EPC模式下引水發(fā)電系統(tǒng)開挖支護快速施工技術(shù)

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

楊房溝水電站位于涼山州木里縣境內(nèi)，為雅礱江干流中游“一庫七級”開發(fā)的第六級水電站。工程樞紐主要由最大壩高155m的混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，電站總裝機容量150萬kW，安裝4臺375MW的混流式水輪發(fā)電機組，多年平均年發(fā)電量68.74億kW·h。

引水發(fā)電系統(tǒng)工程布置在河道左岸，地下廠房采用首部開發(fā)方式，主要由輸水工程、發(fā)電(地下)工程、升壓變電工程等組成，主要建筑(構(gòu))物由電站進水口、壓力管道、尾水連接管、尾水洞、主副廠房、主變洞、尾水調(diào)壓室、尾水洞檢修閘門室、母線洞、出線洞等平面上相互貫通，空間上縱橫交錯，大小相貫，平、豎相接的58條洞室構(gòu)成，總開

挖里程13.38km，總開挖方量150萬m3，混凝土總澆筑方量50萬m3。合同控制性工期為2016年1月1日開工，2018年12月31日前廠房開挖支護完成，2020年5月1日前首臺機組開始安裝，計劃2021年11月30日首臺機組投產(chǎn)發(fā)電，2022年10月31日前全部機組投產(chǎn)發(fā)電，2023年6月30日前全部工程完工。目前，合同節(jié)點完成情況見表1。

表1 合同節(jié)點完成情況

圖1楊房溝水電站引水發(fā)電系統(tǒng)地下洞室布置

2 快速施工的主要措施

2.1 總體統(tǒng)籌，合理施工布局

2.1.1 風、水、電系統(tǒng)統(tǒng)籌布置

根據(jù)發(fā)包人提供的供水、供電條件，結(jié)合既有通道及引水發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，按照上、中、下集中設置為原則，上部以楊Ⅱ隧道為通道，主要供應對象為排煙平洞、開關站施工支洞、出線上平洞；中部以低線繞壩交通洞為通道，主要供應對象為進水口施工支洞、壓力管道上平段及豎井、通風及安全洞、主副廠房及安裝間、主變洞、尾水調(diào)壓室；下部以進廠交通洞為通道，主要供應對象為尾調(diào)尾閘連接洞、進廠交通洞、壓力管道下平段施工支洞、壓力管道下平段、尾水1#施工支洞、尾水洞、尾水3#施工支洞、尾水連接管。風、水、電容量及管線路均按照高峰需求配置，按照上、中、下集中設置，根據(jù)工程進展分階段配置到位，一勞永逸，避免二次拆裝。

2.1.2 施工通道優(yōu)化

(1)新增進水口施工支洞及壓力管道上平段支洞

投標階段考慮到電站進水口及壓力管道總體工期較為寬松，在塔體前布置進水口施工道路，作為進水口開挖及混凝土澆筑及壓力管道上平段、豎井段開挖及混凝土施工通道，總體程序為進水口開挖→壓力管道上平段、豎井開挖→進水口混凝土(壓力管道混凝土)施工，但進場后通過現(xiàn)場勘查，考慮到進水口上部危巖體治理范圍增加，同時進水口施工對下部圍堰填筑以及壓力管道開挖及混凝土施工對進水口混凝土施工的相互干擾，將進水口施工道路調(diào)整為洞線，由低線繞壩交通洞派生一條進水口施工支洞到進水口平臺，同時由進水口施工支洞派生一條壓力管道上平段施工支洞，為壓力管道及進水口形成獨立工作面創(chuàng)造了條件，避免了相互施工的干擾，保障了壓力管道、進水口施工總體工期提前。

(2)新增尾水3#支洞

投標階段考慮到尾水出口開挖支護工程量較小，進場后可迅速開挖支護完成，形成尾水洞Ⅱ、Ⅲ層施工通道，但通過現(xiàn)場勘查，尾水出口邊坡上部危巖體治理范圍大幅增加，同時考慮到出口通道與圍堰的交叉干擾，由尾水1#施工支洞派生一條尾水3#支洞，盡早形成了尾水洞Ⅱ、Ⅲ層施工通道，有效保障了尾水洞的均衡、連續(xù)施工。

(3)新增了尾調(diào)中支洞、尾調(diào)下支洞及1#、2#聯(lián)系洞

投標階段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，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，實施時利用進廠交通洞派生尾調(diào)中支洞，尾水1#施工支洞派生尾調(diào)下支洞及在尾調(diào)室中隔墻對應中支洞及下支洞高程設置1#、2#聯(lián)系洞，解決尾水調(diào)壓室的井挖問題，將井挖調(diào)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。

2.1.3 通風散煙優(yōu)化

結(jié)合現(xiàn)場實際，盡早完成出線豎井反井鉆機施工，形成主變洞“下進上排”通風效果，優(yōu)化2#排煙豎井，盡早完成尾調(diào)連接洞開挖支護，由尾調(diào)連接洞與尾水1#支洞間新增一條5#豎井，有效解決了尾水洞開挖支護階段通風散煙問題。

2.2 技術(shù)引領，科學施工程序與方法

2.2.1 合理處理開挖與支護關系，實現(xiàn)“平面多工序，立體多層次”施工

根據(jù)洞室結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合開挖支護設備性能及布置，充分利用既有通道，合理進行開挖分層分區(qū)，尤其三大洞施工采用了“中部快速拉槽，兩邊預留保護層，隨層系統(tǒng)支護”，實現(xiàn)“立體多層次，平面多工序”施工組織程序，良好地處理了開挖與支護的關系，保障了大型洞室的安全穩(wěn)定下挖。

2.2.2 嚴格“先洞后墻”施工程序，提前做好交叉洞口加強支護

壓力管道、母線洞、尾水管、進廠交通洞、三大洞室上部施工支洞等貫入高邊墻的隧道，其開挖進度安排與三大洞室高邊墻開挖進度相適應，在高邊墻開挖至上述洞室的交叉部位之前，完成上述洞室開挖，并貫入三大洞室3m，做到先洞后墻，并做好鎖口鋼拱架加強支護、交叉口徑向預裂和洞室支護。

2.2.3 動態(tài)分析，設計、施工一體化

通過在地下洞群圍巖中埋設的多種監(jiān)測儀器，建立完整的洞室圍巖穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)，地質(zhì)工程師每循環(huán)進行地質(zhì)素描，及時反饋圍巖條件；設計人員動態(tài)進行穩(wěn)定分析，優(yōu)化設計參數(shù)；施工人員通過地質(zhì)反饋，確定支護時機，動態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)，保證施工期安全。

2.2.4 技術(shù)創(chuàng)新，驅(qū)動生產(chǎn)

(1)精細化控制爆破，小溜渣井豎井開挖技術(shù)

壓力管道豎井及出線豎井采用反井鉆機反提φ1.4m導井后直接作為溜渣井，減少溜渣井的人工二次擴挖工作，通過優(yōu)化爆破孔布置、爆破進尺、裝藥、網(wǎng)絡等爆破參數(shù)，控制爆破石渣粒徑，充分利用小溜渣井的光滑井壁進行溜渣，同時投入1臺小型挖掘機進行機械扒渣，人工輔助，保證豎井的安全快速施工。

(2)大型地下洞室開口刻槽開挖施工技術(shù)

針對大型洞室“品”字型推進的方法進行，邊墻擴挖開口常采用漸變開挖至永久邊墻，常導致臨近結(jié)構(gòu)邊線開挖超欠挖控制困難，開口處開挖成型質(zhì)量不易控制，需經(jīng)多次開挖調(diào)整才能保證擴挖工作面的正常實施，擴口成型時間較長的問題，通過對擴挖斷面分塊開挖，中下部水平掏槽，上部結(jié)構(gòu)線預留保護層進行壓頂，按照分塊規(guī)劃控制保護層每次刻槽開挖深度，提高結(jié)構(gòu)邊線的開挖成型質(zhì)量，同時保護層弱爆破的方式，有效地控制了爆破松弛圈，保證了開挖洞段圍巖的安全穩(wěn)定，快速形成了邊墻擴挖開口，有效解決了廠房、主變洞、尾水調(diào)壓室等大洞室的邊墻擴挖快速開口問題。

(3)平面小角度大跨度交叉洞段開挖施工技術(shù)

針對平面小角度、大跨度交叉洞段施工特點，通過平面分區(qū)的方式，將大跨度交叉洞段依據(jù)鉆爆臺車適應性、預留巖體的厚薄及后續(xù)施工的便利性分區(qū)開挖，減小一次開挖的斷面面積，降低圍巖的應力變形，提升圍巖的自穩(wěn)能力，保證了開挖洞段的安全穩(wěn)定。通過開挖與支護協(xié)調(diào)并進，一炮一支護，減小圍巖的變形量，改善且減小交叉洞段圍巖應力的集中程度，及時有效地控制圍巖的松弛變形，避免因支護不及時而引起后續(xù)支護強度提升、支護工程量增加問題。節(jié)約施工成本，成功解決了尾調(diào)、尾閘連接洞交叉段及進廠交通洞與進風洞交叉段施工問題。

(4)巖錨梁鋼模臺車技術(shù)應用

廠房巖錨梁引進了公司研制的巖錨梁鋼模臺車，在上、下游分別配置1臺鋼筋臺車、2臺鋼模臺車，加快了施工進度，較預定工期提前10d完成。

2.3 “好字當頭”，推行質(zhì)量標準化

與傳統(tǒng)模式相比，建設單位為保證工程按期建成及后期安全運行，更加重視質(zhì)量。合同中質(zhì)量目標明確，質(zhì)量管理要求更為嚴格；工程管理中以質(zhì)量管理為核心，質(zhì)量管理成果的好壞，直接制約施工進度，針對上述現(xiàn)狀，主要采取如下措施：

2.3.1 推行工序質(zhì)量標準化

在施工組織設計、施工方案、作業(yè)指導書等基礎上，編制工序質(zhì)量標準化工藝控制性文件，并形成具體可操作的質(zhì)量標準小冊子、質(zhì)量明白卡等，推動工程實體質(zhì)量標準統(tǒng)一、標準提升。

2.3.2 實行工序首建制

對首次實施的施工項目按照工藝標準，由技術(shù)員、質(zhì)檢員進行現(xiàn)場指導，參與工序施工全過程，推廣標準化施工工藝，直到現(xiàn)場施工工藝達到標準化施工要求。

2.3.3 嚴格“三個一”工法

在洞室開挖過程中按照“一炮一設計、一炮一總結(jié)、一炮一會商”的“三個一”工法，推動地下洞室開挖質(zhì)量不斷提升。

2.3.4 樣板引路，工序觀摩

工程建設中，著力打造實體工程樣板，樹立標桿，建立工區(qū)內(nèi)部流動學習與交流機制，組織施工質(zhì)量較差的作業(yè)隊到施工較好的工作面或樣板工程部位進行工序觀摩，形成一種“比、學、趕、幫、超”的氛圍，全面提高現(xiàn)場施工質(zhì)量。

2.4 “安全是天”，生命至上

2.4.1 針對工程特點，制定針對性的安全管理制度

(1)六排險制度

為確保洞室開挖過程中的安全作業(yè)，嚴防作業(yè)過程中的掉石、坍塌隱患，工區(qū)對洞室開挖制定了“六排險”制度，明確了放炮后出渣前排險、出渣過程中排險、出渣后排險、打鉆前排險、打鉆中排險、裝藥前排險的相關要求，并形成記錄。

(2)爆破作業(yè)安全管理制度

加強工區(qū)爆破作業(yè)安全管理，規(guī)范爆破作業(yè)及火工材料領、用、退、守管理流程，防止和減少爆破安全事故的發(fā)生。依據(jù)《民用爆炸物品管理條例》、《爆破安全規(guī)程》及總承包部《爆破作業(yè)安全管理規(guī)定》，結(jié)合工區(qū)實際，編制形成《地廠工區(qū)爆破作業(yè)安全管理制度》。

(3)豎井施工安全管理制度

工區(qū)嚴格按照中國電力建設股份有限公司《豎井施工安全管理強制規(guī)定》，根據(jù)工程特點，從井上安全防護設施、掛牌登記、正確使用安全防護用品、井下防墜蓋板防護措施等方面制定了《豎井施工安全管理規(guī)定》。

(4)安全巡查制度

安全環(huán)保部每日由專職安全員對三大洞室、尾水洞等高邊墻施工部位進行全面細致的日常安全巡視檢查，重點對洞室邊頂拱是否存在裂縫、噴層是否出現(xiàn)掉塊、系統(tǒng)支護進度是否緊跟掌子面、爆后檢查排險是否落實等進行跟蹤檢查，嚴格督促現(xiàn)場土建管理隊、協(xié)作隊伍落實安全措施，有效保證了現(xiàn)場施工作業(yè)人員安全。

2.4.2 推進現(xiàn)場標準化實施

為打造平安工程、亮點工程，堅持以安全生產(chǎn)標準化創(chuàng)建為目標，通過標準化指導現(xiàn)場施工生產(chǎn)，先后編制了《安全文明施工標準化手冊》、《爆破作業(yè)安全標準化手冊》、《民用爆破物品現(xiàn)場管理、使用標準化手冊》、《施工用電標準化手冊》、《職業(yè)健康安全標準化手冊》、《環(huán)保水保標準化手冊》、《風水管線路標準化手冊》，實現(xiàn)了大規(guī)模地下洞室群爆破作業(yè)、施工用電、文明施工等整套標準化流程管理。

2.5 強化施工組織與協(xié)調(diào)，動態(tài)進度跟蹤

(1)明確節(jié)點目標，動態(tài)跟蹤實施

分別設置工程技術(shù)部和施工管理部，工程技術(shù)部全面負責總體進度計劃，根據(jù)工程進展及時編制各階段調(diào)整進度計劃；施工管理部根據(jù)工程技術(shù)部編制的進度計劃，對現(xiàn)場施工進行安排、控制、監(jiān)督、管理和糾偏，當出現(xiàn)進度計劃偏差時進行預警、糾偏控制，對進度實施“周評月考制度”。

(2)建立協(xié)調(diào)機制

建立日生產(chǎn)、周生產(chǎn)、月生產(chǎn)協(xié)調(diào)制度，及時對計劃執(zhí)行情況進行對比評價，提出糾偏措施，同時按照日、周、月處理協(xié)調(diào)制約生產(chǎn)的相關因素。

(3)勞動競賽

為充分調(diào)動和激發(fā)工區(qū)各部門人員及各施工隊伍的積極性、創(chuàng)造性，增強其責任感和緊迫感，增強質(zhì)量和安全意識，確保年度(階段性)節(jié)點目標的順利實現(xiàn)，適時開展勞動競賽活動。

3 下一步的思考

(1)傳統(tǒng)的DBB模式多為“增量”合同，而EPC模式為發(fā)揮設計施工一體化優(yōu)勢多為“存量”合同。在施工過程中增加工程量，會給經(jīng)營帶來較大風險，如實施過程中為形成快速施工需要，新增施工支洞，為此，在投標階段就引水發(fā)電系統(tǒng)施工通道，應以避免三大系統(tǒng)(引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、尾水系統(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為原則合理設置，為地下洞室群快速施工創(chuàng)造條件。

(2)傳統(tǒng)單價模式下水電工程多數(shù)采用變更索賠“以量補價”以實現(xiàn)盈利，地下工程多以地質(zhì)缺陷工程量來彌補開挖及混凝土單價的不足，但EPC模式對地質(zhì)超挖限制嚴格固定總量，實現(xiàn)變更較為困難，為此，一方面應實施精細化施工與管理控制超欠挖，另一方面需推動編制一套適應于新模式的造價定額。