牛斌，劉宇

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川成都610072)

1 工程概況

青龍水電站屬白水江水電規(guī)劃一庫七級方案中的第七級梯級電站，為引水式開發(fā)。引水隧洞長13.924 km，電站發(fā)電引用流量132.66 m3/s，設(shè)計內(nèi)水壓力0.15～0.71 MPa，屬于低水頭、大斷面引水隧洞，位于白水江左岸。隧洞線路布置主要受木正溝、抹地溝、大壩溝、牧馬溝、梨兒溝5條支溝及荷葉坡堆積體、魏家半山堆積體控制，除抹地溝規(guī)模較大外，其余溝規(guī)模較小、縱坡降較大。根據(jù)隧洞區(qū)的地形地質(zhì)條件，隧洞線路布置采用繞溝方式，隧洞從溝谷和堆積體下部基巖中通過。引水隧洞沿線布置了6條施工支洞。

由于各設(shè)計階段設(shè)計要求及深度不同，為保證工程安全、降低造價、方便施工，各設(shè)計階段根據(jù)補充地勘工作及其揭示的地質(zhì)條件，適時地對引水隧洞的布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了優(yōu)化調(diào)整。

2 初步設(shè)計階段引水隧洞的布置

在初步設(shè)計階段，引水隧洞從進水口至調(diào)壓室全長約13.498 km，隧洞進口底板頂高程為1 257 m，至調(diào)壓室處底板頂高程降為1 234.1 m，隧洞縱坡i=1.7‰。隧洞布置主要受荷葉坡堆積體、抹地溝和魏家半山堆積體控制。

初設(shè)階段地質(zhì)評價隧洞圍巖以Ⅲ類為主，部分為Ⅳ、Ⅴ類，隧洞圍巖整體條件較好。經(jīng)對圓形斷面和馬蹄形斷面兩種襯砌斷面型式進行綜合分析比較，為方便施工和避免圓形斷面施工中多挖多填而導(dǎo)致的施工附加量較大等問題，引水隧洞斷面型式采用平底馬蹄形，底寬6.5 m，高8.5 m。

3 招標(biāo)設(shè)計階段引水隧洞的布置及優(yōu)化

在招標(biāo)設(shè)計階段，進一步細(xì)化了各段圍巖條件，重點對隧洞過荷葉坡、抹地溝、魏家半山段補充了地表地質(zhì)測繪并補充了四個鉆孔進行補勘，對以Ⅲ－2類圍巖為主的洞段可能存在的錯動帶、構(gòu)造擠壓帶、夾層風(fēng)化帶的分布和影響范圍進行了地表調(diào)查和輔助剖面分析，并根據(jù)上一級雙河水電站引水隧洞開挖揭示的地質(zhì)條件，將(引)0+000～0+910洞段軸線調(diào)整為與地層走向呈大角度相交。

通過本階段對引水隧洞布置的設(shè)計優(yōu)化調(diào)整，引水隧洞洞線長度由初設(shè)的13 498 m增至13 630 m，雖然洞線增長了132 m，但提高了調(diào)整洞段圍巖的穩(wěn)定性和施工安全性。由于本階段地質(zhì)評價隧洞圍巖仍以Ⅲ類為主，部分為Ⅳ、Ⅴ類，故引水隧洞永久襯砌斷面型式仍采用平底馬蹄形。

4 技施設(shè)計階段引水隧洞的布置及優(yōu)化

(1)技施設(shè)計階段引水隧洞洞線的優(yōu)化調(diào)整。

在技施設(shè)計階段，根據(jù)1#～6#施工支洞開挖揭示的地質(zhì)條件，結(jié)合地表地質(zhì)補充調(diào)查、物探TSP超前地質(zhì)預(yù)報成果及1 245±15 m高程地質(zhì)平切圖(隧洞進口底板高程為1 257 m，隧洞末端底板高程為1234.1 m)，分別于2008年6月和2009年6月對引水隧洞進行了兩次洞線優(yōu)化調(diào)整。

2007年10月～2008年6月，根據(jù)1#～6#施工支洞開挖揭示的地質(zhì)條件及地表地質(zhì)調(diào)查和測繪復(fù)核資料，結(jié)合隧洞地質(zhì)平切面和剖面進行分析:若按招標(biāo)洞線方案圍巖類別將發(fā)生較大變化，Ⅲ類圍巖由原來的79.23%變?yōu)?0.5%，Ⅳ類圍巖由13.61%變?yōu)?4.6%，Ⅴ類圍巖由7.16%變?yōu)?4.9%。為改善引水隧洞的圍巖工程地質(zhì)條件，盡量避開不利圍巖段，考慮將洞線置于圍巖條件較好的中厚～厚層灰?guī)r中，盡量大角度穿越圍巖條件較差的薄層、薄板狀灰?guī)r及灰?guī)r夾板巖區(qū)段，從而減小施工難度，加快施工進度。因此，對(引)2+170后的引水隧洞洞線進行了優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整后引水隧洞洞線總長度為14 078 m，較招標(biāo)長度增加約448 m。2009年6月，根據(jù)5#～6#施工支洞間主洞的開挖情況，及時對(引)12+343～13+240段洞線進行了微調(diào)，洞線調(diào)整后長度縮短了154 m。

經(jīng)過技施階段兩次洞線優(yōu)化調(diào)整后，引水隧洞洞線總長度為13 924 m，較招標(biāo)階段長度增加約294 m，較初設(shè)階段長度增加約426 m。雖然引水隧洞洞線增長了，但提高了調(diào)整洞段圍巖的整體穩(wěn)定性，減少了初期支護的工程量，降低了開挖施工期的施工難度，提高了隧洞開挖施工期的安全性。

(2)技施設(shè)計階段引水隧洞斷面型式的優(yōu)化調(diào)整。

①引水隧洞斷面型式優(yōu)化調(diào)整的必要性。

在初步設(shè)計階段，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察成果，表明引水隧洞工程區(qū)圍巖整體質(zhì)量較好，成洞條件較好，圍巖類別以Ⅲ類為主，選擇了全線馬蹄形襯砌斷面，以達到節(jié)約工程投資、方便施工的目的。

在技施設(shè)計階段，根據(jù)2009年5月圍巖類別復(fù)核成果，Ⅳ、Ⅴ類圍巖比例相對初設(shè)和招標(biāo)階段提高較多，在已開挖的8 568 m洞段Ⅳ、Ⅴ類圍巖比例約占45%，并且大部分分布在隧洞4#～5#支洞關(guān)鍵線路上。由于Ⅳ、Ⅴ類圍巖的增加，整個隧洞鋼筋、混凝土量、回填灌漿量、固結(jié)灌漿量均較招標(biāo)階段增加較多，隧洞工程投資也較初設(shè)階段和招標(biāo)階段增加較多，并且部分洞段邊墻發(fā)生變形導(dǎo)致初期支護部分侵占了永久結(jié)構(gòu)斷面。因此，為了降低工程投資和保障變形處理時隧洞施工的安全，盡量減少變形洞段處理的工程量，對隧洞襯砌斷面型式進行優(yōu)化調(diào)整很有必要。

②引水隧洞斷面型式的選擇。

2009年4～8月，結(jié)合前期招標(biāo)和現(xiàn)場實際施工情況、馬蹄形和圓形結(jié)構(gòu)計算成果，有針對性地擬定了全線Ⅳ、Ⅴ類圍巖馬蹄形襯砌方案、馬蹄形和圓形組合襯砌兩種襯砌斷面型式并進行了比選。考慮到引水隧洞設(shè)計內(nèi)水壓力為0.15～0.71 MPa，屬于低水頭隧洞，在綜合考慮結(jié)構(gòu)安全可靠度、結(jié)構(gòu)計算原理、施工條件和管理、工程造價等方面因素后，最終決定采用馬蹄形和圓形斷面組合襯砌方案，開挖斷面型式仍然為馬蹄形斷面，從而避免了對剩余洞段開挖施工的不利影響。對于地質(zhì)條件較好的Ⅲ類圍巖洞段仍采用掛網(wǎng)噴錨襯砌，斷面型式采用平底馬蹄形;對于地質(zhì)條件較差的Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段，采用鋼筋混凝土襯砌，其中對引水隧洞(引)0+000～5+700上游低水頭洞段采用馬蹄形斷面襯砌型式;對引水隧洞(引)5+700～13+924下游高水頭洞段采用圓形斷面襯砌型式。

③引水隧洞斷面型式優(yōu)化調(diào)整引起的主要工程量及工程投資變化。

相對全線馬蹄形斷面襯砌方案，馬蹄形和圓形斷面組合襯砌方案永久襯砌混凝土工程量增加了22 995 m3，但鋼筋量節(jié)省了6 995 t。從兩方案可比部分工程投資看，采用馬蹄形和圓形斷面組合襯砌方案，工程直接投資費用節(jié)省3 296萬元。

(3)技施設(shè)計階段引水隧洞固結(jié)灌漿的優(yōu)化。

在初設(shè)階段，引水隧洞Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段固結(jié)灌漿孔深入基巖4.5 m，每排8孔，排距2.5 m。整個固結(jié)灌漿洞段總長度為3 375 m，固結(jié)灌漿總延米數(shù)為55 890 m。

在技施階段，由于圍巖條件的變化，Ⅳ、Ⅴ類圍巖比例相對初設(shè)和招標(biāo)階段提高較多，整個固結(jié)灌漿洞段總長度接近8 126m，如果仍采用初步設(shè)計及招標(biāo)設(shè)計固結(jié)灌漿參數(shù)，則固結(jié)灌漿總延米數(shù)將達到117 015 m，并且Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段的裂隙節(jié)理發(fā)育完整性較差，固結(jié)灌漿試驗成果表明耗灰量較大。為了控制隧洞工程投資，在隧洞初步固結(jié)灌漿試驗、隧洞圍巖巖體質(zhì)量綜合測試成果(圍巖受爆破影響范圍為1.5～2.25 m)及隧洞水力學(xué)復(fù)核成果基礎(chǔ)上進行了隧洞固結(jié)灌漿參數(shù)優(yōu)化調(diào)整。(引)0+000～4+000洞段固結(jié)灌漿孔深入基巖3.5 m，每排8孔，排距3 m;(引)4+000～13+924洞段固結(jié)灌漿孔深入基巖4 m，每排8孔，排距3 m。通過優(yōu)化調(diào)整后，隧洞固結(jié)灌漿總延米數(shù)為93 244 m，減少固結(jié)灌漿延米數(shù)23 771 m。

5 結(jié)語

青龍水電站引水隧洞屬于低水頭、大斷面引水隧洞，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，在招標(biāo)技施設(shè)計階段，根據(jù)現(xiàn)場各施工工作面揭示的實際地質(zhì)條件，以及進一步的補充勘探工作，發(fā)現(xiàn)引水隧洞圍巖條件和前期設(shè)計結(jié)論存在一定的差異，初期開挖支護變形問題突出。為了控制工程安全及投資風(fēng)險，結(jié)合隧洞現(xiàn)場實際施工情況、圍巖復(fù)核成果、固結(jié)灌漿試驗成果適時地優(yōu)化調(diào)整了隧洞洞線、斷面型式及固結(jié)灌漿，從而提高了隧洞圍巖穩(wěn)定性，降低了工程安全風(fēng)險，有效地控制了工程投資的增加。通過青龍水電站各設(shè)計階段對引水隧洞的優(yōu)化調(diào)整設(shè)計，對今后類似工程設(shè)計優(yōu)化及安全、投資風(fēng)險控制有一定的借鑒作用。