車爾臣河水電站進(jìn)場(chǎng)道路方案比選分析

郭建飛

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

車爾臣河水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)且末縣境內(nèi)，是車爾臣河上修建的第一座梯級(jí)電站，工程規(guī)模為Ⅳ等小(I)型工程，采用引水式電站。攔河閘最小引水流量5m3/s，總裝機(jī)50MW。主要建筑物有攔河引水渠首、沉砂池、輸水隧洞、壓力管道、廠房、尾水渠等建筑物組成。由于工程所在區(qū)河谷兩側(cè)呈陡坎狀，自然坡度在50°～85°之間，落差在150～175m，至工程區(qū)需修建一條進(jìn)場(chǎng)道路滿足施工期及后期管理運(yùn)行的要求，本文擬對(duì)進(jìn)場(chǎng)道路的方案比選及設(shè)計(jì)做一介紹，供同行參考。

2 工程地質(zhì)概況

擬建進(jìn)場(chǎng)道路穿越工程區(qū)地層巖性上部為上更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，地表局部分布有風(fēng)積砂丘，大小8m×15m，高度2～5m，砂卵礫石層，青灰色，厚10～30m，局部弱膠結(jié)；其下為大厚度的中更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，總體厚度大于200m，灰褐色，鈣泥質(zhì)膠結(jié)半膠結(jié)，天然密度為2.18g/cm3，相對(duì)密度Dr=0.87，結(jié)構(gòu)密實(shí)，滲透系數(shù)K=1.0×10-3cm/s，屬中透水層?？v波速度一般2300～2500m/s，個(gè)別達(dá)2800m/s。在無(wú)地下水干擾情況下有一定自穩(wěn)能力，具備成洞條件，但需及時(shí)支護(hù)，由于第四系地層為散體結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類方法，根據(jù)上述地質(zhì)條件，并類比其他工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合評(píng)定，該地層所處的圍巖類別屬Ⅴ類。

3 進(jìn)場(chǎng)道路總體方案比選分析

進(jìn)場(chǎng)道路所處區(qū)域地質(zhì)及地形情況較為復(fù)雜，對(duì)工程的工期、投資等影響較大，經(jīng)綜合考慮，對(duì)進(jìn)場(chǎng)道路2個(gè)方案進(jìn)行比較：道路大開(kāi)挖方案和隧洞方案。

圖1 方案一及方案二平面布置

3.1 進(jìn)場(chǎng)道路大開(kāi)挖方案

進(jìn)場(chǎng)道路起點(diǎn)為閘址河床左岸階地與現(xiàn)有道路連接，終點(diǎn)至閘址廠區(qū)附近，路線長(zhǎng)度為2.9km，全部為盤山道路，分為5個(gè)臺(tái)階按高程分層布置，上下層間高差約35m，道路平均縱坡5.5%，最大縱坡8%，就可行性而言，存在2種方案：雙車道方案和單車道方案。

3.1.1 雙車道方案

進(jìn)場(chǎng)道路采用雙車道路面設(shè)計(jì)，按規(guī)范[3]要求，道路路基寬度取6.5m，該方案特點(diǎn)是施工較為簡(jiǎn)單，挖方均為砂礫石，不存在爆破，施工速度較快，但存在以下的幾個(gè)問(wèn)題。

(1)道路基礎(chǔ)必須設(shè)置于穩(wěn)定邊坡上，按地質(zhì)報(bào)告的要求，開(kāi)挖邊坡不得陡于1∶0.75，這樣導(dǎo)致道路工程量開(kāi)挖較大，土方開(kāi)挖工程量達(dá)到驚人的315萬(wàn)m3，工程直接投資為13150萬(wàn)元，投資較高，不經(jīng)濟(jì)。

(2)大開(kāi)挖基本上削了一半的山頭，將會(huì)造成很大的水土流失，而且砂礫石邊坡后期恢復(fù)困難，棄渣較多，占地面積大，對(duì)環(huán)境影響大。

(3)從運(yùn)行、管理、安全等方面考慮，主要存在以下的問(wèn)題：①邊坡垂直落差達(dá)170多m，在刮風(fēng)及雨雪天氣，邊坡會(huì)存在落石風(fēng)險(xiǎn)，即便是一塊很小的石頭，也會(huì)對(duì)行人及車輛構(gòu)成很大威脅。②高邊坡后期維護(hù)費(fèi)用較高，砂礫石及土方邊坡在濕潤(rùn)飽和狀態(tài)下，邊坡在受到外力作用后易發(fā)生位移垮塌。

因此，不考慮雙車道方案。

3.1.2 單車道方案

單車道方案路線布置與雙車道方案相同，僅路基寬度不同，道路基寬度為4.5m，也存在以下的幾個(gè)問(wèn)題。

(1)道路道路工程量也較大，土方開(kāi)挖130萬(wàn)m3，工程直接投資為5600萬(wàn)元，投資也較高。

(2)由于是單車道道路，特殊的地形導(dǎo)致進(jìn)入施工區(qū)的車輛同出渣車輛之間必須有一方在車轉(zhuǎn)彎處等待對(duì)方通過(guò)后自己才能通行，施工過(guò)程中干擾較大，出渣效率不高。

(3)開(kāi)挖的棄渣占地占地面積也較大，新疆南疆區(qū)域較為干旱少雨，對(duì)環(huán)境的影響也不容忽視。

(4)同樣存在落石風(fēng)險(xiǎn)、邊坡穩(wěn)定等安全問(wèn)題。

因此，不考慮單車道方案。

綜合以上雙車道及及單車道道路方案分析，從投資、施工條件、施工可行性、環(huán)境、運(yùn)行管理、安全等方面綜合比較，本工程不適宜采用進(jìn)場(chǎng)道路大開(kāi)挖方案，推薦采用隧洞方案。

3.2 隧洞方案

隧洞起點(diǎn)在河床左岸階地上，受圖幅限制，圖1中未能顯示隧洞進(jìn)口布置。隧洞全長(zhǎng)1.85km，進(jìn)口目前有簡(jiǎn)易道路到達(dá)，受地形條件限制，出口無(wú)法施工，隧洞只能從進(jìn)口單工作面進(jìn)行掘進(jìn)。隧洞方案考慮有2種方式：雙車道隧洞方案和單車道隧洞方案。

3.2.1 雙車道隧洞方案

雙車道隧洞方案斷面采用城門洞型，根據(jù)規(guī)范要求，隧洞凈尺寸為8.0m×6.56m(b×h)，由于進(jìn)場(chǎng)道路對(duì)整個(gè)工程投資影響較大，經(jīng)綜合考慮后又提出隧洞從結(jié)構(gòu)型式對(duì)2個(gè)方案進(jìn)行比選。

(1)方案一(隧洞襯砌)。隧洞在施工的過(guò)程中不僅采用一次噴錨支護(hù)，在貫通后，還進(jìn)行二次鋼筋混凝土襯砌加固。該方案安全系數(shù)高，但投資較高，總投資6800萬(wàn)元，業(yè)主難以承受。因此，不考慮雙車道隧洞襯砌方案。

(2)方案二(隧洞無(wú)襯砌)。隧洞在施工的過(guò)程中僅采用一次噴錨支護(hù)，該方案安全系數(shù)低，在這么大斷面施工情況下，僅考慮一次支護(hù)是不夠的，在以后的運(yùn)行管理中，如果一次支護(hù)變形量較大，引起塌方，會(huì)造成重大人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。因此，不考慮雙車道僅采用一次噴錨支護(hù)的方案。

從工程投資，安全運(yùn)營(yíng)管理來(lái)看，單車道隧洞方案更適合本工程，推薦方案采用單車道隧洞方案。

3.2.2 單車道隧洞方案

單車道隧洞方案斷面凈尺寸為4.5m×5.33m(b×h)，也有2個(gè)方案進(jìn)行比選。

(1)方案一(隧洞襯砌)。隧洞采用全斷面襯砌，工程投資約5500萬(wàn)元，雖比雙車道方案節(jié)省1300萬(wàn)元，但對(duì)整個(gè)工程的影響還是比較大的，不考慮。

(2)方案二(隧洞無(wú)襯砌)。隧洞僅僅考慮一次支護(hù)，看起來(lái)比較冒進(jìn)，可根據(jù)地質(zhì)資料，隧洞處于上更新統(tǒng)砂卵礫石層中，除表層局部埋深較淺處呈弱膠結(jié)外，下部為鈣泥質(zhì)膠結(jié)半膠結(jié)，工程區(qū)所在區(qū)域又處于國(guó)內(nèi)干旱極度少雨區(qū)，附近無(wú)穩(wěn)定地下水補(bǔ)給區(qū)，在無(wú)地下水干擾的情況下有一定的自穩(wěn)能力，具備成洞條件。在基于上述條件基礎(chǔ)上，決定大膽創(chuàng)新，在設(shè)計(jì)中采用單車道隧洞無(wú)襯砌方案，即方案二。

隧洞各方案綜合比較見(jiàn)表1。

在施工過(guò)程中，雖然僅僅只有一次支護(hù)，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，要求更為嚴(yán)格一些，由于是砂礫石地層，在支護(hù)過(guò)程中錨桿會(huì)對(duì)原有膠結(jié)砂礫石擾動(dòng)破壞，影響穩(wěn)定，整個(gè)洞室未設(shè)計(jì)錨桿，在隧洞開(kāi)挖完成后迅速支撐鋼拱架并噴護(hù)C25混凝土20cm封閉裸露圍巖。為出渣方便，每隔300m還設(shè)置一個(gè)錯(cuò)車道，考慮到進(jìn)出人員安全，每隔500m設(shè)置一個(gè)行人避車洞。

表1 隧洞各方案綜合比較

4 結(jié)語(yǔ)

車爾臣河水電站進(jìn)場(chǎng)道路工程于2013年下半年開(kāi)始施工，歷經(jīng)1.5a，2015年初通車，到目前運(yùn)行2a多時(shí)間，隧洞狀況良好，通過(guò)洞內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間變形觀測(cè)，圍巖較為穩(wěn)定。實(shí)踐證明，在砂礫石地層中修建隧洞，僅進(jìn)行一次支護(hù)的方案是可行的，可節(jié)約大量的人力、物力，并縮短工期。