,達到了排煙效果。

4 結 語

II標風、水、電問題的解決措施在其它不同的施工環境中可以得到不同的應用,例如隧洞單邊施工長度較長時,能找出相對薄弱的地方形成煙囪效應,使排煙問題得到很好的解決。另外,在施工排煙的接力過程中,不能將上級風帶的出口和下級風機相連,必須有 40cm以上的間距;升壓變壓器在滲水嚴重、巖石破碎、單邊施工距離不超過2000m的隧洞中既能節約成本,又能保證安全;將空壓機冷卻水利用好、把打鉆成孔的廢水循環利用是深山中隧洞開挖缺水時的好方法。

今后的水利水電工程施工條件將更加惡劣,可能遇到的問題將更多,只要充分利用所學的科學知識,不斷探索,努力創新,就會有新方法、新工藝問世,水利水電工程也將得到更好的發展。