張春洪,解迎夏

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 工程概況

福建永泰抽水蓄能電站位于福州市下轄的永泰縣白云鄉(xiāng)，與福州市、廈門市的直線距離分別為37 km、192 km。工程屬于I等大(1)型工程，樞紐主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房及地面開關站、下水庫等建筑物組成。上水庫正常蓄水位為657.00 m，相應庫容為847.00萬m3；下水庫正常蓄水位為225.00 m，相應庫容為924.00萬m3。電站裝機容量為1 200 MW(4×300 MW)，平均年發(fā)電量為12億kWh，年抽水電量為16億kWh。引水系統(tǒng)采用兩級斜井布置形式，長約1 119.04 m，洞徑為7.00～3.50 m；尾水系統(tǒng)長約920.16 m，洞徑為7.40～5.20 m。地下廠房系統(tǒng)主要由主副廠房洞、主變洞、尾閘洞、母線洞、500 kV出線洞、進廠交通洞、通風兼安全洞、排水廊道等附屬洞室及地面開關站等建筑物組成。主副廠房洞開挖尺寸為170.00 m×24.50 m×54.70 m(長×寬×高)，安裝4臺單機容量300 MW的立軸單級混流可逆式水輪發(fā)電機組。下水庫位于白云溪上，主要建筑物為一座混凝土重力壩，壩頂高程為232.20 m，最大壩高為55.20 m，壩頂長為175.00 m，壩頂寬為7.00 m。

2 輸水系統(tǒng)主要設計優(yōu)化內(nèi)容

2.1 1#施工支洞

招標設計階段進洞段采用超前管棚預加固，超前管棚參數(shù)為Φ108×8 mm，L=18 m，間距0.3 m。支護形式為初噴4 cm厚C25混凝土+掛網(wǎng)Φ8@15×15 cm+鋼拱架I16@100 cm+復噴21 cm厚C25混凝土+35 cm厚C25鋼筋混凝土襯砌，系統(tǒng)錨桿采用HRB400鋼筋，直徑為25 mm，長為4.5 m，間排距為1.25 m(見圖1所示)。

圖1 招標設計階段進洞段原支護示意

施工圖設計階段中預加固管棚長度調(diào)整為24 m，支護形式中鋼拱架間距調(diào)整為75 cm，其他不變。施工過程中發(fā)現(xiàn)進洞口明挖揭露的圍巖屬Ⅳ類，圍巖情況有所好轉(zhuǎn)，鑒于管棚施工時間較長，而1#施工支洞因其他因素影響進度已有所滯后，經(jīng)參建各方協(xié)商，確定取消管棚變更為小導管+鎖口錨桿，以加快施工進度，小導管采用直徑Φ42 mm、壁厚4 mm無縫鋼管，長為4.0 m，間距為0.3 m，排距為1.5 m；鎖口錨桿采用HRB400鋼筋，直徑為32 mm，長為6.0 m，間距為1.0 m。同時進口段鋼拱架間距調(diào)整為0.5 m，保證施工安全(見圖2所示)。

圖2 施工圖設計階段優(yōu)化后進洞段支護示意

2.2 1#岔施工支洞

可行性研究報告階段在引水上平洞上庫進/出水口(引1(2)0+000.000)至事故檢修閘門井(約引1(2)0+126.000)間布置1#岔施工支洞(約引1(2)0+070.000)，事故檢修閘門井下游布置1#施工支洞(約引1(2)0+149.000)，以滿足在上庫事故閘門井施工期間，可同步進行引水上平洞段的施工。1#、1#岔施工支洞總體呈“F”形，均自2#引水上平洞右側(cè)連接至1#引水上平洞(見圖3所示)。

圖3 可行性研究報告階段原1#岔施工支洞布置示意

招標設計階段采用在上庫事故閘門井底部鋪設鋼板的方案，以解決上庫事故閘門井上游段的引水上平洞施工通道和干擾因素，取消了1#岔施工支洞，1#岔施工支洞長252 m，僅設置了1#施工支洞作為上平洞和上斜井施工通道。引水上平洞檢修通道為上庫閘門井通氣孔內(nèi)設爬梯[1]。

施工圖設計階段考慮上庫閘門井總高度接近100 m，通過爬梯下降至上平洞進行檢修安全性較差，故將檢修進人孔調(diào)整至上平洞，因而在1#引水隧洞上平洞左側(cè)設置1#岔施工支洞，兼做施工通道，方便施工，加快施工進度。

考慮施工期間自流排水，1#岔施工支洞自1#施工支洞縱軸線最低點(樁號1#支0+327.981)接引，經(jīng)兩次平面轉(zhuǎn)彎后接入1#引水上平洞，起點高程為 564.00 m，終點高程為565.46 m，隧洞縱坡為0.26%。1#、1#岔總體呈“P”形，分由1#、2#引水上平洞兩側(cè)接入(見圖4所示)[1]。

圖4 施工圖設計階段優(yōu)化后1#岔施工支洞布置示意(單位： m)

2.3 3#岔施工支洞

可行性研究報告階段及招標設計階段引水支管鋼襯管節(jié)考慮在岔管未安裝前，先由3#施工支洞運至引水下平洞，再通過運輸臺車運至支管部位提前放置，在引水岔管定位安裝后，由引水鋼岔管向廠房方向進行安裝焊接，其中與蝸殼連接處2節(jié)支管從廠房吊入安裝。

技施階段為優(yōu)化引水支管和引水岔管施工條件，加快壓力鋼管安裝及回填混凝土施工進度，減少引水支管和廠房施工干擾，設置通至1#、2#、3#和4#引水支管的3#岔施工支洞。增設3#岔施工支洞后，引水支管鋼襯的安裝不再受制于岔管的施工，可與岔管同步施工。

3#岔施工支洞自3#施工支洞接引，采用城門洞形斷面，尺寸為7.0 m×6.5 m(寬×高)，起點高程為 141.76 m，終點高程為134.05 m，總長度約為201.94 m，最大坡度為6.19%(見圖5所示)。

圖5 3#岔施工支洞布置示意(單位：m)

2.4 尾水隧洞

1) 斷面參數(shù)調(diào)整

可行性研究報告階段及招標設計階段尾水隧洞開挖及襯后斷面均為圓形，開挖直徑為8.6 m，襯砌厚度為0.6 m，襯后直徑為7.4 m?？紤]尾水隧洞坡度較大，圓形斷面不利于施工期的交通，同時為加快施工進度，將尾水隊洞開挖斷面及襯后斷面調(diào)整為平底馬蹄形[2]。

施工圖設計階段優(yōu)化后的尾水隧洞開挖高度為8.6 m，底板開挖寬度為5.5 m，底板設置插筋，支護參數(shù)、襯砌厚度、灌漿參數(shù)等不變(見圖6所示)。

(a)優(yōu)化前斷面(圓形)

(b)優(yōu)化后斷面(馬蹄形)

2) 增加連接洞

招標設計階段及技施圖中1#、2#尾水隧洞平行布置，軸線間距32 m，在尾1(2)0+628.232處設置5#施工支洞，至下游閘門井前分標樁號尾1(2)0+107.800段長約520 m。

施工期間考慮獨頭工作面較長不利于施工組織，且通風效果較差不利于人員洞內(nèi)作業(yè)，在下游側(cè)增加連接洞，連接洞布置參數(shù)參考5#施工支洞(見圖7所示)。

圖7 尾水隧洞新增連接洞布置示意(單位： m)

2.5 主副廠房洞

1) 吊頂牛腿變更為吊頂支撐

招標設計階段吊頂結構考慮采用網(wǎng)架牛腿支撐，網(wǎng)架牛腿為鋼筋混凝土結構。網(wǎng)架牛腿部位設置3排錨桿作為牛腿主受力結構。上、下排為普通砂漿錨桿，采用HRB400鋼筋，直徑為36 mm，上排長為9.0 m，下排長為6.0 m，外露0.8 m，間距為0.75 m，分別向上、下傾角25°。中間1排為高強預應力錨桿，采用PSB785鋼筋，直徑為32 mm，T=150 kN，L=10 m，入巖9.1 m，間距為3 m，水平布置。

施工圖設計階段上下排錨桿不變，預應力錨桿修改為HRB400鋼筋，直徑為36 mm，長度不變，同時將中間排錨桿調(diào)整為預應力錨桿與普通砂漿錨桿交錯布置(見圖8所示)。

圖8 施工圖設計階段原網(wǎng)架牛腿示意(單位：mm)

施工圖設計階段變更優(yōu)化中考慮僅采用網(wǎng)架牛腿作為吊頂結構支撐時，吊頂結構跨度較大，對材料要求高，且拱腳受力較大，不利于結構穩(wěn)定。經(jīng)對吊頂及支撐體系重新設計優(yōu)化，改為上拉下?lián)蔚姆绞剑敼安贾玫蹴斿^桿，牛腿變更為吊頂支撐。吊頂錨桿采用HRB400鋼筋，直徑為28 mm，長為6.0 m，外露1 m，間距為2.75 m，排距為3.6 m，豎向布置。吊頂支撐包括附壁柱及柱頂聯(lián)系梁，柱腳與巖壁吊車梁相接(不考慮以吊車梁作柱基礎受力)，柱間距約3.0 m，上下游位置相同，共布置88根。每根附壁柱中布置6根錨桿作為主受力結構，錨桿采用HRB400鋼筋，直徑為28 mm，長為6.0 m(見圖9所示)。

圖9 施工圖設計階段優(yōu)化后吊頂錨桿及吊頂支撐示意(單位：cm)

2) 支護參數(shù)調(diào)整

招標階段主副廠房洞全斷面系統(tǒng)掛網(wǎng)噴15 cm厚CF30粗纖維混凝土，網(wǎng)片采用HPB300鋼筋，直徑為8 mm，網(wǎng)孔為15 cm×15 cm。技施圖階段Ⅲ類圍巖噴混凝土厚度調(diào)整為18 cm，掛網(wǎng)鋼筋網(wǎng)孔調(diào)整為20 cm×20 cm，其他不變。

廠房V層開挖期間揭露巖性以晶屑凝灰熔巖為主，少量花崗斑巖，微風化；發(fā)育輝綠玢巖脈寬 0.1～0.2 m，呈微風化狀，與圍巖呈裂隙接觸；節(jié)理輕度發(fā)育—中等發(fā)育，局部較發(fā)育，以NW、NE、NNE、SN向陡傾角為主，面多干凈、閉合，少量微張—張開；巖體較完整，多呈塊狀次塊狀結構，屬II類圍巖[3]。

根據(jù)現(xiàn)場實際開挖揭露的地質(zhì)情況，結合廠房內(nèi)部結構布置，將主副廠房洞下游邊墻部分區(qū)域系統(tǒng)掛網(wǎng)噴納米粗纖維混凝士改為隨機掛網(wǎng)噴納米粗纖維混凝土，厚度不變。減少支護工程量，保證施工安全的情況下加快施工進度。

2.6 尾閘洞

招標設計階段尾閘洞尾閘井以上高程全斷面采用40 cm厚鋼筋混凝土襯砌(尾閘洞巖壁吊車梁頂高程為EL.191.90 m，見圖10所示)。

圖10 招標設計階段尾閘洞巖臺以上支護參數(shù)示意(單位： 高程 m，尺寸 mm)

尾閘洞I層(150.25～157.30 m)開挖揭露巖性為晶屑凝灰熔巖及花崗斑巖，微風化；發(fā)育2條輝綠玢巖脈，寬分別為0.5～0.8 m、1.0～1.5 m，呈微風化狀，與圍巖呈混熔接觸；發(fā)育1條蝕變帶，寬0.1～0.2 m，呈弱風化狀；節(jié)理輕度發(fā)育—中等發(fā)育，以NNE、NNW向陡傾角為主，節(jié)理多閉合，少量充填巖屑;巖體較完整為主，局部巖體完整性差，整體屬II類圍巖[4]。

圖11 尾閘洞巖臺以上設計優(yōu)化支護示意(單位：高程 m，尺寸 mm)

施工圖設計變更優(yōu)化中考慮圍巖情況較好，取消尾閘洞151.900 m高程以上混凝土襯砌，151.900 m高程以上邊墻系統(tǒng)掛網(wǎng)噴10 cm厚C30混凝土調(diào)整為系統(tǒng)掛網(wǎng)噴15 cm厚CF30納米粗纖維混凝土。151.900 m高程以上除頂拱中心處的1排系統(tǒng)錨桿每隔1根兼作照明錨桿，外露長度不變外，其余系統(tǒng)錨桿及鎖口錨桿外露長度調(diào)整為15 cm(見圖11所示)。

3 結語

永泰抽水蓄能電站工程目前仍在建設中，尚有許多可以挖掘的優(yōu)化點。包括設計、施工在內(nèi)的各參建單位需積極探索，不斷提高，保證工程具有優(yōu)越的技術經(jīng)濟性，并兼顧保護環(huán)境、生態(tài)和諧的要求，設計變更和優(yōu)化符合工程實際需要，為類似工程提供成功經(jīng)驗。