導(dǎo)流洞施工方案比較研究

【摘要】本文以涇河?xùn)|莊水利樞紐工程導(dǎo)流洞施工為例，詳細(xì)闡述了特大斷面導(dǎo)流洞常規(guī)施工方案和非常規(guī)施工方案的布置和施工程序，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和工期等綜合指標(biāo)對(duì)各施工方案進(jìn)行了比較分析，歸納、總結(jié)出作為水利樞紐工程關(guān)鍵線路上的導(dǎo)流洞工程，為確保樞紐工程總工期，特大斷面導(dǎo)流洞施工宜以常規(guī)方案進(jìn)行施工。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)流洞；特大斷面；施工方案；豎井；斜坡道；纜機(jī)

前言

現(xiàn)階段東莊水利樞紐工程擬定的開(kāi)發(fā)任務(wù)為防洪減淤為主，兼顧供水、發(fā)電及改善生態(tài)。工程水庫(kù)庫(kù)容32.9億m3，電站裝機(jī)120MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型。樞紐建筑物包括混凝土雙曲拱壩、水墊塘、引水發(fā)電系統(tǒng)、庫(kù)區(qū)防滲工程及供水塔架等工程，最大壩高230m。樞紐工程導(dǎo)流方式為河床一次攔斷、隧洞導(dǎo)流，導(dǎo)流洞布置于右岸，為單洞布置，斷面為城門洞型，成洞斷面為17m×19m。推薦的導(dǎo)流洞施工方案為以上游6#道路和下游1#道路作為施工通道的常規(guī)施工方法。由于上游6#道路是臨時(shí)道路，且投資高、具備通車條件工期較長(zhǎng)，為實(shí)現(xiàn)盡早開(kāi)工建設(shè)導(dǎo)流洞工程，技術(shù)人員在分析上游6#道路替代方案的基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)流洞施工方案進(jìn)行了以道路作為施工通道的常規(guī)施工方案和豎井（斜坡道）、纜機(jī)作為施工通道的非常規(guī)施工方案的比較論證工作，并對(duì)各方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及工期比較。

1、導(dǎo)流洞特性

導(dǎo)流洞為右岸單洞布置，進(jìn)口高程593.00m，底坡3‰，軸線長(zhǎng)916.00m，出口高程590.25m。斷面型式為城門洞型，成洞尺寸為17m×19m（寬×高），頂拱角度120°。洞身采用一次噴錨支護(hù)與二次全斷面鋼筋混凝土組合襯砌。導(dǎo)流洞洞身圍巖類別主要分為Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類，根據(jù)導(dǎo)流洞運(yùn)行方式及洞身各段不同荷載受力情況，洞身沿程采取不同襯砌厚度，綜合襯砌厚度1.3m。導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室設(shè)置分流墩，左、右孔口分別設(shè)置封堵閘門，孔口尺寸8.0m×19m，塔頂高程650m。導(dǎo)流洞出口設(shè)20m長(zhǎng)混凝土明渠。

導(dǎo)流洞平面布置見(jiàn)圖1.1-1。

2、導(dǎo)流洞施工方案

共進(jìn)行了四種施工方案的分析比較，分別為：方案1——以道路作為施工通道的施工方案；方案2——豎井施工方案；方案3——斜坡道施工方案；方案4——纜機(jī)施工方案。

2.1方案1——以道路作為施工通道的施工方案

上游6#路、下游1#路貫通后，先進(jìn)行進(jìn)、出口明挖，再進(jìn)行洞挖施工，然后進(jìn)行洞身混凝土襯砌，最后進(jìn)行進(jìn)、出口混凝土澆筑。導(dǎo)流洞進(jìn)、出口邊坡施工采用常規(guī)開(kāi)挖方法和程序進(jìn)行。導(dǎo)流洞洞身施工不設(shè)支洞，采用進(jìn)、出口兩個(gè)工作面施工。洞挖采用2臺(tái)階法分層開(kāi)挖，上層高度10m，下層高度11.6m。上層開(kāi)挖采用“中導(dǎo)洞+兩側(cè)擴(kuò)挖”的分部開(kāi)挖法。上層采用三臂鉆全斷面鉆孔爆破，下層采用YQ100型潛孔鉆機(jī)鉆豎向孔，深孔爆破，底部預(yù)留保護(hù)層開(kāi)挖。洞身混凝土襯砌分頂拱、邊墻和底板三部分進(jìn)行，采用鋼模臺(tái)車施工。

2.2方案2——豎井施工方案

（1）施工程序。1#道路毛路基貫通后，先進(jìn)行出口邊坡開(kāi)挖，后期作為隧洞混凝土運(yùn)輸通道。同時(shí)由其它施工道路接支線至豎井口，進(jìn)行豎井開(kāi)挖及導(dǎo)流勘探試驗(yàn)洞洞身開(kāi)挖，進(jìn)口明挖，進(jìn)口混凝土澆筑，再進(jìn)行隧洞邊墻、底板混凝土澆筑，最后進(jìn)行出口混凝土澆筑。

（2）豎井布置及施工。共布置兩條豎井，1#豎井布置于樁號(hào)隧洞樁號(hào)0+265處，井口高程760m，井底高程591m，井深169m；2#豎井布置于隧洞樁號(hào)0+745處，井口高程735m，井底高程590m，井深145m。豎井直徑采用5m，雙罐籠布置。

豎井石方自上而下進(jìn)行開(kāi)挖，采用手風(fēng)鉆鉆孔，周邊采用光面爆破。開(kāi)挖石渣采用人工裝渣，10t絞車提升2m渣斗至井口，采用掛鉤式自動(dòng)翻渣至10t自卸汽車運(yùn)渣。豎井混凝土待井挖施工完成后，自下而上采用滑模一次澆筑而成，10t絞車吊混凝土罐入倉(cāng)澆筑。

（3）隧洞主要施工方案。出口邊坡采用常規(guī)施工方法，與方案1中出口邊坡施工方法相同。進(jìn)口邊坡開(kāi)挖須待導(dǎo)流勘探試驗(yàn)洞洞身段開(kāi)挖完成后進(jìn)行，以導(dǎo)流洞洞身作為施工通道。邊坡開(kāi)挖采用自上而下分層開(kāi)挖，手風(fēng)鉆配潛孔鉆鉆孔，深孔梯段爆破，臨近開(kāi)挖輪廓采用預(yù)裂爆破。導(dǎo)流洞進(jìn)口混凝土采用混凝土泵入倉(cāng)澆筑。出口混凝土采用履帶吊吊混凝土罐入倉(cāng)澆筑。

洞身分三層進(jìn)行開(kāi)挖，自上而下層高分別為7.6m、7m和7m。上層采用導(dǎo)洞領(lǐng)先，兩側(cè)跟進(jìn)擴(kuò)挖的方式，導(dǎo)洞寬度6m。

上層采用手風(fēng)鉆鉆孔，周邊光面爆破，中導(dǎo)洞領(lǐng)先，兩側(cè)跟進(jìn)的施工方法。中、下層采用手風(fēng)鉆配潛孔鉆機(jī)鉆垂直孔，梯段爆破，周邊預(yù)裂的施工方法。下層施工預(yù)留0.5m后的保護(hù)層。開(kāi)挖石渣由10t絞車配雙罐籠進(jìn)行垂直運(yùn)輸，平洞內(nèi)采用有軌運(yùn)輸方式，由電瓶車牽引礦用斗車，斗車容量為1.5m3，2節(jié)一組。

隧洞混凝土襯砌分頂拱、邊墻和底板三部分進(jìn)行。頂拱混凝土待隧洞上層開(kāi)挖完成后進(jìn)行施工?；炷林饕韶Q井垂直運(yùn)輸至井底，再由混凝土泵泵送入倉(cāng)澆筑。

2.3方案3——斜坡道施工方案

（1）施工程序

1#道路施工的同時(shí)進(jìn)行斜坡道施工，1#道路毛路基貫通后進(jìn)行出口邊坡開(kāi)挖，然后進(jìn)行出口工作面洞身開(kāi)挖；上游斜坡道施工完成后即可進(jìn)行進(jìn)口邊坡開(kāi)挖，然后進(jìn)行進(jìn)口工作面洞身開(kāi)挖。上層開(kāi)挖完成后進(jìn)行頂拱混凝土襯砌，下層開(kāi)挖完成后再進(jìn)行洞身邊墻、底板混凝土襯砌，最后進(jìn)行進(jìn)、出口混凝土澆筑。

（2）斜坡道布置

斜坡道布置于導(dǎo)流洞進(jìn)口上游側(cè)，頂部高程為780m，底部高程為600m，底寬為13m，兩側(cè)開(kāi)挖邊坡為1：1。斜坡道上布置復(fù)線軌道，共布置2套斜坡軌道斗車和卷?yè)P(yáng)機(jī)，斗車裝載量為20t（9m3）。開(kāi)挖時(shí)，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)配軌道斗車提升石渣；混凝土襯砌施工期間，斜坡軌道斗車上加裝6m3側(cè)卸式混凝土罐，由卷?yè)P(yáng)機(jī)自上而下?tīng)恳壍蓝奋囘\(yùn)輸混凝土。

（3）主要施工方案邊坡開(kāi)挖施工同方案1，其中進(jìn)口邊坡開(kāi)挖石渣需要通過(guò)15t自卸汽車運(yùn)輸至斜坡道底部，卸入斜坡軌道斗車，由斜坡道卷?yè)P(yáng)機(jī)提升后再轉(zhuǎn)15t自卸汽車運(yùn)輸出渣。導(dǎo)流勘探試驗(yàn)洞進(jìn)口及塔架混凝土采用混凝土攪拌車運(yùn)輸至斜坡道頂部，卸入斜坡軌道車6m3側(cè)罐，由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引斜坡軌道車運(yùn)輸至坡底，然后再轉(zhuǎn)HB60混凝土泵泵送入倉(cāng)澆筑。采用滑模和組合鋼模自下而上分層澆筑。出口引渠底板和邊墻部分的混凝土采用6.0m3攪拌運(yùn)輸車經(jīng)1#道路運(yùn)至倉(cāng)面入口，履帶吊吊運(yùn)入倉(cāng)，振搗器平倉(cāng)振搗。

洞身開(kāi)挖施工方案與方案1中隧洞施工方案相同，采用2臺(tái)階法分層開(kāi)挖，上層高度為10m，下層高度11.6m。洞身混凝土襯砌分頂拱、邊墻和底板三部分進(jìn)行，采用鋼模臺(tái)車施工。出口工作面混凝土采用6m3混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸。進(jìn)口工作面混凝土采用斜坡道轉(zhuǎn)運(yùn)至工作面。

2.4方案4——纜機(jī)施工方案

（1）施工程序

1#道路施工的同時(shí)進(jìn)行纜機(jī)平臺(tái)開(kāi)挖及纜機(jī)安裝，1#道路毛路基貫通后進(jìn)行出口邊坡開(kāi)挖，然后進(jìn)行出口工作面洞身開(kāi)挖、洞身混凝土襯砌、出口明渠混凝土澆筑；纜機(jī)安裝完成后進(jìn)行進(jìn)口邊坡開(kāi)挖，進(jìn)口工作面洞身開(kāi)挖，洞身混凝土襯砌，進(jìn)口混凝土澆筑。

（2）纜機(jī)布置

施工纜機(jī)采用輻射式纜機(jī)，額定起重量為30t，共布置2臺(tái)，跨度400m。左岸為固定端，采用重力墩加錨索錨固，出索點(diǎn)高程為802m；右岸為移動(dòng)端，平臺(tái)高程為790m，寬度為12m，長(zhǎng)度為98m。

上料平臺(tái)高程布置于右岸，高程為770m，寬度為30m，緊鄰纜機(jī)平臺(tái)布置。平臺(tái)采用折線型布置，總長(zhǎng)87m。

（3）施工方案

施工工藝和程序與方案1基本一樣，但進(jìn)口出渣和混凝土運(yùn)輸需要通過(guò)纜機(jī)作垂直運(yùn)輸。

2.5施工方案對(duì)比

2.5.1工期比較

本階段工程截流時(shí)間為2016年10月1日，各方案導(dǎo)流驗(yàn)洞臨建工程開(kāi)工時(shí)間均為2014年1月1日，導(dǎo)流開(kāi)工時(shí)間均為2014年6月25日，各方案工期見(jiàn)表2.5-1。

從上表可看出，方案4的施工工期同方案1的工期一樣，均為27個(gè)月，可保證截流時(shí)間不變。方案2、方案3導(dǎo)流勘探試驗(yàn)洞施工工期分別延長(zhǎng)10.5個(gè)月和5.5個(gè)月，截流時(shí)間均須推遲1年，工程總工期延長(zhǎng)1年。

2.5.2投資比較

針對(duì)導(dǎo)流洞工程直接投資進(jìn)行比較，見(jiàn)表2.5-2。

表2.5-2 各施工方案工程直接投比較表

2.5.3比較結(jié)論

（1）從工期對(duì)比分析，除纜機(jī)施工方案能滿足工期要求外，豎井、斜坡道施工方案均不能滿足工期要求。從工期上來(lái)判斷，非常規(guī)方案在縮短工期方面沒(méi)有優(yōu)越性。

（2）從直接投資比較分析，方案2、方案3、方案4的投資均比方案1高，非常規(guī)方案由于施工工藝或程序的改變，而使工程直接投資較高。

因此，從經(jīng)濟(jì)和工期比較，非常規(guī)施工方案對(duì)于東莊導(dǎo)流洞施工沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

3、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)東莊水利樞紐工程導(dǎo)流洞各施工方案的綜合分析，我們可以得出如下結(jié)論：

1、從技術(shù)角度考慮，對(duì)于特大斷面導(dǎo)流洞施工，常規(guī)施工方案和非常規(guī)施工方案都具有技術(shù)可行性；

2、從工期角度分析，對(duì)于施工條件限制的特大斷面導(dǎo)流洞施工，由于非常規(guī)方案改變了施工程序，非常規(guī)施工方案并不能縮短施工工期；

3、從經(jīng)濟(jì)性角度分析，非常規(guī)施工方案一般比常規(guī)施工方案投資高。

因此，對(duì)于特大斷面導(dǎo)流洞施工，在條件許可的前提下，應(yīng)采用以道路作為施工出渣通道的常規(guī)施工方案，不適宜采用其它非常規(guī)施工方案。而且，非常規(guī)方案中的豎井、斜坡道或纜機(jī)進(jìn)行導(dǎo)流洞施工的進(jìn)度分析僅限于理論分析，運(yùn)行時(shí)存在很多不確定素，若實(shí)際施工過(guò)程中管理不到位或操作不當(dāng)而發(fā)生設(shè)備事故，將導(dǎo)致工程工期更長(zhǎng)，工期保證率更低，而且會(huì)因工期延長(zhǎng)導(dǎo)致投資增加。

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作者簡(jiǎn)介

楊應(yīng)軍（1980-），男，漢，湖北省京山縣人，工程師，從事水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)。