淺談首部式地下廠房洞室群施工支洞規(guī)劃設計

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

引言

我國水資源豐富，水力資源理論蘊藏量和水電總裝機容量均占世界首位。近幾十年來，我國水電發(fā)展迅速，隨著開發(fā)建設的推進，可供開發(fā)的水電資源大都分布在一些偏遠的高山峽谷地區(qū)，為解決廠房、導流、泄洪建筑物的總體布置矛盾，往往采用地下式廠房。

首部地下式廠房洞室群一般可分為引水系統(tǒng)(含進水口、壓力管道上平段、壓力管道豎井或斜井、壓力管道下平段等)、廠房系統(tǒng)(含主副廠房、母線洞、主變洞、出線平洞及出線井、開關站等)及尾水系統(tǒng)(含尾水連接管、尾水調壓室、尾水洞、尾水檢修閘門室、尾水出口等)。為避免三大系統(tǒng)施工相互干擾；滿足各大系統(tǒng)施工的相互獨立性；確保施工工期；同時滿足高大洞室分層開挖支護，需設置施工支洞。合理的施工支洞設置可簡化施工程序、加快施工進度、節(jié)約施工投資。

1 施工支洞規(guī)劃布置原則

(1)系統(tǒng)理清各部位施工程序，分析施工工期，確定支洞設置的必要性。

(2)滿足引水、廠房、尾水三大系統(tǒng)施工的相對獨立性，避免相互干擾，確保三大系統(tǒng)平行施工作業(yè)。

(3)滿足高大洞室立體多層次、平面多工序的施工組織要求，以保證均衡、有序施工。

(4)結合樞紐布置情況，盡量利用永久洞室或由其派生，以減少支洞的開挖量和封堵量。

(5)按照洞線最短的原則，根據(jù)規(guī)范要求及現(xiàn)場實際，結合地質條件、水文條件以及與相鄰洞室的關系，布置施工支洞洞軸線走向。

(6)同一高程上永久洞室較多的部位，施工支洞盡可能的連通各相鄰洞室，以滿足同一高程上的洞室間隔施工的要求。

(7)綜合考慮通風散煙及排水布置。

2 三大系統(tǒng)施工支洞的一般布置方式

2.1 引水系統(tǒng)

引水系統(tǒng)包括電站進水口、壓力管道(一般由進口漸變段、上平段、豎井或斜井段、下平段組成)，結合既有通道情況、地形地貌條件及施工工期，施工支洞主要有以下幾種形式：

2.1.1 電站進水口

(1)進水塔前有條件布置露天道路進入進水口平臺，為開挖及混凝土澆筑提供通道時，直接布置明線道路作為進水口施工通道，如白鶴灘水電站左岸地下廠房、楊房溝水電站投標階段(后續(xù)為解決與上游圍堰的干擾問題調整為洞線方案)。

(2)進水塔布置于陡峻的峽谷岸坡不具備明線道路布置條件或者能夠結合壓力管道上平段施工支洞投資節(jié)約時，由繞壩公路派生施工支洞，設置進水口交通洞，解決進水口的開挖支護及混凝土施工，如猴子巖水電站、楊房溝水電站。

2.1.2 壓力管道上平段、豎井(斜井)段

(1)進水塔及壓力管道工期均不緊張，在合同約定工期內能夠統(tǒng)籌安排進水口與壓力管道施工，直接利用進水口(包括塔體下部預留通道)作為施工通道，如大崗山水電站、楊房溝水電站投標規(guī)劃，但在實際施工中為滿足獨立施工條件、減少施工干擾均未采用該方案。

(2)進水口通道設置為明線道路，利用進水口平臺，從進水口平臺至壓力管道上平段設置一條壓力管道上平段支洞，繞開進水塔結構物，連通壓力管道上平段，如白鶴灘水電站。

(3)在引水上平洞之間設置連通支洞，以某一塔進水口作為對外通道。

(4)進水口通道設置為施工支洞，直接由進水口交通洞派生一條壓力管道上平段施工支洞，猴子巖、楊房溝水電站均采用了該方式。

2.1.3 壓力管道下平段

為滿足壓力管道下平段、斜(豎)井段及廠房中下部施工，一般從進廠交通洞派生一條施工支洞到達壓力管道下平段，作為壓力管道下平段施工支洞。

2.2 廠房系統(tǒng)

廠房系統(tǒng)(包括主副廠房、母線洞、主變洞、出線平洞及出線井、開關站等)結合既有通道情況及施工工期，施工支洞主要有以下幾種形式：

2.2.1 主副廠房

與廠房相貫的洞室一般有廠房進風洞、進廠交通洞、母線洞、壓力管道、尾水連接管(擴散段)，自上而下分層開挖，盡量采用永久洞室作為分層施工通道，以楊房溝水電站為例，廠房總高75.57m，分九層進行開挖，總體分上、中、下三個部分，施工通道規(guī)劃如下：

(1)上部主要為廠房安裝間底板以上，第Ⅰ～Ⅳ層，上部施工通道主要有通風兼安全洞、廠房進風洞及進廠交通洞，其中第Ⅰ、Ⅱ層利用布置于廠房左右端墻的通風兼安全洞及廠房進風洞，Ⅲ、Ⅳ層主要利用廠房進風洞及進廠交通洞。

楊房溝水電站廠房頂拱左右端墻設計分別設置有通風兼安全洞、廠房進風洞，施工時由于廠房進風洞洞線長(565.45m)，通風兼安全洞貫入廠房頂拱時廠房進風洞正在施工，實際施工時第Ⅰ層主要使用通風兼安全洞。通常情況頂拱層均采用廠房一側端墻的廠房進風洞進入施工，若考慮到廠房開挖支護工期緊張，需形成左右端墻雙向通道，可通過進廠交通洞派生形成一條廠房上層施工支洞(如瀑布溝電站)。

(2)中部主要為第Ⅴ、Ⅵ層，中部施工通道主要有進廠交通洞、母線洞，其中第Ⅴ層主要使用進廠交通洞，第Ⅵ層主要使用母線洞。

(3)下部主要為第Ⅶ～Ⅸ層，下部施工通道主要有壓力管道、尾水連接管，其中第Ⅶ、Ⅷ層主要使用壓力管道，第Ⅸ層主要使用尾水連接管。

2.2.2 主變洞

(1)上部施工若有永久洞室，應盡量利用(如楊房溝水電站設計有主變排風洞，可直接施工)，若上部設計未設置與之連通的永久洞室，則可由廠房進風洞派生一條主變頂層施工支洞(如猴子巖水電站)。

(2)下部施工主要有主變交通洞(楊房溝水電站設置為主變進風洞)。

2.3 尾水系統(tǒng)

尾水系統(tǒng)主要包括尾水連接管、尾水調壓室、尾水洞、尾水檢修閘門室及尾水出口。其施工支洞布置主要如下：

2.3.1 尾水連接管

通常情況由壓力管道下平段施工支洞派生一條尾水連接管施工支洞，連通各條連接管，作為尾水連接管、廠房下部、尾水調壓室下部開挖支護及混凝土施工通道。

2.3.2 尾水調壓室

根據(jù)水電站布置特點和具體地形、地質條件，尾水調壓室的具體布置形式有簡單圓筒式、阻抗式、雙室式、溢流式、差動式、壓氣式，此處主要闡述長廊阻抗式尾水調壓室支洞布置，以楊房溝水電站尾水調壓室為例。

楊房溝水電站調壓室開挖總長161.10m，中間設置厚度為14.60m的巖柱隔墻。在隔墻頂高程2009.50m以下，調壓室分為兩室，即1#調壓室和2#調壓室；2009.50m高程以上，兩室連通，洞室總高度79.75m，共分Ⅷ層進行開挖。

(1)中隔墻以上(第Ⅰ、Ⅱ層)以尾調排風洞及廠房上層匯水洞為主要施工通道。其中頂拱層主要以尾調排風洞為通道。

(2)中隔墻頂高程至阻抗板頂面高程(第Ⅲ～Ⅵ層)主要以新增的尾調中支洞、1#、2#聯(lián)系洞、尾調下支洞四條支洞為施工通道。

(3)阻抗板以下(第Ⅶ、Ⅷ層)以尾水洞、尾水連接管為施工通道。

一般尾水調壓室可使用的永久洞室，主要有與尾調安裝相連接的尾調交通洞；與底部岔管相連接的尾水連接管及尾水洞，中隔墻以上可利用尾調交通洞作為施工通道；阻抗板以下利用尾水洞及尾水連接作為通道，阻抗板至中隔墻頂面高程的開挖采用在頂拱層設置施工橋機、豎井開挖的方式進行施工(如猴子巖、楊房溝水電站投標階段)。但是在實際施工中由于井挖施工安全風險高、施工進度緩慢，應盡可能利用既有通道派生施工支洞解決尾水調壓室的井挖問題，將井挖調整為梯段開挖，以加快施工速度，保障施工安全，節(jié)約施工成本。

2.3.3 尾水洞

尾水洞通常洞線長、斷面大，施工通道布置應結合施工需要，同時應考慮通風散煙。支洞布置時按照開挖分層設置上下支洞，下支洞可由上支洞派生。

若出口具備支洞布置條件，為改善通風散煙條件應盡量布置。

3 施工支洞洞軸線選擇

(1)布置施工支洞應當盡量壓縮支洞的長度以節(jié)約投資，但并不是洞越短越好，首先從行車上來說，對路面縱坡有一定的要求，《水工建筑物地下工程開挖施工技術規(guī)范》規(guī)定采用無軌運輸時坡度不宜大于9%，在實際規(guī)劃時，可結合支洞的使用程度、洞線的長短及設備的性能進行擇取，若洞線較短且使用時間不長的支洞可突破9%的要求，但必須滿足設備的爬坡性能。

(2)支洞開口選擇應結合開口段的地質條件，盡可能避免在不利地質條件地段開口而引起開口成形困難，增加大量支護。同時洞線應盡可能避免近距離與斷層結構平行。

(3)支洞軸線與既有通道及主洞應結合設備的轉彎通暢要求以最優(yōu)的夾角相交，減少交叉部位的開挖量與支護量。

(4)考慮對水道的水力梯度及與帷幕線的影響。

(5)與其他洞室交叉時，上、下洞室之間宜不小于1倍洞徑并加強支護；與其他洞室平行時，兩洞室之間的巖體厚度宜不小于2～3倍洞徑。

4 施工支洞斷面選擇

施工支洞洞型一般采用城門洞型，施工支洞斷面選擇時，首先應根據(jù)施工期擔負的運輸任務及施工高峰期運輸強度的大小確定采用“雙行”車道還是“單行”車道，再根據(jù)開挖支護及混凝土施工設備的尺寸選擇施工支洞的斷面尺寸。雙車道施工支洞斷面宜選擇為8m×7m(寬×高)，單車道宜選擇為6m×5m(寬×高)。同時應考慮以下幾點：

(1)壓力管道上平段施工支洞與各壓力管道的連通洞，應結合壓力管道的斷面尺寸及開挖分層統(tǒng)籌考慮，若主洞斷面較大，可先形成上層施工通道，待上層開挖支護完成后，支洞降低形成下層施工通道。

(2)壓力管道下平段施工支洞斷面尺寸應結合下平段壓力鋼管運輸、安裝進行考慮。

(3)尾水連接管施工支洞斷面選擇應結合尾水連接管的開挖分層及各層的開挖通道規(guī)劃進行考慮，若各層開挖均只能利用施工支洞，則應先形成上層施工通道，待上層開挖支護完成后，支洞降低形成下層施工通道；若上層開挖可利用尾水洞，則只考慮形成下層施工通道，以作為下層開挖及后續(xù)混凝土施工通道。

(4)主洞間的連通洞若只考慮下層開挖及后續(xù)混凝土澆筑施工，可結合主洞尺寸選用單車道。

5 施工支洞支護設計

施工支洞為臨時建筑物，建筑物等級較低，對開挖和支護要求相對較低，但必須滿足施工期安全運行。對于圍巖類別為Ⅱ、Ⅲ類的洞段一般可采用隨機支護的形式(如素噴5cmC25混凝土+隨機錨桿)，對于圍巖類別為Ⅳ類及以上的不良地質洞段宜采用系統(tǒng)錨噴支護。

6 結語

施工支洞的合理布置可簡化施工程序、加快施工進度、節(jié)約施工投資，是大型地下工程施工所必須高度重視的環(huán)節(jié)，要在綜合考慮地下建筑物的布置、工程量、總進度、地形、地質、施工方法、施工安全、施工通風散煙及排水等影響因素的基礎上反復推敲、比選論證，以求得最佳規(guī)劃設計方案。