Miguillas水電站引水隧洞施工重難點研究

高德杰

中鐵十七局集團第二工程有限公司

1 工程概況

玻利維亞Miguillas水電站引水隧洞位于南美洲玻利維亞首都拉巴斯附近的因基西維(Inquisivi)省Quime 市Choquetanga 鎮(zhèn)，幾處引水隧洞分別位于Choquetanga Grande區(qū)、Calachaka Jahuira區(qū)以及Capilpata區(qū),海拔3000m左右。該工程主要任務(wù)是修建3條隧洞，累計全長13.216km。其中：1#隧洞全長7261.66m，洞身斷面3.65m×3.65m；在K4+887位置設(shè)橫洞一座，長度230m，斷面寬度3.65m。2#隧洞全長2806m，斷面3.0m×3.0m，該洞與4#隧洞垂直相交；4#隧洞全長2918m，斷面4.0×4.0m。

2 Miguillas水電站引水隧洞施工重難點的控制措施

2.1 工期分析及工作面布置

隧洞項目施工總工期896天。按Ⅰ級、Ⅱ級圍巖平均150m∕月，Ⅲ級圍巖90m∕月，Ⅳ級圍巖60m∕月，襯砌180m∕月的進度指標考慮，關(guān)鍵線路為1#隧洞進口至橫洞區(qū)間，其中進口延續(xù)施工2734m，橫洞向小里程方向施工1653m，推算掘進施工周期23.5月，襯砌施工周期6.1月。

2.2 施工組織方案的比選

2.2.1 人工鉆爆和鑿巖臺車的比選

在作業(yè)效率方面，單臂鑿巖臺車鉆孔時間與4-5 名工人風(fēng)鉆打孔時間大致相當(dāng)，采用多臂鑿巖臺車可縮短作業(yè)時間。根據(jù)調(diào)查，雙臂鑿巖臺車較單臂鑿巖臺車價格高50萬左右，單循環(huán)施工時間大致可縮減1h左右，以及考慮到小斷面、曲線半徑等因素的影響，采用單臂履帶式鑿巖臺車（軌道行走）。

2.2.2 有軌運輸與無軌運輸方案的比選

有軌運輸采用梭式礦車出碴，按一次運輸最大爆破放量考慮，計劃配置2個車斗編組（合計30m3，初步選用型號：長9.54m×寬1.6m×高1.7m，建議加長至12m），控制軌枕+軌道總高度小于50cm（即限高2.2m），以滿足通風(fēng)需要。

有軌運輸時，裝碴、運碴、排險等工序總作業(yè)時間約1h。特別注意的是，扒碴機需加臂以滿足排險功能，要求加臂后舉高不小于3.7m，同時配置破碎錘，具備欠挖處理的功能。

無軌運輸擬采用礦用三輪車，車長3.6m、車寬1.34m，加高后單車運碴量2m3。初支后1#隧洞凈寬最小處2.25m，不能滿足錯車要求，只能單車作業(yè)。出碴按3種方式比選：

（1）15 車一次進洞出碴，扒碴機可連續(xù)作業(yè)，20min（裝碴）+20min（運碴）+20min（排險）=1h，作業(yè)時間與有軌運輸相當(dāng)。

（2）8車2次進洞出碴，扒碴機不連續(xù)作業(yè)，需增加一次等待（40min）+裝碴（10min），單循環(huán)出碴作業(yè)2h。

（3）5-6 車3 次進洞出碴，扒碴機不連續(xù)作業(yè)，需增加2 次等待（40min∕次）+2次裝碴（10min∕次），單循環(huán)出碴作業(yè)3h。

2.3 通風(fēng)方案的選擇

Miguillas水電站引水隧洞項目海拔約3000m，為玻利維亞高原地區(qū)。本工程3條引水隧洞累計全長13.216km。鑒于隧洞施工多用液壓、氣動等設(shè)備，而本項目高海拔對氣動設(shè)備影響較大，隧洞單口最大通風(fēng)距離3.3km，且隧洞斷面小，空間利用率低。在招標文件“技術(shù)標準”中，用風(fēng)指標等各參數(shù)取值均遠大于國內(nèi)標準，造成較大的供風(fēng)量需求，小斷面施工通風(fēng)在大風(fēng)量條件下帶來的巨大風(fēng)阻較難克服，造成設(shè)備選型陷入困境。以下通過一套風(fēng)動設(shè)備折算方法，來確定設(shè)備選型、解決現(xiàn)場通風(fēng)問題。

2.3.1 洞內(nèi)耗風(fēng)總量計算

式中：

Q——總耗風(fēng)量，m3∕min；

a——管網(wǎng)漏風(fēng)系數(shù)。管路全長L≤1km 時，a=1.1；1km＜L≤2km時，a=1.15；2km≤L時，a=1.20；

β——風(fēng)動機械磨耗風(fēng)量增加系數(shù)，一般為1.1～1.15；

r——高原修整系數(shù)，海拔每提高1000m，系數(shù)增加0.1，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為1.00。

n——同型號風(fēng)動機具使用系數(shù)，臺；

k——同型號風(fēng)動機具同時使用系數(shù)；

q——風(fēng)動機具單位耗風(fēng)量，m3∕min。

例如：1#隧洞出口總長2.2km，空壓機計劃1km時進洞，因此最遠供風(fēng)距離按照1km取值；洞口海拔2800m；施工時同時使用3 把 YT-28 風(fēng)鉆（單耗 3.3m3∕min）或 1 臺 12m3∕min 的濕噴機。根據(jù)以上條件，選取對應(yīng)參數(shù)如下：

管網(wǎng)漏風(fēng)系數(shù)：a=1.1。

風(fēng)動機械磨耗風(fēng)量增加系數(shù)：β=1.15（按舊設(shè)備最不利因素考慮）。

高原修整系數(shù)：r=1+0.01%×2900=1.29。

同型號風(fēng)動機具使用系數(shù)：k=0.95（3臺風(fēng)鉆，根據(jù)表格用插值法計算得出）或1.00（濕噴機）。

同型號風(fēng)動機具數(shù)量：n=3（風(fēng)鉆）或1（濕噴機）。

風(fēng)動機具單位耗風(fēng)量：見給定條件3.3m3∕min和12m3∕min。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以得出目前噴漿機用風(fēng)量明顯高于3把風(fēng)槍用風(fēng)量，取12m3∕min用于計算最大用風(fēng)量。

將數(shù)值帶入公式：

根據(jù)計算得出，噴漿作業(yè)時需要風(fēng)量為20.56m3∕min。

高原條件下供風(fēng)計算：

由于項目地處高原地區(qū)，供風(fēng)設(shè)備受氣壓影響，存在氣壓損失、吸風(fēng)量損失情況，因此需要對空壓機設(shè)備進行二次修正。

（1）氣壓損失修正。按照海拔每升高1000m，氣壓折損12%計算，則海拔2900m氣壓折損為0.348MPa，因此需要空壓機壓力為0.7+0.348=1.048MPa≈1MPa。

（2）風(fēng)量修正系數(shù)取值。2000m約為0.75,3000m約為0.64。

（3）電機修正系數(shù)取值0.92。

（4）空壓機富裕負荷按照20%取值，即按照80%功效。

根據(jù)以上修正數(shù)據(jù)，可以得出選用空壓機參數(shù)為：壓力1MPa，風(fēng)量 20.56÷0.64÷0.8=40.15m3∕min（不考慮富余量則為32.12m3∕min）。

因此建議采用2臺參數(shù)為20m3∕min-1MPa-132kW的空壓機滿足使用要求。

如按照3 臺風(fēng)鉆計算則應(yīng)該為31.47m3∕min（不考慮富余量25.18m3∕min）。

2.3.2 通風(fēng)機選型

Miguillas 水電站引水隧洞工程3 座隧洞共計劃配置7 臺通風(fēng)機，各施工作業(yè)面通風(fēng)機選型參數(shù)見表1。

表1 各施工作業(yè)面通風(fēng)機配置

針對該項目技術(shù)標準中對風(fēng)速、內(nèi)燃設(shè)備尾氣排放需風(fēng)量高于國內(nèi)規(guī)范標準以及工地位于高海拔地區(qū)的客觀實際，在施工中采用鉆爆法+有軌運輸結(jié)合多級施工通風(fēng)方案，最終選用了較小功率的施工通風(fēng)機解決了長距離小斷面隧洞的通風(fēng)難題。

2.4 機械選型配置及臨時工程布置

2.4.1 單作業(yè)面機械配置情況

80m3∕h扒碴機1臺（另配破碎錘及伸長臂）：約55kW（暫定型號，物資部繼續(xù)調(diào)查）。

鑿巖臺車1臺：約55kW（最低功率配置，需考慮鉆爆中心空孔、系統(tǒng)錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、超前自進式錨桿、超前探孔、帷幕注漿鉆孔等工序作業(yè)的通用性）。

機械噴射手1臺：約45kW。

輸送泵1臺：約30kW。

污水泵若干：考慮總功率約50kW～80kW。

30m3（實方）以上梭式礦車1臺：牽引機頭電瓶供電。

礦車牽引機頭：充電電池最低配置配3組（根據(jù)充電時間確定具體數(shù)量）。

錨桿、拱架運輸平臺及扒渣機、鑿巖臺車退出輔助平臺：牽引機頭電瓶供電。

2.4.2 臨時用電選型配置

（1）1#洞進口臨近一個地方小型水電站，盡量協(xié)調(diào)利用動力電，前期可考慮發(fā)電機供電，后期周轉(zhuǎn)至后開工作面。

（2）其余洞口考慮發(fā)電機供電，所有洞口均需高壓進洞，洞口配置升壓設(shè)備將400V 自發(fā)電升壓至10kV 后在洞內(nèi)降壓使用，以降低能源損耗帶來的成本投入，變壓器位置根據(jù)洞內(nèi)設(shè)備功率及配置的電纜型號確定。

（3）各洞口變壓器型號選擇要充分考慮洞內(nèi)同時作業(yè)機械的最大功率，同時考慮排水水泵功率，并留有一定富余量。

（4）使用發(fā)電機的選型配置原則。前期所有隧洞口采用柴油發(fā)電機提供動力電，在高原施工的條件下，柴油發(fā)電機的發(fā)動機功率損失較大，因此會對發(fā)電機配置造成一定影響。

3 結(jié)語

綜上所述，在Miguillas水電站的引水隧洞施工過程中，受到很多因素的影響經(jīng)常會遇到各種難點問題，嚴重影響引水隧洞的正常施工，也給在海外承建工程的企業(yè)帶來了諸多風(fēng)險。因此，在工程建設(shè)中應(yīng)遵循科學(xué)性的基本要點與原則，詳細分析重點難點部分，深入分析、有針對性地完成施工建設(shè)任務(wù)，充分發(fā)揮不同施工措施、技術(shù)的作用價值，保證工程建設(shè)的良好開端與高效化施工。