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

關(guān)鍵詞：尾水調(diào)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(xiàn)標(biāo)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(gè)采用EPC模式建設(shè)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(diǎn)［1］，尾水調(diào)壓室的開挖施工進(jìn)度直接影響后續(xù)的混凝土澆筑、金屬結(jié)構(gòu)安裝等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。尾水調(diào)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(jī)一室一洞”的布置方式［2］，調(diào)壓室下部由一道中隔墻分隔為二室，二機(jī)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(diào)壓室頂拱高程2 030.75 m，尾水調(diào)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(diào)壓室原開挖方案

2.1 通道布置

尾水調(diào)壓室?guī)r隔墻以上布置3條通道，分別為尾調(diào)排風(fēng)洞、廠房上層匯水洞及尾調(diào)通氣洞，其中尾調(diào)排風(fēng)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(fēng)洞相接，是尾水調(diào)壓室第Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_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(jìn)風(fēng)兼交通洞派生，尾調(diào)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(diào)壓室第Ⅲ層開挖的施工通道。尾水調(diào)壓室的第Ⅰ，Ⅱ?qū)娱_挖施工通道見圖1。

1，2號尾水調(diào)壓室第Ⅲ～Ⅷ層開挖采用豎井溜渣至尾水隧洞內(nèi)，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(diào)壓室底部，施工通道為尾水連接洞。1，2號尾水調(diào)壓室第Ⅲ～Ⅷ層開挖使用的液壓鉆機(jī)、反鏟扒渣設(shè)備及施工材料通過已形成的25 t橋機(jī)吊運(yùn)。1，2號尾水調(diào)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(diào)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(dǎo)洞開挖支護(hù)和兩側(cè)擴(kuò)挖支護(hù)分序進(jìn)行。中導(dǎo)洞開挖支護(hù)超前，兩側(cè)擴(kuò)挖滯后30 m以上，再進(jìn)行兩側(cè)擴(kuò)挖及支護(hù)，呈“品”字形開進(jìn)。中導(dǎo)洞寬12 m，采用三臂鉆鉆孔爆破。兩側(cè)擴(kuò)挖采用人工手風(fēng)鉆或多臂鉆鉆爆，裝載機(jī)挖裝，自卸汽車出渣，經(jīng)尾調(diào)排風(fēng)洞運(yùn)至棄渣場。

（2） 第Ⅱ?qū)?。尾水調(diào)壓室第Ⅱ?qū)訑M開挖高度為9.5 m（高程2 018.00～2 008.50 m），分兩小層進(jìn)行開挖。Ⅱ-1層（2 018.00～2 013.00 m）的層高5 m，以尾調(diào)排風(fēng)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(jī)沿開挖結(jié)構(gòu)

線進(jìn)行深孔預(yù)裂，液壓鉆鉆孔拉槽爆破。保護(hù)層開挖采用手風(fēng)鉆豎向鉆孔爆破。開挖出渣采用裝載機(jī)或反鏟裝渣，自卸汽車出渣，經(jīng)尾調(diào)排風(fēng)洞或廠房上層匯水洞運(yùn)至渣場。

（3） 尾調(diào)豎井溜渣導(dǎo)井施工。1，2號尾水調(diào)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(diào)壓室井挖部分各布置2口溜渣導(dǎo)井，直徑6 m，導(dǎo)井深為43.5 m，沿調(diào)壓室下部中心線布置。

溜渣井開挖采用反井鉆機(jī)反提直徑1 400 mm導(dǎo)井后，人工正向擴(kuò)挖成直徑6 000 mm溜渣井，溜渣井施工方法見圖3。

1、2號調(diào)壓室分別布置2個(gè)溜渣導(dǎo)井，各調(diào)壓室按2個(gè)溜渣導(dǎo)井分邊墻預(yù)裂、中部擴(kuò)挖和支護(hù)3個(gè)工序依次循環(huán)施工。1，2號尾水調(diào)壓室豎井?dāng)U挖起始高程為2 008.50 m，兩豎井?dāng)U挖錯(cuò)開進(jìn)行，并保持兩豎井開挖工作面高差應(yīng)大于20 m，確保巖柱隔墻穩(wěn)定。2號尾水調(diào)壓室豎井?dāng)U挖面高程滯后1號尾水調(diào)壓室，2號尾水調(diào)壓室各層擴(kuò)挖掘進(jìn)方向應(yīng)從左向右進(jìn)行，以便合理規(guī)劃爆破應(yīng)力釋放方向，保護(hù)中隔墻巖柱。

2.3 原開挖方案存在的不足

2.3.1 進(jìn)度分析

投標(biāo)階段尾水調(diào)壓室高度為82.75 m，第Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖至尾調(diào)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(shè)備無法進(jìn)入，只能采用人工溜渣的形式進(jìn)行開挖，而溜渣通道需在尾水連接管開挖支護(hù)施工完成后方能形成通道。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況及施工期總進(jìn)度計(jì)劃安排，受尾水連接管開挖完成時(shí)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(diào)壓室第Ⅲ～Ⅹ層開挖需在尾水連接管開挖完成以后方可進(jìn)行，且需要先完成4個(gè)直徑為6 m的溜渣井，單個(gè)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(diào)壓室分層開挖將溜渣井開挖形成后才可進(jìn)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(jìn)度計(jì)劃目標(biāo)。

2.3.2 安全分析

采用井挖法開挖尾水調(diào)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(hù)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(shè)置困難。豎井施工至下部時(shí)需設(shè)置臨時(shí)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(nèi)設(shè)置，每次爆破施工需拆除爬梯或加強(qiáng)保護(hù)，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(nèi)粉塵量大，工作環(huán)境差，無法滿足職業(yè)健康相關(guān)規(guī)定要求。每層開挖后，無法采用大型支護(hù)設(shè)備施工，只能使用小型支護(hù)設(shè)備，施工效率低。場內(nèi)坑洞多，支護(hù)設(shè)備人員進(jìn)入施工現(xiàn)場，安全防護(hù)困難，安全隱患大。

2.3.3 后期施工難度分析

因尾水調(diào)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(yùn)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(shè)等材料只能采取垂直吊運(yùn)。垂直運(yùn)輸量大，材料周轉(zhuǎn)慢，施工進(jìn)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(diào)壓室開挖方案優(yōu)化

3.1 總體優(yōu)化方案

若尾水調(diào)壓室中隔墻以下采用井挖法施工，施工期間的安全、進(jìn)度將無法保證，開挖、支護(hù)施工難度極大。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況、設(shè)計(jì)變更（尾水調(diào)壓室底板抬高3 m，開挖總高度變更為79.5 m）及總進(jìn)度計(jì)劃安排，經(jīng)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(diào)壓室開挖方案優(yōu)化調(diào)整如下。

（1） 開挖分層由投標(biāo)方案的Ⅹ層調(diào)整為Ⅷ層。

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

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

3.2 開挖分層分區(qū)優(yōu)化方案

根據(jù)施工階段設(shè)計(jì)藍(lán)圖，尾水調(diào)壓室總體開挖共計(jì)分Ⅷ層進(jìn)行，采用水平分層開挖法，設(shè)置施工支洞4條，以滿足各層開挖支護(hù)施工運(yùn)輸通行需求。尾水調(diào)壓室開挖分層特性詳見表1。

4 方案對比

（1） 調(diào)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(fēng)險(xiǎn)降低，且有利于支護(hù)施工質(zhì)量。

（2） 調(diào)整后的方案新增了施工支洞，其后期可作為尾調(diào)室混凝土施工通道使用，混凝土施工通道增加，有利于進(jìn)度目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

（3） 對照投標(biāo)工期，調(diào)整后的方案將施工方井挖方案優(yōu)化為平洞法開挖，預(yù)計(jì)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(diào)整后措施費(fèi)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(fēng)險(xiǎn)降低。

5 結(jié) 論

楊房溝水電站尾水調(diào)壓室開挖方案結(jié)合現(xiàn)場施工條件和國內(nèi)已有的尾水調(diào)壓室開挖成功經(jīng)驗(yàn)，最終確定了由原方案中Ⅲ～Ⅸ層井挖施工方案調(diào)整為利用布設(shè)施工支洞（增加中層施工支洞、下層施工支洞和中隔墻2個(gè)聯(lián)系洞）分層開挖支護(hù)方案。調(diào)整后的施工方案更有利于保證工程施工進(jìn)展，更有利于保證工程施工質(zhì)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(zhuǎn)困難、施工布置困難和施工強(qiáng)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(jī)組提前發(fā)電1 a的工期目標(biāo)，工期效率顯著。

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