吉牛水電站引水隧洞開挖與混凝土襯砌平行作業施工技術

吳 高 明， 何 承 俊， 劉 濤

(四川革什扎水電開發有限責任公司，四川 丹巴 626302)

1 概 述

吉牛水電站位于四川省甘孜州丹巴縣革什扎河干流上，是革什扎河“一庫四級”水電開發方案的最后一級，為日調節低閘引水式電站，由首部樞紐、引水系統、廠房樞紐組成，裝配2臺沖擊式機組，總裝機容量240 MW。電站發電工期為32個月。引水隧洞為該工程的關鍵線路，全長22.377 km，為亞洲最長的引水發電隧洞之一，沿線設有1#～10#共計10條施工支洞(隧洞特性詳見表1)。隧洞斷面為城門洞形，開挖斷面尺寸為(5.9～6.8)m×(5.95～6.8)m(寬×高)，Ⅱ、Ⅲ類圍巖段采用底板澆筑素混凝土，邊頂拱為錨噴支護，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌后成型斷面為5.6 m×5.6 m。

表1 吉牛水電站引水隧洞特性表

引水隧洞布置于河道左岸，沿線山體雄厚，先后穿越燕窩溝斷層、大桑斷層和水子斷層共三條區域性斷層，線路布置主要受簡歷溝、大桑滑坡控制。

沿線出露地層主要有震旦系、志留系部分巖組，地質情況復雜，除簡歷溝以上洞段主要為較堅硬的厚～巨厚層變粒巖外，其余洞段巖性一般軟硬相間，具互層狀結構。

經現場取樣進行云母含量測定得知，巖石樣本中云母平均含量為28%，最高含量達39%。

2 施工方案及控制要點

2.1 施工方案

在對吉牛水電站引水隧洞施工方案和工期進行深入細致的分析和論證的基礎上，確定了引水隧洞施工采用 “開挖與混凝土襯砌平行作業”的施工方案，以縮短直線工期。該方案的總體思路主要是以開挖為主，襯砌為輔，即在隧洞施工過程中，以隧洞鉆爆開挖施工為中心，輔以混凝土襯砌。為使方案能夠得以順利實施，必須選定合適的底板棧橋及鋼模臺車。

(1)底板棧橋的選定。在引水隧洞開挖過程中，提前進行底板混凝土澆筑，為避免混凝土澆筑對掌子面開挖交通運輸產生的影響，需在澆筑倉號部位架設可移動式鋼棧橋，以形成互不干擾的立體施工作業面。鋼棧橋需穩固可靠，在小斷面環境下要能確保各類車輛和設備通行自如，同時能保證橋下施工的安全和施工空間。

結合洞內分縫尺寸，一種方式為采用澆筑跨度為12 m的自行式棧橋，其主要優點在于棧橋在澆筑完本倉面后可自行移動至下一倉面，不需要其他輔助機械或人員的參與，機械化程度高，從而可以節約原本就顯得緊張的資源，且單倉工序作業時間短，能較好的與洞挖工序相匹配；第二種方式為采用澆筑跨度為24 m的非自行式棧橋，其主要優點在于單倉面長度大，工作面大，故底板清理、鋼筋綁扎等工作效率高；但施工難度大且單倉工序作業時間長，對洞挖工序銜接有一定影響。結合吉牛水電站引水隧洞工程兩種棧橋的實際使用情況，并綜合考慮工期、資源、底板清理及工序銜接匹配等因素，最終認定第一種方式的棧橋方案要優于第二種方式的棧橋方案，并最終選擇了第一種方式。

所選定的鋼棧橋的主體結構由貝雷架組成，設計承重50 t；鋼棧橋長30.7 m，寬3.7 m，按澆筑一倉(12 m)底板混凝土設計；采用液壓控制，具備上、下、左、右調整功能，行走采用電控專用小車，就位無需人工鋪軌，1人即可操控，循環就位時間<10 min；橋面板中間設有通長均寬80 cm的開口，用于常態混凝土的下料；高度可調節，最大高度為1.5 m，以利于鋼筋綁扎、混凝土收面等施工；兩端設引橋，坡度可調節。具體結構見圖1。

圖1 棧橋縱剖面結構圖(單位：cm)

(2)鋼模臺車的選定。在鋼模臺車滿足荷載剛度的條件下，充分優化支撐系統，使臺車底部能自由穿行各類施工車輛和設備，同時也給通風設施預留充足的空間。

為滿足各類施工車輛和設備(如挖掘機、裝載機、8 m3水泥罐車等)的自由通行，結合隧洞尺寸綜合考慮，最終確定的鋼模臺車門 架 尺 寸 為3.7 m(寬)×4 m(高)。為充分利用洞內有限的空間，同時不影響臺車門架下車輛的通行，將洞挖供風、供水及排水管路布置于底板邊角或懸掛于鋼模臺車立柱上，將電纜線布設在混凝土邊墻上。具體結構見圖2。

圖2 臺車橫剖面結構圖(單位：cm)

2.2 施工控制要點及說明

吉牛水電站引水隧洞工程施工采用“隧洞開挖與襯砌平行作業”的施工方案，旨在縮短工期并提高工程精細化管理水平，保證在中小型隧洞施工過程中具有良好的通過性和混凝土襯砌的整體連續性，方案控制要點主要為以下幾點：

(1)嚴控關鍵線路及洞挖工序。吉牛水電站引水隧洞施工的關鍵線路為2下3上、3下4上、4下5上、5下6上、6下7上、8下9上(數字：施工支洞編號；上：施工支洞上游工作面；下：施工支洞下游工作面)。洞內施工次序為：洞挖施工→底板混凝土澆筑→邊墻混凝土澆筑→邊頂拱襯砌。單個循環洞挖施工主要工序依次為：測量放線→鉆孔→裝藥爆破→出渣(含通風散煙)→排險，單循環時間控制在12 h內(測量放線0.5 h、鉆孔3 h、裝藥爆破2 h、出渣5 h、排險1 h)，每天實現兩個循環，確保進度要求。

(2)嚴控主、次要工作。隧洞施工以洞挖工作為主，在平行作業出現較大干擾時，襯砌施工為洞挖施工讓路，故底板清理、鋼筋綁扎、混凝土澆筑及棧橋、臺車行走等均安排在洞挖鉆孔期間進行。爆破后出渣時，出渣車從棧橋上通行以保護剛澆筑的底板混凝土，考慮到洞內交通能力以及煙塵較大等因素，襯砌工作面暫停施工。

(3)嚴控安全防護距離。齡期1～3 d混凝土的質點允許振動速度小于1.2 m/s。根據質點振動速度傳播規律經驗公式，計算得出其安全距離為70 m，即在不傷害混凝土質量的情況下，底板混凝土澆筑與洞挖施工距離不得小于70 m。實際施工中，考慮保險系數、避車洞設置、實際施工條件等，安全防護距離取100 m。

(4)做好已澆筑混凝土的防護。底板混凝土采用移動式鋼棧橋每12 m一段進行澆筑，按1倉/3 d進行；底部邊墻混凝土采用0.6 m×1.5 m定型鋼模板澆筑，高度0.6 m，按1倉/3 d進行；剩余邊墻及頂拱采用鋼模臺車每12 m一段進行澆筑，按1倉/3 d進行。

混凝土澆筑結束終凝后6～18 h須及時派專人灑水養護，養護時間不得少于14 d；底板和邊頂拱堵頭拆模后，根據設計要求對堵頭進行施工縫處理；邊頂拱鋼模臺車模板拆除后對混凝土缺陷要及時進行處理；設置專人對已澆筑混凝土面進行清掃，以保證混凝土面無石渣等異物，避免混凝土面的磨損破壞；已澆筑底板混凝土面須采用鋪設鋼板或橡膠皮帶保護28 d以上。

(5)做好通風排煙工作。由于平行作業增加了部分工序(如挖掘機清基、混凝土罐車澆筑等)，洞內作業機械增多，由此而導致洞內有害氣體含量增加，因此，洞內應加大通風力度。通過增加接力風機、加大單臺風機功率等措施，加大了通風量，保障了洞內良好的通風環境。此外，施工機械增加了消噪除煙設備，降低了洞內油煙粉塵和雜音量，確保了洞內具備良好的施工環境。

3 實施該施工方案產生的效益

吉牛水電站引水隧洞全線推行的開挖與混凝土襯砌平行作業技術，在保證施工質量的前提下，提高了洞內施工效率，達到了預期效果，在工期、環境、經濟方面效益突出。

3.1 工期效益

洞挖施工與襯砌平行作業，通過合理組織，各循環效率提高，加之襯砌后的底板可極大地改善洞內的交通條件，出渣效率明顯提高，從而提高了洞挖單循環施工工效，縮短了隧洞施工直線工期約6個月。

3.2 環境效益

底板襯砌后，極大地改善了洞內交通條件，洞內文明施工程度明顯改善，通過加強通風等措施，洞內排煙效率提高，空氣質量大幅上升，施工環境明顯改善。

3.3 經濟效益

底板襯砌后，消除了富含云母巖石遇水泥化后重車碾壓造成底板超挖的不利影響，減少了混凝土超填量，在加速混凝土襯砌的同時，節約了投資，取得了良好的經濟效益。本方案的順利實施，減少了底板因受重車碾壓泥化導致的路面碎石換填、混凝土超填損失約896萬元。

4 結 語

吉牛水電站于2011年8月率先在引水隧洞中采用平行作業施工，效果顯著。通過一系列措施的采用，解決了洞內施工的通風排煙問題，同時保證了襯砌質量。平行作業技術已在引水隧洞各標段實施并完成，為隧洞的提前完工創造了良好條件。特別是在富含云母、軟化系數較低的中小型隧洞開挖施工中積累了經驗，對加快工期、改善施工環境、控制投資等有利。但需要注意的是：對成品襯砌混凝土的保護必須制定嚴格的方案和措施，以確保工程質量。