楊房溝水電站導(dǎo)流洞招標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

王 金 國

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610051)

1 概 述

楊房溝水電站位于涼山州木里藏族自治縣境內(nèi)的雅礱江中游干流河段上，是該河段中的第六級水電站，上游距孟底溝水電站37 km，下游距卡拉水電站33 km。電站裝機(jī)容量為1 500 MW,工程樞紐由雙曲拱壩、泄洪消能建筑物(壩后水墊塘及二道壩)、左岸引水系統(tǒng)、地下廠房及尾水系統(tǒng)等主要建筑物組成。

電站右岸布置了兩條導(dǎo)流洞，導(dǎo)流洞進(jìn)口位于壩址上游左岸年公溝溝口下游臺地上，該臺地地形平緩，出口地形陡峭。導(dǎo)流洞過流斷面均為13 m×16 m(寬×高)。1#導(dǎo)流洞(靠江側(cè))長714.31 m，2#導(dǎo)流洞(靠山側(cè))長833.56 m，導(dǎo)流洞全斷面采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。兩條導(dǎo)流洞進(jìn)口均布置了封堵閘門及進(jìn)水口，導(dǎo)流洞進(jìn)、出口均布置了施工圍堰，其中進(jìn)口圍堰采用預(yù)留土(巖)坎的方式，并對預(yù)留土(巖)坎進(jìn)行了固結(jié)灌漿處理；出口圍堰采用預(yù)留巖坎+混凝土圍堰的方式。

2 導(dǎo)流洞招標(biāo)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的必要性

2.1 實(shí)現(xiàn)電站建設(shè)主要里程碑目標(biāo)的需要

由于電站導(dǎo)流洞處于工程關(guān)鍵線路上，因此，導(dǎo)流洞的正常推進(jìn)將直接影響大江截流目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而影響到大壩的壩肩開挖。進(jìn)一步深入研究導(dǎo)流洞招標(biāo)設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化施工布置、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，將為電站關(guān)鍵里程碑目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提高保障率。

2.2 電站建設(shè)投資控制的需要

導(dǎo)流洞開工，標(biāo)志著水電站主體工程建設(shè)開始。相比前期工程，本電站導(dǎo)流洞的投資概算為4.38億元，相對較大。因此，開展必要的設(shè)計(jì)優(yōu)化，將有利于工程投資控制。

2.3 應(yīng)對工程建設(shè)不確定因素的需要

2.3.1 核準(zhǔn)時(shí)間尚存在不確定性

2014年，雅礱江流域水電開發(fā)有限公司將力爭楊房溝水電站核準(zhǔn)作為年度目標(biāo)之一。但受國家宏觀經(jīng)濟(jì)形勢、水電項(xiàng)目核準(zhǔn)形勢、項(xiàng)目核準(zhǔn)報(bào)告評估等因素影響，核準(zhǔn)時(shí)間尚存在一定的不確定性。

2.3.2 卡楊公路(電站專用公路)正常通車時(shí)間尚存在一定的不確定性

卡楊公路建設(shè)期間，受征地移民困難、參建單位管理、設(shè)計(jì)變更、地質(zhì)災(zāi)害、惡劣天氣等因素影響，計(jì)劃于2014年6月30日全面建成通車的目標(biāo)仍具有一定的不確定性。

2.3.3 征地移民工作仍存在不確定性

2012年，國家發(fā)改委出臺了“先移民、后建設(shè)”政策，地方黨委、政府遂將移民作為利益訴求博弈的籌碼，加之楊房溝水電站處于木里藏族自治縣，宗教、民族問題突出，政治敏感度高，很容易因利益糾紛誘發(fā)諸多不穩(wěn)定因素，從而導(dǎo)致征地移民進(jìn)展及其對工程建設(shè)影響存在一定的不確定性，亦導(dǎo)致了工程無法科學(xué)、系統(tǒng)、穩(wěn)步地推進(jìn)，電站部分前期工程將面臨趕工的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.4 部分前期準(zhǔn)備工程存在不確定性

電站左岸場內(nèi)公路工程A2標(biāo)、加油站工程、營地工程等前期準(zhǔn)備工程至今仍未開工，將可能導(dǎo)致電站前期工程與籌備期的導(dǎo)流洞工程存在嚴(yán)重的施工重疊，進(jìn)而將導(dǎo)致施工布置、施工通道、施工場地、混凝土系統(tǒng)等重要生產(chǎn)要素緊張，進(jìn)一步增加了各項(xiàng)目進(jìn)度目標(biāo)完成的不確定性。

2.4 導(dǎo)流洞的設(shè)計(jì)優(yōu)化可為后續(xù)工程提前啟動(dòng)創(chuàng)造條件

楊房溝水電站壩址區(qū)屬于典型的“二高”地形地貌(高山峽谷、高邊坡)，左右岸低線過壩交通洞、上壩交通洞、纜機(jī)平臺交通洞等主要為隧洞，導(dǎo)致施工通道無法布置而只能采取從下向上獨(dú)頭掘進(jìn)，其工期長且無法采取增加工作面等趕工措施。因此，導(dǎo)流洞盡早實(shí)施，盡早實(shí)現(xiàn)過流，可為左、右岸壩肩施工便道開挖石渣下江創(chuàng)造條件，進(jìn)而可以提高左、右岸壩肩以上部位的開挖效率。

2.5 確保電站按時(shí)截流的需要

按照雅礱江流域水文特性和流域其他已建項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，大江截流宜在11月進(jìn)行，從而為圍堰施工爭取時(shí)間。因此，優(yōu)化導(dǎo)流洞招標(biāo)設(shè)計(jì)，有利于節(jié)約工期，從而提高按期截流的保障率，進(jìn)而提高圍堰在次年主汛期到來時(shí)達(dá)到防汛要求的保障率。

3 導(dǎo)流洞招標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

3.1 導(dǎo)流洞布置優(yōu)化

該電站導(dǎo)流洞工程的施工關(guān)鍵線路為：承包商進(jìn)點(diǎn)→高程2 100～2 070 m邊坡開挖及支護(hù)→進(jìn)口圍堰施工→高程2 070～1 985 m邊坡開挖及支護(hù)→進(jìn)口結(jié)構(gòu)混凝土施工→進(jìn)口圍堰爆破拆除→導(dǎo)流洞過流，導(dǎo)流洞工程完工。

根據(jù)施工進(jìn)度安排，參考國內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)流洞工程施工強(qiáng)度按照中等偏上的施工水平考慮，具體指標(biāo)安排如下：邊坡開挖支護(hù)10 m/月，導(dǎo)流洞上層開挖支護(hù)90 m/月，導(dǎo)流洞中下層開挖支護(hù)80 m/月，導(dǎo)流洞混凝土襯砌60 m/月，導(dǎo)流洞進(jìn)口混凝土施工4 m/月。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得知，錦屏一級、二級水電站，官地、兩河口水電站導(dǎo)流洞相關(guān)進(jìn)度指標(biāo)見表1。

表1 雅礱江已建、在建部分水電站導(dǎo)流洞進(jìn)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

圖1 導(dǎo)流隧洞施工支洞布置示意圖

為了提高導(dǎo)流洞洞身上層開挖支護(hù)(90 m/月)、中下層開挖支護(hù)(80 m/月)強(qiáng)度，保證提高導(dǎo)流洞施工進(jìn)度保障率，筆者結(jié)合表2統(tǒng)計(jì)的類似工程經(jīng)驗(yàn)并對其進(jìn)行分析后得知，在招標(biāo)設(shè)計(jì)施工布置(圖1)的基礎(chǔ)上，可對施工支洞布置進(jìn)行優(yōu)化，即布置三條導(dǎo)流洞洞身施工支洞，其中在導(dǎo)流洞進(jìn)、出口分別布置一條導(dǎo)流洞上層施工支洞；經(jīng)右岸繞壩交通洞布置一條導(dǎo)流洞中下層施工支洞，優(yōu)化布置情況見圖2，優(yōu)化前后施工進(jìn)度對比情況見表2。

圖2 導(dǎo)流隧洞施工支洞優(yōu)化布置示意圖

3.2 導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.2.1 導(dǎo)流洞進(jìn)口優(yōu)化

導(dǎo)流洞進(jìn)口自然邊坡出露的巖性為變質(zhì)粉砂巖(T3xd)，以弱風(fēng)化、弱卸荷為主，巖體類別以Ⅲ類、Ⅳ類為主。從自然邊坡穩(wěn)定考慮，擾動(dòng)越小，對邊坡的整體穩(wěn)定影響越小，并能減少開挖和支護(hù)工程量并節(jié)約工期。經(jīng)分析和論證，可將進(jìn)口邊坡高程2 004.5、2 023、2 043和2 068 m馬道寬度由3 m減小至2 m以內(nèi)，巖質(zhì)邊坡開挖坡比仍為1∶0.3。通過優(yōu)化，可減小開挖量約3萬m3，節(jié)約工期約1個(gè)月。

3.2.2 導(dǎo)流洞洞身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

導(dǎo)流洞開挖后的最大松弛深度小于1.5 m，屬中等程度松動(dòng)圈，圍巖加固采用噴混凝土、錨桿及混凝土襯砌措施。考慮到通過錨噴支護(hù)已能滿足圍巖加固要求，故襯砌混凝土僅需滿足地下水壓力和隧洞過流后的洪水沖刷要求，襯砌厚度及抗沖耐磨層可適當(dāng)優(yōu)化。

(1)考慮到洞室洪水沖刷面主要在邊墻高度150 cm以下，且結(jié)合從錦屏一級、二級水電站導(dǎo)流洞經(jīng)6年洪水主汛期沖刷仍完好的經(jīng)驗(yàn)，可將招標(biāo)設(shè)計(jì)中對邊墻下部150 cm及底板采用C35混凝土襯砌優(yōu)化為底板上層50 cm及邊墻下部150 cm采用C35混凝土襯砌，其余混凝土標(biāo)號采用C25。

(2)從現(xiàn)場探洞揭示的地質(zhì)情況看，總體巖石條件較好，故可將Ⅱ、Ⅲ類圍巖的襯砌厚度由1 m優(yōu)化為0.8 m，將Ⅳ類圍巖的襯砌厚度由1.5 m優(yōu)化為1.2 m。

(3)局部圍巖可根據(jù)最終開挖揭示的實(shí)際地質(zhì)情況采用注漿錨桿支護(hù)，并對破碎段進(jìn)行必要的注漿錨固。

(4)鑒于噴鋼纖維混凝土存在效率低、回彈大、易堵管等缺點(diǎn)，建議借鑒錦屏一級、二級水電站隧洞施工經(jīng)驗(yàn)，將鋼纖維改為聚丙烯復(fù)合纖維。

(5)該導(dǎo)流洞巖石的缺陷主要表現(xiàn)為卸荷，節(jié)理發(fā)育較弱，故建議除斷層接觸部位外，采取“少開挖增支護(hù)”(或稱“以支護(hù)換開挖”)方案，以減少開挖斷面；在變質(zhì)粉砂巖洞段加密錨桿，錨桿長度可適當(dāng)優(yōu)化。

(6)考慮到隧洞的巖性及便于安裝等，建議優(yōu)化用于支護(hù)的工字鋼型號。

最后，為優(yōu)化導(dǎo)流洞襯砌結(jié)構(gòu)的受力條件及抗沖性能，建議將邊墻與底板之間的直角優(yōu)化為倒角。

3.3 施工分標(biāo)方案優(yōu)化

目前導(dǎo)流洞招標(biāo)設(shè)計(jì)已完成。但由于工程建設(shè)受征地移民工作推進(jìn)困難等因素影響，導(dǎo)流洞暫不具備施工條件，且考慮到導(dǎo)流洞閘門安裝將在蓄水前實(shí)施，故可將導(dǎo)流洞施工支洞納入楊房溝水電站右岸場內(nèi)公路工程標(biāo)盡早開工實(shí)施，并將導(dǎo)流洞閘門安裝納入大壩標(biāo)一并實(shí)施。另外，建議將導(dǎo)流洞施工支洞的封堵納入導(dǎo)流洞標(biāo)。

3.4 施工方案優(yōu)化

3.4.1 前期施工場地布置及使用優(yōu)化

按照招標(biāo)設(shè)計(jì)布置方案,導(dǎo)流洞的施工場地布置在導(dǎo)流洞出口對岸進(jìn)廠公路靠江側(cè)沿線，通過簡易防護(hù)使用至導(dǎo)流洞過流。根據(jù)地形及現(xiàn)場施工條件與錦屏一級水電站十分相似的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)看，由于楊房溝水電站壩址區(qū)無法找到成型的施工布置場地，為給后續(xù)開工的大壩及基礎(chǔ)開挖工程、地下引水及發(fā)電系統(tǒng)工程等項(xiàng)目施工創(chuàng)造條件，建議采取大型鋼筋石籠、大塊石護(hù)基和混凝土基礎(chǔ)等河道抗沖和護(hù)岸處理措施，以確?，F(xiàn)有場地既能滿足導(dǎo)流洞工程施工期間使用，又可提供給后續(xù)項(xiàng)目施工長期使用。

3.4.2 主要施工設(shè)備的配置優(yōu)化

原招標(biāo)設(shè)計(jì)推薦按每條導(dǎo)流洞布置兩套襯砌鋼模臺車(長12 m)考慮。從表2統(tǒng)計(jì)的錦屏、官地等項(xiàng)目襯砌指標(biāo)看，每月為48～72 m。由于楊房溝水電站施工通道有限，為提高混凝土襯砌進(jìn)度的可靠性，并為后續(xù)存在不確定性因素的灌漿和導(dǎo)流洞提前過流創(chuàng)造條件，筆者建議在2#導(dǎo)流洞增加一套襯砌鋼模臺車。另外，考慮到前期工程和導(dǎo)流洞工程可能的施工重疊等，建議提高混凝土系統(tǒng)容量和規(guī)模。

3.5 導(dǎo)流洞過流時(shí)機(jī)的優(yōu)化

該電站壩址區(qū)地形與錦屏一級水電站十分相似，由于兩岸纜機(jī)平臺以上邊坡開挖、危巖體處理沒有出渣通道和條件，石渣只能下江，故應(yīng)創(chuàng)造條件盡可能早地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流洞破堰過流，從而對提高處于關(guān)鍵線路上的纜機(jī)平臺以上的開挖及處理、大壩壩肩開挖等工期保障率有利。筆者建議：在招標(biāo)文件中設(shè)定專門條款，約定施工單位采取措施，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流洞提前過流獎(jiǎng)勵(lì)條款，以充分引導(dǎo)和鼓勵(lì)施工單位優(yōu)化和創(chuàng)新施工組織和措施。

3.6 導(dǎo)流洞開工時(shí)間的優(yōu)化

針對目前征地移民進(jìn)展存在的不確定性，為確保大江截流和首臺機(jī)組發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在下一階段工作中，應(yīng)根據(jù)邊界條件的不斷變化，適時(shí)組織研究導(dǎo)流洞建設(shè)安排，力爭適當(dāng)提前，為進(jìn)度留有余地。若能在2014年8～9月開工，則可實(shí)現(xiàn)2016年汛前破堰過流。

3.7 導(dǎo)流洞進(jìn)、出口與上、下游圍堰位置優(yōu)化

由于導(dǎo)流洞進(jìn)、出口距離上、下游圍堰較近，可能導(dǎo)致對圍堰淘刷，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化。

另外，筆者建議導(dǎo)流洞施工進(jìn)、出口圍堰最好以總價(jià)項(xiàng)目承包，以充分發(fā)揮承包人的技術(shù)優(yōu)勢；建議設(shè)計(jì)單位統(tǒng)籌考慮導(dǎo)流洞施工期間的排水專項(xiàng)措施；建議在招標(biāo)文件技術(shù)條款中明確導(dǎo)流洞洞身混凝土缺陷分類、檢查及處理細(xì)則。

采取必要的可行措施以推進(jìn)工程進(jìn)展非常必要。經(jīng)分析，在施工過程中采取必要的措施，有條件推進(jìn)導(dǎo)流洞提前過流并將相關(guān)約定納入招標(biāo)文件十分必要。

4 建議及展望

(1)導(dǎo)流洞工程是電站籌備期的關(guān)鍵項(xiàng)目，是確保電站按期截流的關(guān)鍵項(xiàng)目，其優(yōu)質(zhì)、按期投運(yùn)是電站科學(xué)穩(wěn)步推進(jìn)的關(guān)鍵。部分電站因?qū)Я鞫礈笳加昧私亓骱蛧呤┕r(shí)間，導(dǎo)致圍堰主汛期到來時(shí)面臨嚴(yán)重的防汛安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，筆者建議：把抓導(dǎo)流洞工程設(shè)計(jì)優(yōu)化、實(shí)施時(shí)間謀劃、招標(biāo)方案優(yōu)化作為前期工作謀劃的重點(diǎn)。

(2)楊房溝水電站導(dǎo)流洞招標(biāo)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，是在總結(jié)雅礱江流域相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合楊房溝水電站實(shí)際開展的思考和研究。作為雅礱江公司的工程技術(shù)人員，在面對新的工程時(shí)，首先應(yīng)對流域類似問題進(jìn)行總結(jié)，這是雅礱江公司“流域化”的需要和優(yōu)勢，也是雅礱江公司開展新項(xiàng)目技術(shù)研究的工作方法。只有把流域已建和在建項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)轉(zhuǎn)化為推動(dòng)后續(xù)項(xiàng)目工程建設(shè)的設(shè)計(jì)方案、招標(biāo)方案、施工方案、管理方案，才能實(shí)現(xiàn)流域技術(shù)管理的持續(xù)提升，這也是雅礱江公司對各項(xiàng)目管理局的要求。

(3)筆者的優(yōu)化研究和建議，更多地是基于系統(tǒng)推進(jìn)工程建設(shè)角度，而具體的優(yōu)化方案仍需由設(shè)計(jì)單位在下一階段設(shè)計(jì)工作中進(jìn)一步研究和論證。

(4)項(xiàng)目建設(shè)管理單位是電站建設(shè)的核心，要始終站在工程整體利益的角度，引導(dǎo)、推動(dòng)設(shè)計(jì)單位解放思想、海納百川，切實(shí)廣泛地汲取類似工程的經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)推動(dòng)設(shè)計(jì)深度和質(zhì)量的提高。

(5)楊房溝水電站導(dǎo)流洞工程盡管隧洞長度、規(guī)模不算雅礱江流域中的最大，但工程施工面臨的不確定性因素、較難的施工條件等在雅礱江流域也為數(shù)不多，需要雅礱江公司、楊房溝建設(shè)管理局、設(shè)計(jì)單位統(tǒng)一認(rèn)識，齊心協(xié)力，專題謀劃每一步工作，確保工程科學(xué)、系統(tǒng)、穩(wěn)步地推進(jìn)。

5 結(jié) 語

楊房溝水電站導(dǎo)流洞工程是典型的地下工程，盡管設(shè)計(jì)單位開展了大量的地勘工作，但也無法全面了解開挖后的實(shí)際地質(zhì)狀況，加之工程面臨其他不確定或不能完全確定的邊界條件影響，若不能從工程建設(shè)可能的設(shè)計(jì)優(yōu)化、招標(biāo)優(yōu)化等各方面開展工作，則可能因設(shè)計(jì)深度、廣度、不確定影響因素等影響導(dǎo)流洞工程的正常進(jìn)度，進(jìn)而影響到大江截流目標(biāo)和首臺機(jī)組發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。希望筆者提出的優(yōu)化研究和思考能為管理人員和設(shè)計(jì)人員提供一種提高導(dǎo)流洞工程按期投運(yùn)保障率的思路和方向并能將其轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計(jì)和管理措施，真正達(dá)到節(jié)省投資和縮短工期的目的。