(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(shè)的推進(jìn)，可供開發(fā)的水電資源大都分布在一些偏遠(yuǎn)的高山峽谷地區(qū)，為解決廠房、導(dǎo)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(jìn)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(guān)站等)及尾水系統(tǒng)(含尾水連接管、尾水調(diào)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(hù)，需設(shè)置施工支洞。合理的施工支洞設(shè)置可簡化施工程序、加快施工進(jìn)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(shè)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(jié)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(jié)合地質(zhì)條件、水文條件以及與相鄰洞室的關(guān)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(fēng)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(jìn)水口、壓力管道(一般由進(jìn)口漸變段、上平段、豎井或斜井段、下平段組成)，結(jié)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(jìn)水口

(1)進(jìn)水塔前有條件布置露天道路進(jìn)入進(jìn)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(jìn)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(biāo)階段(后續(xù)為解決與上游圍堰的干擾問題調(diào)整為洞線方案)。

(2)進(jìn)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(jié)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(shè)置進(jìn)水口交通洞，解決進(jìn)水口的開挖支護(hù)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(jìn)水塔及壓力管道工期均不緊張，在合同約定工期內(nèi)能夠統(tǒng)籌安排進(jìn)水口與壓力管道施工，直接利用進(jìn)水口(包括塔體下部預(yù)留通道)作為施工通道，如大崗山水電站、楊房溝水電站投標(biāo)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(jìn)水口通道設(shè)置為明線道路，利用進(jìn)水口平臺，從進(jìn)水口平臺至壓力管道上平段設(shè)置一條壓力管道上平段支洞，繞開進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)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(shè)置連通支洞，以某一塔進(jìn)水口作為對外通道。

(4)進(jìn)水口通道設(shè)置為施工支洞，直接由進(jìn)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(jìn)廠交通洞派生一條施工支洞到達(dá)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(guān)站等)結(jié)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(jìn)風(fēng)洞、進(jìn)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(jìn)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(fēng)兼安全洞、廠房進(jìn)風(fēng)洞及進(jìn)廠交通洞，其中第Ⅰ、Ⅱ?qū)永貌贾糜趶S房左右端墻的通風(fēng)兼安全洞及廠房進(jìn)風(fēng)洞，Ⅲ、Ⅳ層主要利用廠房進(jìn)風(fēng)洞及進(jìn)廠交通洞。

楊房溝水電站廠房頂拱左右端墻設(shè)計分別設(shè)置有通風(fēng)兼安全洞、廠房進(jìn)風(fēng)洞，施工時由于廠房進(jìn)風(fēng)洞洞線長(565.45m)，通風(fēng)兼安全洞貫入廠房頂拱時廠房進(jìn)風(fēng)洞正在施工，實際施工時第Ⅰ層主要使用通風(fēng)兼安全洞。通常情況頂拱層均采用廠房一側(cè)端墻的廠房進(jìn)風(fēng)洞進(jìn)入施工，若考慮到廠房開挖支護(hù)工期緊張，需形成左右端墻雙向通道，可通過進(jìn)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(jìn)廠交通洞、母線洞，其中第Ⅴ層主要使用進(jìn)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(yīng)盡量利用(如楊房溝水電站設(shè)計有主變排風(fēng)洞，可直接施工)，若上部設(shè)計未設(shè)置與之連通的永久洞室，則可由廠房進(jìn)風(fēng)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(shè)置為主變進(jìn)風(fēng)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(diào)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(diào)壓室下部開挖支護(hù)及混凝土施工通道。

2.3.2 尾水調(diào)壓室

根據(jù)水電站布置特點和具體地形、地質(zhì)條件，尾水調(diào)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(diào)壓室支洞布置，以楊房溝水電站尾水調(diào)壓室為例。

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

(1)中隔墻以上(第Ⅰ、Ⅱ?qū)?以尾調(diào)排風(fēng)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(diào)排風(fēng)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(diào)中支洞、1#、2#聯(lián)系洞、尾調(diào)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(diào)壓室可使用的永久洞室，主要有與尾調(diào)安裝相連接的尾調(diào)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(diào)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(shè)置施工橋機、豎井開挖的方式進(jìn)行施工(如猴子巖、楊房溝水電站投標(biāo)階段)。但是在實際施工中由于井挖施工安全風(fēng)險高、施工進(jìn)度緩慢，應(yīng)盡可能利用既有通道派生施工支洞解決尾水調(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。

2.3.3 尾水洞

尾水洞通常洞線長、斷面大，施工通道布置應(yīng)結(jié)合施工需要，同時應(yīng)考慮通風(fēng)散煙。支洞布置時按照開挖分層設(shè)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(fēng)散煙條件應(yīng)盡量布置。

3 施工支洞洞軸線選擇

(1)布置施工支洞應(yīng)當(dāng)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(shù)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(jié)合支洞的使用程度、洞線的長短及設(shè)備的性能進(jìn)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(shè)備的爬坡性能。

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

(3)支洞軸線與既有通道及主洞應(yīng)結(jié)合設(shè)備的轉(zhuǎn)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(hù)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(hù)；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(yīng)根據(jù)施工期擔(dān)負(fù)的運輸任務(wù)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(hù)及混凝土施工設(shè)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(yīng)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(yīng)結(jié)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(hù)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(yīng)結(jié)合下平段壓力鋼管運輸、安裝進(jìn)行考慮。

(3)尾水連接管施工支洞斷面選擇應(yīng)結(jié)合尾水連接管的開挖分層及各層的開挖通道規(guī)劃進(jìn)行考慮，若各層開挖均只能利用施工支洞，則應(yīng)先形成上層施工通道，待上層開挖支護(hù)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(jié)合主洞尺寸選用單車道。

5 施工支洞支護(hù)設(shè)計

施工支洞為臨時建筑物，建筑物等級較低，對開挖和支護(hù)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(hù)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(zhì)洞段宜采用系統(tǒng)錨噴支護(hù)。

6 結(jié)語

施工支洞的合理布置可簡化施工程序、加快施工進(jìn)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(jìn)度、地形、地質(zhì)、施工方法、施工安全、施工通風(fēng)散煙及排水等影響因素的基礎(chǔ)上反復(fù)推敲、比選論證，以求得最佳規(guī)劃設(shè)計方案。