張 國

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概況

COCA CODO SINCLAIR水電站(簡稱CCS水電站)位于厄瓜多爾共和國北部NAPO省和SUCUMBIOS 省交界處，總裝機容量為1 500 MW，安裝8 臺沖擊式水輪機組。電站主要建筑物包括首部樞紐(含面板壩、溢流壩、沉沙池及取水口)、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫、壓力管道、地下廠房等。

輸水隧洞之94.1%洞段采用兩臺TBM同時掘進施工，5.9%的洞段采用鉆爆法開挖。TBM1由2A支洞向上游掘進至1#支洞出洞，掘進長度為10.8 km(其中輸水隧洞掘進長度為9.59 km)，TBM2由輸水隧洞出口直接進入主洞，到2B支洞出洞，掘進長度為13.75 km(圖1)。

2B施工支洞進口底高程 為1 260 m，全 長1 360 m，縱坡i=0.89%，為下坡洞，與輸水隧洞相交于K11+005處，交點處輸水隧洞底高程為1 247.86 m。支洞斷面為城門洞型，上部圓形斷面直徑為6.5 m，底部凈寬6.5 m(圖2)。

圖1 輸水隧洞平面布置圖

TBM拆機硐室布置于靠近主洞50 m、2B施工支洞末端軸線上，拆機硐室長度為40 m，滿足TBM盾體拆卸的需要；硐室寬度為TBM最大直徑處加上兩側(cè)預留空間1.56 m；硐室的高度主要是考慮100 t橋機起吊高度和安裝高度的需要，總高度為22.29 m(圖3)。

2 施工支洞與拆機硐室之論證與布置原則

2.1 2B施工支洞

CCS項目2B施工支洞的布置受多種因素影響：(1)2B施工支洞工作面最先具備場地施工條件，可預先進行工業(yè)廣場的各項布置(即TBM進場必需有組裝場所，不作轉(zhuǎn)運考慮)；(2)外部條件發(fā)生變化時及時調(diào)整方案，集中全力打通至庫區(qū)的公路。采取TBM從庫區(qū)輸水隧洞出口工作面進洞的方式，此時的2B施工支洞僅作為后期TBM出洞接應；(3)2B施工支洞布置的目的既作為TBM2出洞接應并消除2A支洞的施工干擾問題，即在TBM2掘進未達到計劃節(jié)點時采取人工鉆爆的方式向下游接應，根據(jù)具體的節(jié)點時間采取鋼模臺車現(xiàn)澆施工以及TBM棄機方案，而后結(jié)合項目總體規(guī)劃以及合同考慮，將2B施工支洞作為永久檢修通道考慮。

圖3 拆機硐室結(jié)構(gòu)圖

2B施工支洞的布置原則：①考慮后期拆卸的需要，洞內(nèi)轉(zhuǎn)彎半徑不小于70 m(后期受TBM盾體滑行需要，將施工支洞末端轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整為120 m)；②洞內(nèi)寬度按拆卸最大件尺寸兩側(cè)加0.2 m考慮(因存在施工超挖)。

2.2 拆機硐室

綜合分析后得知：在2B施工支洞的功能僅作為TBM2接應洞的情況下，僅需考慮TBM2到達2B施工支洞時如何進行拆卸等問題，筆者重點考慮了以下幾點并進行了論證分析：

①在主洞內(nèi)布置拆機硐室將會預占后期工期且主體工程量將會增大。因主洞段均為現(xiàn)澆全襯砌混凝土，開挖拆機硐室后回填混凝土將會大大增加施工成本，對后期工期的分析亦不成立，故不可取。

②分析現(xiàn)有支洞轉(zhuǎn)彎半徑能否滿足TBM滑行的需要；前期2B施工支洞僅考慮了大件運輸車輛的轉(zhuǎn)彎半徑(R=70 m)，而未充分考慮TBM盾體和后配套滑行的需要(經(jīng)改裝及分體至少需R=120 m)，當前的施工支洞轉(zhuǎn)彎半徑滿足不了TBM滑行的要求，但根據(jù)計劃還有時間進行削角處理，故此，將靠近主洞末端部位的轉(zhuǎn)彎半徑處理成R=120 m，故該方案可取。

③分析了在支洞內(nèi)布置拆機硐室的條件。其一，分析了施工支洞末端的地質(zhì)情況以及拆機硐室臨近輸水隧洞主洞有無其它影響，該段地質(zhì)條件均為Ⅱ類圍巖，適宜擴大硐室開挖。為不影響已襯砌完成的主洞段混凝土結(jié)構(gòu)，僅需將拆機硐室延伸至主洞外50 m；其二，研究了TBM盾體和后配套采用何種方式滑行至拆機硐室內(nèi)。因受施工支洞末端轉(zhuǎn)彎半徑的影響，采用原TBM滑行方式已不可取，但能分體分段滑行、減小曲線長度，該點通過設備技改后可以達到，故分體分段滑行從設備角度考慮可行；其三，研究了TBM從掘進貫通面分體分段滑行采取何種滑行方式，論證了兩種模型并進行了分析：第一種是澆筑半圓型預埋滑軌，依靠單護盾掘進模式完成每一循環(huán)滑行，該單護盾模式易造成TBM滾動，故澆筑半圓型預埋滑軌不可取；第二種是澆筑矩形槽預埋滑軌，將TBM盾體自行滑至預埋滑軌上的胎模上，在矩形槽中安裝鋼結(jié)構(gòu)反力支撐，利用9#和10#油缸完成TBM盾體的推進，該方案的可行性較第一種方案對TBM滑行而言自由度大、不易造成盾體被卡或滾動；另外，單獨考慮了反力支撐結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮油缸推進滑行，故此，通過對上述兩種模型進行了研究分析與證論，選擇澆筑矩形槽預埋滑軌的方案優(yōu)點與安全保證性均高于第一種方案。

④研究了支洞內(nèi)布置拆機硐室的開挖方式。因為拆機硐室類似于一個小型地下廠房，僅有施工支洞一個通道且其還布置于底部，從底部到上部開挖只能通過超挖墊渣形成上部開挖高度的工作面，故需從拆機硐室前方打開翼口，爬坡至頂部高程面，先中導洞領進、兩側(cè)擴幫跟進，逐步擴大形成第一層大頂拱工作面。故在支洞內(nèi)布置拆機硐室利用現(xiàn)有通道開挖的方式是可以達到要求的。

3 拆機硐室的設計參數(shù)

3.1 硐室段圍巖地質(zhì)情況

經(jīng)圍巖類別鑒定，2B支洞從K0+765樁號至K1+403(終點)均為Ⅱ類圍巖，圍巖狀況較好。

3.2 TBM外徑尺寸和其它尺寸

TBM外徑尺寸為9.11 m，預留兩側(cè)空間各0.78 m。

主軸承吊裝平衡梁高度為1.2 m。

最小吊鉤收縮高度為1.5 m。

3.3 門機相關(guān)參數(shù)

門機主梁長度為15.94 m。

門機小車至輪軌高度為7.606 m。上部預留安裝空間2.5 m。

門機安裝完成后的運行重量：110 t(1臺小車、門機主梁和端梁及行走機構(gòu)重量之和)。

TBM2拆件中的最大重量：105 t(主軸承)。

門機軌道(QU100)：88.96 kg/m。

3.4 硐室支護參數(shù)

注漿帶墊板錨桿φ28，L=6 m，間距1.5 m×1.5 m；掛鋼筋網(wǎng)φ6@150 mm×150 mm；噴混凝土(30 MPa)厚度為0.15 m；軌道梁混凝土等級為C30(圓柱體)；軌道梁主筋為φ16，副筋為φ14。

綜上所述：下部凈寬尺寸10.9 m；上部凈寬尺寸17.8 m；軌道梁至開挖底板為12.19 m；凈空高度為22.29 m。

4 拆機硐室的開挖與支護施工

4.1 施工規(guī)劃

在TBM2完成掘進之前，從2B支洞進入完成相應洞室的擴挖支護，確保TBM2的正?；锌臻g。在TBM2開挖掘進至主洞樁號K11+032.95后，利用自身油缸繼續(xù)向前推行至樁號K11+019.15，之后利用自身動力將TBM2拉行進入拆機硐室。對現(xiàn)有200 t門機進行必要的改造并將其安裝在拆機硐室內(nèi)，將其作為TBM2拆除的主要吊裝工具。

4.2 施工方法

對擴挖洞段先進行頂部擴挖并完成相應的支護后再進行兩側(cè)擴挖。對拆機硐室段(STA1+291.78 ～ STA1+331.78)如圖4所示分四層進行開挖。對門機基礎平臺采用水平光面爆破，確保開挖成型質(zhì)量(圖4)。

圖4 開挖分層示意圖

開挖采用人工手風鉆和兩臂鉆鉆孔，周邊光面爆破。根據(jù)圍巖情況，將循環(huán)進尺控制在1～3.5 m左右。采用直孔菱形掏槽方式，手風鉆造孔孔深為1～2 m；兩臂鉆鉆孔時，孔深為1～4 m。周邊孔距為0.4～0.5 m，輔助孔孔間距為0.8～1 m。周邊孔采用φ25巖石乳化炸藥間隔均勻裝藥，輔助孔采用φ32巖石乳化炸藥連續(xù)裝藥。出渣采用裝載機裝自卸汽車運渣至渣場。

4.3 支護施工

(1)錨桿施工。

錨桿主要為注漿錨桿，錨桿施工隨開挖及時跟進。

采用DT820兩臂臺車造孔。水平錨桿采用“先注漿后插桿”工藝。人工現(xiàn)場拌制砂漿，由SJB—10注漿機注漿。仰角錨桿采用“先插桿后注漿”工藝，先將錨桿自頂部沿一側(cè)綁扎固定φ6排氣管，要求錨桿安插到位后排氣管距孔底5 cm，孔口外露15 cm，利用平臺架人工安插鋼筋，孔口安置注漿管并用麻絲封閉后對錨桿孔注漿。

(2)噴混凝土施工。

噴混凝土采用“濕噴法”工藝。噴混凝土前，用高壓水將巖面沖洗干凈，清除巖石碎屑和松動的巖塊，經(jīng)6 m3混凝土罐車運輸入洞，混凝土臺車噴料，分層、分段噴混凝土至設計要求的厚度。噴混凝土施工一般采用自下而上的施工順序，將邊墻每層噴混凝土厚度控制在3～5 cm，頂拱每層噴混凝土控制在2～3 cm。噴混凝土終凝后，人工進行噴水或灑水養(yǎng)護，保持混凝土面濕潤直至養(yǎng)護期結(jié)束。

5 TBM拆卸硐室具有的主要技術(shù)特點

5.1 TBM的拆卸全部在洞內(nèi)完成，在同類TBM中獨具創(chuàng)新

CCS項目的洞內(nèi)全部拆機是在TBM完成掘進任務后綜合考慮各種施工條件等情況下采取的特定拆卸手段。通過大量的方案論證和類似工程對比，確定了包括TBM拆機洞室的布置型式、TBM轉(zhuǎn)彎半徑對TBM滑行的影響、TBM滑行采取的反力支撐型式、TBM滑行軌道型式等，通過實際拆卸，總結(jié)分析了應用與效果，可為日后洞內(nèi)拆卸TBM提供思路及基礎。

5.2 將前期組裝的200 t門機經(jīng)技術(shù)改造為洞內(nèi)橋機，既滿足了吊卸要求，又降低了成本

通過對門機荷載進行研究以及廠家建議以不隨意改動原設備主體結(jié)構(gòu)、外形尺寸為原則，取消了支腿、中橫梁和下梁結(jié)構(gòu)件后增加了主梁與大車行走機構(gòu)連接裝置，在主梁兩端與支腿連接端頭內(nèi)部布置肋板進行加固，經(jīng)對門機技改和日后拆卸重量計算，能夠滿足拆卸過程中的最大件吊卸，既發(fā)揮了工程技術(shù)人員的聰明才智，又節(jié)約了成本。

5.3 現(xiàn)有轉(zhuǎn)彎半徑條件采用特制胎?；卸荏w，具有可靠性及安全性

TBM盾體重量約1 000 t，且其在滑行中不可能支解太多的部件，主要是考慮其整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，利用特制的胎模將全部TBM盾體置于胎模上，增大了胎模與地下預埋滑軌的滑動面積并降低了滑動系數(shù)，結(jié)合TBM自身油缸推力輔助提供反作用力，實現(xiàn)了胎模與預埋滑軌的滑動。采用該方案，TBM盾體移動自由度大，不會發(fā)生側(cè)向滾動現(xiàn)象，通過反扭矩油缸調(diào)節(jié)拆卸盾的姿態(tài)實現(xiàn)滑行，但有可能在轉(zhuǎn)彎段發(fā)生胎模側(cè)向滑塊與導向滑軌“啃咬”現(xiàn)象，此時，需采用千斤頂從外側(cè)將TBM往內(nèi)側(cè)頂，強迫其轉(zhuǎn)彎。

5.4 在120 m轉(zhuǎn)彎半徑條件下成功滑行TBM盾體和后配套

CCS項目TBM掘進設計最小轉(zhuǎn)彎半徑為400 m，但在120 m轉(zhuǎn)彎半徑下滑行，必需將TBM盾體和后配套從牽引油缸處分開，然后各自單獨滑行至拆機硐室。經(jīng)海端克廠家的專家建議和指導，從2B支洞引入了動力電和冷卻水，改造超前鉆系統(tǒng)的液壓泵站作為動力源，并與尾盾內(nèi)側(cè)底部的9#和10#油缸的高壓油管連接，利用9#和10#油缸完成TBM盾體的推進工作。