楊房溝水電站尾水調壓室開挖方案優(yōu)化研究

摘要：為提高楊房溝水電站尾水調壓室開挖的效率，將原方案中Ⅲ～Ⅸ層井挖施工方案調整為布設施工支洞（增加中層施工支洞、下層施工支洞和中隔墻2個聯系洞）的分層開挖支護方案。結果表明：優(yōu)化后的開挖方案克服了施工工序安排與周轉困難、施工強度大等問題，降低了安全風險；優(yōu)化方案更加合理、方便施工，節(jié)約了4.5個月施工工期，提高了施工效率。

關鍵詞：尾水調壓室； 洞室開挖； 分層開挖； 楊房溝水電站

中圖法分類號：TV554

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.005

文章編號：1006-0081（2024）S1-0013-04

1 工程概況

楊房溝水電站主要功能為發(fā)電，樞紐工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型，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。楊房溝水電站是中國首個采用EPC模式建設的大型水電站工程。鑒于楊房溝水電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群規(guī)模大、洞室密集，主要洞室具有“高邊墻、大跨度”的特點［1］，尾水調壓室的開挖施工進度直接影響后續(xù)的混凝土澆筑、金屬結構安裝等關鍵節(jié)點。尾水調壓室位于主變洞下游，與主廠房、主變洞平行布置，與主變洞之間巖柱厚42.00 m。尾水系統(tǒng)采用“兩機一室一洞”的布置方式［2］，調壓室下部由一道中隔墻分隔為二室，二機共用一室，中隔墻厚14.60 m，頂高程2 009.50 m，中隔墻以上二室連通，調壓室頂拱高程2 030.75 m，尾水調壓室最大開挖尺寸為166.1 m×24.0 m×79.75 m（長×寬×高），采用圓拱直墻型斷面布置。

2 尾水調壓室原開挖方案

2.1 通道布置

尾水調壓室?guī)r隔墻以上布置3條通道，分別為尾調排風洞、廠房上層匯水洞及尾調通氣洞，其中尾調排風洞布置于右端墻，布置高程2 018 m，長度為147.95 m，其斷面為城門洞型，斷面尺寸8.5 m×7.0 m（寬×高），與主變排風洞相接，是尾水調壓室第Ⅰ、Ⅱ層開挖施工的通道；廠房上層匯水洞布置于左端墻，布置高程2 009.5 m，由廠房進風兼交通洞派生，尾調通氣洞布置于巖柱隔墻頂部，布置高程2 009.5 m，均為尾水調壓室第Ⅲ層開挖的施工通道。尾水調壓室的第Ⅰ，Ⅱ層開挖施工通道見圖1。

1，2號尾水調壓室第Ⅲ～Ⅷ層開挖采用豎井溜渣至尾水隧洞內，通過尾水洞或尾水連接管出渣。

第Ⅸ、Ⅹ層開挖采用自上而下開挖至尾水調壓室底部，施工通道為尾水連接洞。1，2號尾水調壓室第Ⅲ～Ⅷ層開挖使用的液壓鉆機、反鏟扒渣設備及施工材料通過已形成的25 t橋機吊運。1，2號尾水調壓室第Ⅲ～Ⅷ層開挖通道見圖2。

2.2 開挖施工方法

（1） 第Ⅰ層。尾水調壓室第Ⅰ層初擬開挖高度為12.75 m（高程2 030.75～2 018.00 m），分中導洞開挖支護和兩側擴挖支護分序進行。中導洞開挖支護超前，兩側擴挖滯后30 m以上，再進行兩側擴挖及支護，呈“品”字形開進。中導洞寬12 m，采用三臂鉆鉆孔爆破。兩側擴挖采用人工手風鉆或多臂鉆鉆爆，裝載機挖裝，自卸汽車出渣，經尾調排風洞運至棄渣場。

（2） 第Ⅱ層。尾水調壓室第Ⅱ層擬開挖高度為9.5 m（高程2 018.00～2 008.50 m），分兩小層進行開挖。Ⅱ-1層（2 018.00～2 013.00 m）的層高5 m，以尾調排風洞為開挖及出渣通道。Ⅱ-2層（2 013.00～2 008.50 m）的層高4.5 m，以廠房上層匯水洞為開挖及出渣通道。100 Y鉆機沿開挖結構

線進行深孔預裂，液壓鉆鉆孔拉槽爆破。保護層開挖采用手風鉆豎向鉆孔爆破。開挖出渣采用裝載機或反鏟裝渣，自卸汽車出渣，經尾調排風洞或廠房上層匯水洞運至渣場。

（3） 尾調豎井溜渣導井施工。1，2號尾水調壓室第Ⅲ～Ⅷ層開挖采用井挖，施工先形成溜渣豎井，再分區(qū)或全斷面開挖爆破，反鏟扒渣至井底，通過尾水洞或尾水連接管出渣。1，2號尾水調壓室井挖部分各布置2口溜渣導井，直徑6 m，導井深為43.5 m，沿調壓室下部中心線布置。

溜渣井開挖采用反井鉆機反提直徑1 400 mm導井后，人工正向擴挖成直徑6 000 mm溜渣井，溜渣井施工方法見圖3。

1、2號調壓室分別布置2個溜渣導井，各調壓室按2個溜渣導井分邊墻預裂、中部擴挖和支護3個工序依次循環(huán)施工。1，2號尾水調壓室豎井擴挖起始高程為2 008.50 m，兩豎井擴挖錯開進行，并保持兩豎井開挖工作面高差應大于20 m，確保巖柱隔墻穩(wěn)定。2號尾水調壓室豎井擴挖面高程滯后1號尾水調壓室，2號尾水調壓室各層擴挖掘進方向應從左向右進行，以便合理規(guī)劃爆破應力釋放方向，保護中隔墻巖柱。

2.3 原開挖方案存在的不足

2.3.1 進度分析

投標階段尾水調壓室高度為82.75 m，第Ⅰ、Ⅱ層開挖至尾調施工中隔墻頂面，開挖總高度為22.25 m，第Ⅲ～Ⅹ層開挖總高度為60.5 m，石方井開挖總方量為18.7萬m3。井挖方量極大，且采用石方井挖法大型設備無法進入，只能采用人工溜渣的形式進行開挖，而溜渣通道需在尾水連接管開挖支護施工完成后方能形成通道。根據現場實際施工情況及施工期總進度計劃安排，受尾水連接管開挖完成時間限制，即在尾水連接管施工完成前無法形成溜渣通道，則尾水調壓室第Ⅲ～Ⅹ層開挖需在尾水連接管開挖完成以后方可進行，且需要先完成4個直徑為6 m的溜渣井，單個溜渣井深42.5 m（至尾水管連接洞頂）。按照其他同類豎井開挖效率，直徑6 m豎井開挖每米需2 d，若按照1號、3號，2號、4號間隔式開挖，直徑6 m溜渣井開挖大概需要170 d，則尾水調壓室分層開挖將溜渣井開挖形成后才可進行施工，且豎井開挖的人工溜渣施工效率低，施工速度慢，無法滿足總進度計劃目標。

2.3.2 安全分析

采用井挖法開挖尾水調壓室第Ⅲ～Ⅹ層，豎井直徑6 m，井深42.5 m，井口直徑大，安全防護困難。人工溜渣施工屬于高邊坡作業(yè)，施工人員人身安全難以保證，安全隱患突出，另上方溜渣及鉆爆施工期間下方無法通行，施工警戒面多，警戒設置困難。豎井施工至下部時需設置臨時爬梯供人員上下作業(yè)，而爬梯布置位置只能在開挖區(qū)內設置，每次爆破施工需拆除爬梯或加強保護，通道布置困難，人員上下通道安全隱患大。另外，采用溜渣法施工，洞內粉塵量大，工作環(huán)境差，無法滿足職業(yè)健康相關規(guī)定要求。每層開挖后，無法采用大型支護設備施工，只能使用小型支護設備，施工效率低。場內坑洞多，支護設備人員進入施工現場，安全防護困難，安全隱患大。

2.3.3 后期施工難度分析

因尾水調壓室第Ⅲ～Ⅹ層采用井挖法施工，后期混凝土施工只能以4條尾水連接管作為施工通道。阻抗板以上部分混凝土施工材料運輸困難，中隔墻以下60.5 m高程混凝土澆筑全部需要采用高排架施工，混凝土澆筑、模板、鋼筋、排架搭設等材料只能采取垂直吊運。垂直運輸量大，材料周轉慢，施工進度無法保障，施工期間存在立體交叉作業(yè)情況，施工難度極大，安全隱患突出［3-4］。

3 尾水調壓室開挖方案優(yōu)化

3.1 總體優(yōu)化方案

若尾水調壓室中隔墻以下采用井挖法施工，施工期間的安全、進度將無法保證，開挖、支護施工難度極大。結合現場實際情況、設計變更（尾水調壓室底板抬高3 m，開挖總高度變更為79.5 m）及總進度計劃安排，經多次方案討論研究，為確保后期施工安全，減少交叉施工干擾，消除減弱開挖及混凝土施工期的安全隱患，提高施工效率，將尾水調壓室開挖方案優(yōu)化調整如下。

（1） 開挖分層由投標方案的Ⅹ層調整為Ⅷ層。

（2） 將中隔墩以下石方井挖調整為平洞分層分區(qū)開挖，調整后增加施工支洞4條，增加支洞分別為尾調中支洞、中隔墻1號聯系洞及2號聯系洞、尾調下支洞。

（3） 尾水調壓室開挖均采用液壓鉆、潛孔鉆分層梯段開挖，裝載機、反鏟出渣，自卸汽車運渣，減少井挖設備。支護均采用多臂鉆、噴漿臺車等大型設備施工。

3.2 開挖分層分區(qū)優(yōu)化方案

根據施工階段設計藍圖，尾水調壓室總體開挖共計分Ⅷ層進行，采用水平分層開挖法，設置施工支洞4條，以滿足各層開挖支護施工運輸通行需求。尾水調壓室開挖分層特性詳見表1。

4 方案對比

（1） 調整后的方案取消了石方井挖，開挖及混凝土施工難度減小，施工安全風險降低，且有利于支護施工質量。

（2） 調整后的方案新增了施工支洞，其后期可作為尾調室混凝土施工通道使用，混凝土施工通道增加，有利于進度目標實現。

（3） 對照投標工期，調整后的方案將施工方井挖方案優(yōu)化為平洞法開挖，預計可節(jié)約工期140 d；新增4條施工支洞，增加石方洞挖7 500 m3。方案調整后措施費用增加，但總工期縮短，施工難度減小，施工效率極大提高，施工安全風險降低。

5 結 論

楊房溝水電站尾水調壓室開挖方案結合現場施工條件和國內已有的尾水調壓室開挖成功經驗，最終確定了由原方案中Ⅲ～Ⅸ層井挖施工方案調整為利用布設施工支洞（增加中層施工支洞、下層施工支洞和中隔墻2個聯系洞）分層開挖支護方案。調整后的施工方案更有利于保證工程施工進展，更有利于保證工程施工質量和安全。采取了優(yōu)化后的施工方案后，施工工序安排與周轉困難、施工布置困難和施工強度大等一系列問題得到解決，雖然投資有一定增加，但有效地保證了機組提前發(fā)電1 a的工期目標，工期效率顯著。

參考文獻：

［1］ 李友華，黃應軍，李景元.溪洛渡水電站左岸地下廠房大跨度高邊墻開挖施工技術［J］.水力發(fā)電，2008（9）：9-11，14.

［2］ 黃汝東，楊繼承.白鶴灘水電站尾水調壓室穹頂開挖支護施工技術［J］.水利水電技術，2015（增2）：57-59.

［3］ 阮林茂，張斌.芹山水電站調壓井開挖施工［J］.水力發(fā)電，2000（2）：32-33.

［4］ 翟春明.特大斷面洞室石方開挖［J］.科技與企業(yè)，2012（24）：177-178.