一级水电站引水系统施工支洞布置设计

一级水电站引水系统施工支洞布置设计1.前言xxxx一级水电站是以发电为主要目的的引水式电站，位于xx北部xx境内紧邻xx边界的xx干流上，电站枢纽布置主要由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三部分组成。xx年xx月始，xxxx一级水电站由xx投资、xx机械设备进出口有限公司（YMEC）负责总承包模式改为由xx公司、xx公司和YMEC三家投资、建设及运行管理的JV-BOT模式，同时装机规模由4×100MW扩大到6×100MW，中国水利水电xx工程局有限公司以总承包形式进行电站建设。2.电站引水系统概述2.1设计参数电站的引水系统布置在右岸，由引水隧洞、调压井、压力钢管道（地下埋管）组成。扩机后，引水隧洞从进水口至调压井全长为5118.299m，引水隧洞底坡为5‰，进水口底板高程为700.00m，调压井底板高程为674.50m，采用马蹄形断面有压洞，引用流量229.14m3/s，引水隧洞分为钢筋混凝土衬砌洞和喷锚洞两种型式，衬砌洞内径7.0m~8.5m，喷锚洞内径10.0m。调压井为钢筋混凝土结构，阻抗式，内径16.5m，高96m，最高涌高程约766.50m，最低涌浪水位为700.50m。调压井设置2道5.2m×5.2m平面型事故检修闸门。压力管道采用地下埋管方案，两条压力管道对称布置，由上平段～上斜井（倾角为60º)~中平段～下斜井（倾角为60º)~下平段组成，从岔管分成支、支岔、锥管分别进入主厂房；1#、2#钢管道（主管）长度为分别为约1077.569m、1086.422m（至岔管中心主管开挖内径6.4m，主管钢衬内径5.2m，支、锥管内径分别为4.24m、3.0m。支管在厂房上游墙侧由3.0m渐变为1.8米后接球阀。2.2主要工程量（截至xx年xx月）xx年xx月，中国水利水电xx工程局有限公司开始承接xxxx一级水电站剩余工程的施工，引水系统的形象面貌主要为：（1）完成1#、2#、和3#施工支洞开挖和支护，4#施工支洞开挖至0+122桩号；（2）电站进水口边坡开挖及支护已全部完成，进口渐变段及进口闸室底板钢筋混凝土浇筑基本完成；（3）引水隧洞上层开挖完成情况为：1#施工支洞工作面0+445～1+420（开挖约975m2#施工支洞工作面3+273～3+405（其中上游62m，下游约70m3#施工支洞工作面4+389~5+111（开挖约722m）。合计约1829m；下层未开挖。xx年8月，中国水利水电xx工程局有限公司全面接管引水系统工作面，引水系统的剩余主要工程量见表1。表1剩余主要工程量表（截至xx年8月）2.3施工重点及难点电站引水系统的施工重点：引水隧洞的开挖强度主要集中在1#施工支洞与2#施工支洞之间，混凝土浇筑的强度主要集中在2#施工支洞下游到3#施工支洞之间；压力管道为全钢衬地下埋管，施工重点主要集中在1#压力管道的上下2个斜井段。引水隧洞工期紧，工作量大，地质条件整体较差；压力钢管道施工内容多（含开挖支护、钢管安装、回填混凝土、回填灌浆、接触灌浆等工期紧、施工干扰大，尤其斜井部分，为施工组织的难点，制约着引水系统的整体施工进度。3.施工支洞布置设计3.1原施工支洞布置设计电站扩机后，压力管道由一条变更为二条，同时中平洞缩短，下斜井向上游平移，鉴于4#施工支洞已经按扩机前方案施工，所以仅对4#施工支洞进行了改线，便形成了原来施工支洞的布置设计方案，详见图1。图1原施工支洞布置方案各条施工支洞的技术参数详见表2。表2原施工支洞特性表-6.01%-10.49%7.42%3.2原施工支洞布置方案施工强度分析影响施工进度的主要内容为开挖支护、混凝土施工、钢管安装（压力管道根据招标文件要求，2007年11月30日前完成引水系统开挖支护施工，2008年8月31日首台机组发电，按照常规施工进行施工强度分析。3.2.1引水系统开挖支护（1）引水隧洞平洞开挖支护强度分析引水隧洞正式复工、开挖施工全面展开时间是xx年8月中旬。1#支洞上游工作面长度为485.201m，有420.9m未开挖，上游围岩相对较差，按40m/月安排，开挖支护完成需316天，同时考虑避免汛期贯通时洪水回灌；1#、2#施工支洞工作面间长度为2869.799m，上层开挖强度按110m/月，下层开挖的强度按300m/月，开挖支护完成需377天；2#、3#施工支洞工作面间长度为1738.296m，全断面有764.5m未开挖，考虑到此洞段围岩以IV~V类为主，上层开挖支护平均强度按100m/月，下层开挖支护平均强度按300m/月，开挖支护完成需279天；3#施工支洞下游工作面长度为44.0m，1个月开挖完成。（2）压力管道开挖支护强度分析先进行1#压力管道开挖，压力管道中平洞长为357.47，开挖支护平均强度按110m/月考虑，由4#施工支洞工作面施工，开挖支护需180天，压力管道下平洞长287.673m，开挖支护平均强度按110m/月考虑，由5#施工支洞工作面施工，开挖支护需120天；上斜井长度为217.734m(包括弯段)，导井按8m/天，扩挖支护按2.5m/天，考虑支护影响，上斜井开挖支护需120天，下斜井长度为181.292m(包括弯段)，导井按10m/天，扩挖支护按2.5m/天，考虑支护影响，下斜井开挖支护需100天。3.2.2混凝土施工强度分析（1）引水隧洞平洞混凝土衬砌强度分析1#支洞上游工作面长度为485.201m，底板混凝土平均强度按150m/月，混凝土衬砌平均强度按84m/月、考虑时间差7天，灌浆平均强度按80m/月考虑，考虑时间差为7天，混凝土衬砌完成需180天；1#~2#施工支洞工作面间长度为2869.799m，衬砌段长度为679m，锚喷洞段长度2171m，混凝土衬砌强度按144m/月，底板浇筑平均强度按300m/月，喷混凝土平均强度270m/月，灌浆平均强度按140m/月，考虑时间差为14天，混凝土衬砌完成需278天；2#~3#施工支洞工作面间长度为1738.296m，混凝土衬砌平均强度按144m/月（两套钢模台车灌浆平均强度按140m/月，混凝土衬砌完成需370天。（2）压力管道钢管安装及回填混凝土强度分析压力管道斜井段安装按单个工作面1.5天一节（每节长为6m）安排，弯段及凑合节安装时间适当延长，预计需要255天。混凝土回填按20m（斜井按40m）为一段进行回填，每段混凝土回填时间为2.5天，考虑工作面移交耗时、施工准备耗时等，预计需要128天。回填灌浆与接触灌浆不占用直线工期，钢衬不进行固结灌浆。3.2.3预计灌浆线路节点目标分析引水隧洞开挖支护施工强度主要集中在1#~2#施工支洞之间，混凝土施工强度主要集中在2#~3#施工支洞之间；压力管道开挖支护施工强度主要集中在上、下斜井，钢管安装及回填混凝土施工强度主要集中在上、下斜井及下平洞。通过上述强度分析，考虑不良地质条件影响、长隧洞通风散烟影响、洞内交通干扰影响等等，预计2#~3#施工支洞之间2007年8月30日贯通，混凝土施工结束日期为2008年9月15日；1#压力管道预计2007年8月25日开挖结束，钢衬及回填混凝土完成日期为2008年9月18日。另外考虑各条施工支洞堵头封堵、场地清理及其他占用工期1个月。显然，采取常规施工时，施工强度无法满足首台机组发电目标的要求，而本电站引水系统长隧洞洞径较小，底宽较窄（3.8m无法组织非常规的大规模施工，所以只能依靠增加工作面来解决施工强度过高、过集中、进度无法满足要求的问题。3.3调整后施工支洞布置设计为了满足2008年8月31日首台机组（1#机）发电目标的施工强度要求，必须增加引水系统施工工作面，唯一的办法，便是增加施工支洞。经过参建各方的共同探讨，决定在原支洞布置基础之上，增加了5条施工支洞，增加施工支洞的原则是：尽量缩小工程量增加幅度，服务于关键线路，削减施工高峰强度，便于组织实施。（1）增加5#-1施工支洞，以增加下平洞工作面，便于尽早展开下斜井施工，以加快下平洞及下斜井的施工进度；（2）增加4#-1施工支洞，主要是为了尽早打开下斜井工作面，缓解4#支洞施工压力；（3）由于调压井地质条件较差，井口沉陷，改为全断面正井开挖，两条上斜井（首机发电关键线路）工作面无法通过调压井底部通道打开，故增加3#-1、3#-2施工支洞，分别至2#管上斜井及1#管上斜井，以便尽早展开上斜井施工；（4）为了削减2#施工支洞与3#施工支洞间衬砌混凝土施工强度，加快引水隧洞衬砌混凝土浇筑速度，增加2#-1施工支洞，以增加2#~3#支洞之间的衬砌施工工作面，减少施工交通干扰。调整后施工支洞布置方案详见图2。图2调整后施工支洞布置方案增加的各条施工支洞技术参数见表2。表2后期增加施工支洞特性表-12.05%-1.24%4.实施总结由于增加了2#-1施工支洞，缓解了2#施工支洞的交通压力，同时增加了2#~3#施工支洞之间的工作面，资源投入的空间增大，衬砌混凝土施工时，2#~3#支洞之间共投入钢模台车2套，组合钢模4套，引水隧洞衬砌施工共投入4套钢模台车、12套组合钢模，最高瞬时投入11台混凝土泵、21辆混凝土搅拌车，大大提高了衬砌混凝土的浇筑速度，其中3#支洞上游钢模台车创下了一月浇筑18块（12m/块）的记录，引水隧洞一周最高强度19块（12m~9m/块一个月最高79块（12m~9m/块）。3#-1、3#-2施工支洞提前打开了压力管道上斜井施工的僵局，走活了压力管道施工的整体计划，确保了反井钻机及时就位，避免了上斜井与平洞段的施工高峰强度的叠加，展开了4个工作面。4#-1施工支洞以最小的付出，赢得了下斜井及中平洞广阔的进度空间，与5#-1施工支洞共同缓解了下斜井的施工压力，