王 國 陽， 錢 凱 旋, 龔 澤 鵬

(華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司拉哇分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

水力發(fā)電作為一種傳統(tǒng)清潔能源，具有電能獲取無碳化的優(yōu)勢，將會在實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)中發(fā)揮重要作用，而水工隧洞作為水力發(fā)電工程的主要施工項(xiàng)目，對施工技術(shù)、施工質(zhì)量和施工措施等方面的要求極高[1]。在隧洞開挖支護(hù)施工過程中，受復(fù)雜多變且可預(yù)見性較差的水文及地質(zhì)等外界因素的影響，加之自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的不同，因此，結(jié)合具體工程項(xiàng)目特點(diǎn)，選擇合適的施工技術(shù)和合理的施工措施，有效解決施工過程中的地下滲水及施工用水抽排、通風(fēng)散煙、資源輸送通道等問題，對于減少施工工序干擾、提高施工功效保證率、保證施工安全可靠等具有十分重要的意義[2-3]。

1 必英溝工程布置

必英溝位于拉哇水電站大壩軸線上游約2.8 km的左岸，為常年流水溝，主溝長度13.93 km，溝道平均縱比降17.7%。必英溝右側(cè)溝底高程2 790～2 620 m范圍為電站料場開采區(qū)，開采區(qū)上游為砂石加工系統(tǒng)布置區(qū)域。料場開采區(qū)下方溝道內(nèi)為棄渣場，棄渣來源主要包括料場開采剝離料和加工棄料等。必英溝渣場堆渣頂高程2 730 m，設(shè)計(jì)棄渣量633.32萬m3，堆渣體最大高度180 m，渣場級別為Ⅰ級，防洪建筑物等級為Ⅰ級，必英溝排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，相應(yīng)洪峰流量為84.7 m3/s，排水工程為永久建筑物。

必英溝排水隧洞布置于必英溝右岸，由進(jìn)口明渠、進(jìn)水口結(jié)構(gòu)、排水隧洞、出口明渠等結(jié)構(gòu)組成。排水隧洞進(jìn)口底板高程為2 855 m，出口底板高程為2 705 m，洞身軸線長1 611 m，按照分段布置不同縱坡，最小縱坡為3.09%，最大縱坡為10.68%，最大過流斷面尺寸為5 m×6 m(寬×高)，最小過流斷面尺寸為3.5 m×3.7 m(寬×高)，斷面采用城門洞型。

2 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)

2.1 外界環(huán)境因素復(fù)雜

陡長水工隧洞經(jīng)常會遇到較為復(fù)雜的外界環(huán)境因素。在必英溝排水隧洞開挖過程中，揭露圍巖類別以Ⅲ類圍巖為主，IV類、V類圍巖需要采取“一開挖一支護(hù)”的掘進(jìn)方式，確保洞室的穩(wěn)定，局部洞段受節(jié)理裂隙發(fā)育及斷層等影響，滲水較為嚴(yán)重，抽排水設(shè)施要隨掌子面進(jìn)尺及時跟進(jìn)布設(shè)，因此，該類型的隧洞開挖會增加支護(hù)施工難度，對現(xiàn)場管理人員的經(jīng)驗(yàn)及作業(yè)人員的水平提出了較高的要求，工程建設(shè)工期的不可控性也會隨之增加。

2.2 安全管控風(fēng)險(xiǎn)隱患多

必英溝排水隧洞開挖長度1 611 m，最大縱坡達(dá)10.68%，斷面尺寸類型多，加之單作業(yè)面掘進(jìn)及復(fù)雜多變的水文地質(zhì)條件，使開挖支護(hù)施工過程中的安全管控風(fēng)險(xiǎn)劇增。主要集中于圍巖破碎節(jié)理發(fā)育掉塊風(fēng)險(xiǎn)大、多處滲水加劇圍巖變形失穩(wěn)、施工工序干擾大使支護(hù)及時性不夠、施工作業(yè)面狹窄導(dǎo)致應(yīng)急逃生通道有限等。由于隧洞施工本身對技術(shù)方案和資源組織水平要求較高，因此，現(xiàn)場管理人員在施工過程中及時開展安全風(fēng)險(xiǎn)隱患排查、處理，對確保工程安全和施工進(jìn)度顯得尤為重要。

2.3 施工作業(yè)環(huán)境差

隧洞的施工作業(yè)環(huán)境主要以洞內(nèi)空氣質(zhì)量、掌子面積水量等指標(biāo)來衡量，主要施工保證措施為通風(fēng)散煙和抽排水，措施實(shí)施難度與單項(xiàng)掘進(jìn)長度、縱向坡比、工序數(shù)量等成正比例關(guān)系，與隧洞斷面尺寸成反比例關(guān)系。因此，對于陡長水工隧洞來說，其洞內(nèi)的施工作業(yè)環(huán)境要較一般隧洞差，且改善提升難度大。

2.4 臨建設(shè)施布置密度大

必英溝排水隧洞最大開挖斷面尺寸為6 m×6.5 m(寬×高)，最小開挖斷面尺寸為4.5 m×4.6 m(寬×高)。受設(shè)計(jì)開挖斷面尺寸限制，施工供水、供電、供風(fēng)、通風(fēng)等臨建設(shè)施的設(shè)備和材料在空間布置上過于密集，且相互制約影響較大。同時，上述臨建設(shè)施在有限的施工空間里對隧洞開挖、支護(hù)等作業(yè)也會產(chǎn)生一定的影響。

2.5 施工工序干擾大

必英溝排水隧洞開挖支護(hù)施工階段主要工序有放樣、鉆孔、爆破、通風(fēng)、出渣、噴混凝土、掛網(wǎng)、錨桿等，抽排水在各工序之間持續(xù)進(jìn)行。因各工序施工特點(diǎn)及空間尺寸限制，工序間作業(yè)交叉干擾大，且無法緊湊銜接，部分在一般隧洞工程中可以平行施工的工序在此類隧洞中不能開展平行作業(yè)，占用了直線工期。

2.6 施工作業(yè)工效低

必英溝排水隧洞開挖支護(hù)采用“新奧法”理論，在隧洞單循壞開挖完成后，須結(jié)合圍巖應(yīng)力分布特點(diǎn)、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)特征等，及時完成相應(yīng)的支護(hù)，確保圍巖的穩(wěn)定性，因此,對開挖、支護(hù)等工序的實(shí)施時效性要求較高。而受復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境、施工作業(yè)環(huán)境、施工工序干擾等因素影響，人工作業(yè)的整體效率會隨著洞室斷面尺寸變小、單項(xiàng)掘進(jìn)長度增加而急劇下降，進(jìn)而會對工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度等全過程管控產(chǎn)生較大的影響。

從施工的實(shí)際情況不難看出，此類隧洞開挖支護(hù)管理的重難點(diǎn)主要集中在如何采取合理且有效的施工措施減少施工工序干擾、改善施工作業(yè)環(huán)境、提高施工作業(yè)工效，進(jìn)而保證工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度等管理指標(biāo)受控。

3 施工措施

3.1 抽排水措施

必英溝排水隧洞開挖支護(hù)采用由進(jìn)口段BP0+000到BP1+610.992單項(xiàng)掘進(jìn)的方式進(jìn)行施工，洞內(nèi)坡度整體呈下坡型式，最陡段坡度達(dá)10.68%。施工過程中，圍巖周圍開挖揭露地下水較豐富，所有洞內(nèi)水均匯流至掌子面。為確保正常施工，首要任務(wù)是采取合理的施工措施將地下滲水和施工廢水及時抽排出洞。但受爆破、出渣等因素影響，抽排水作業(yè)無法保證連續(xù)實(shí)施，在出渣期間將暫停抽水，根據(jù)洞內(nèi)滲水及掌子面積水情況，應(yīng)對抽排水作業(yè)和渣料清運(yùn)進(jìn)行合理安排。為保證洞內(nèi)抽水效率，抽水泵均須采用大流量、高揚(yáng)程水泵。

在現(xiàn)場施工過程中，先通過抽水泵接軟管將積水抽至距掌子面最近的集水坑，再沿洞軸線設(shè)置多個集水坑、排水泵、排水管，采用分段梯級抽水方式將洞內(nèi)水抽至洞外三級沉淀池。具體措施是：洞內(nèi)每間隔100 m設(shè)置一道臨時性集水坑(集水坑尺寸采用2 m×1 m×2 m(長×寬×高)，集水坑內(nèi)放置固定式潛污泵(WQ100-35-18.5 kW)，輔以DN108排水鋼管。

因洞內(nèi)滲水具有持續(xù)性，而抽水間隙時間僅為渣料清運(yùn)期間，水泵幾乎處于連續(xù)高強(qiáng)度工作狀態(tài)，對水泵穩(wěn)定運(yùn)行維護(hù)的要求極高，現(xiàn)場配置了一個3～4人的維護(hù)班組。同時，為減少因水泵損壞更換而耽擱的施工時間，預(yù)防洞內(nèi)滲水突然增加的不利因素，抽水泵以及管道均采用一用一備的方式。

3.2 通風(fēng)散煙措施

因必英溝排水隧洞設(shè)計(jì)開挖斷面尺寸呈洞口大、洞內(nèi)小的特點(diǎn)，且在BP0+042-BP0+145段軸線為R100圓弧型，洞內(nèi)空氣流動性小，導(dǎo)致洞內(nèi)空氣質(zhì)量差，尤其在爆破后和出渣期間挖掘機(jī)、裝載機(jī)、出渣車等機(jī)械運(yùn)行過程中產(chǎn)生的煙霧更難排出[4-5]。

基于上述特點(diǎn)，考慮洞內(nèi)空間有限及減少施工干擾等因素，現(xiàn)場采用在洞口右側(cè)安裝2×55 kW送風(fēng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)袋采用φ100 mm規(guī)格，在隧洞中間(BP0+800)加裝接力風(fēng)機(jī)，在左側(cè)設(shè)置一臺抽風(fēng)風(fēng)機(jī)，使洞內(nèi)形成一個空氣循環(huán)，有效提升隧洞內(nèi)空氣環(huán)境指標(biāo)。

3.3 施工干擾解決措施

必英溝排水隧洞設(shè)計(jì)開挖斷面尺寸小，直接導(dǎo)致開挖渣料在掌子面無法直接裝車運(yùn)輸，支護(hù)工序施工期間因設(shè)備占道而無法正常進(jìn)行開挖。

基于上述因空間尺寸而產(chǎn)生的施工干擾，現(xiàn)場采取設(shè)置錯車道的方式解決，即錯車道沿洞軸線每間隔70～100 m設(shè)置一道，錯車道尺寸為7 m×6 m×4 m。為滿足洞內(nèi)車輛運(yùn)輸需要，錯車道和集水坑設(shè)置在同一處。開挖出渣時，通過裝載機(jī)將掌子面的渣料運(yùn)至停放在錯車道的出渣車上進(jìn)行清運(yùn)；支護(hù)施工期間，可將支護(hù)設(shè)備、材料堆放在錯車道內(nèi)進(jìn)行施工，保證主干道通暢，進(jìn)而確保掌子面正常開挖。

4 施工措施應(yīng)用效果

必英溝排水隧洞開挖作業(yè)循環(huán)由鉆孔、出渣和輔助工作等組成。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工效，不同圍巖類別完成1個開挖循環(huán)所需時間及單循環(huán)進(jìn)尺數(shù)情況如下：

Ⅲ類圍巖單循環(huán)進(jìn)尺1.5～1.8 m，9.5 h/循環(huán)，2.5循環(huán)/d，日進(jìn)尺可達(dá)3.7～4.5 m/d，則月進(jìn)尺92～112 m/m(按25 d/m計(jì)算)，實(shí)際施工平均可達(dá)100 m/m；IV、Ⅴ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺1.0～1.2 m，12 h/循環(huán)，2.0循環(huán)/d，日進(jìn)尺2.0～2.4 m/d，則月進(jìn)尺50～60 m/m(按25 d/m計(jì)算)，實(shí)際施工平均可達(dá)55 m/m。另外，隧洞開挖支護(hù)施工過程中，錯車道和積水坑施工需要2 d，機(jī)械維修和故障等耽擱約3 d。

由于將錯車道作為噴混凝土的作業(yè)平臺以及裝載機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械的停放空間，現(xiàn)場初期支護(hù)施工和開挖進(jìn)度基本匹配，除特殊部位需要立即支護(hù)而停止掌子面開挖的地方，其余部位支護(hù)施工均滯后掌子面約一個錯車道的距離。

必英溝排水隧洞開挖支護(hù)施工過程中，經(jīng)參建四方對圍巖類別進(jìn)行現(xiàn)場鑒定，實(shí)際洞身總長為1 613 m，圍巖類別情況分別為Ⅲ類1 293 m、Ⅳ類及Ⅴ類320 m，實(shí)際開挖支護(hù)施工工期約18個月，進(jìn)度基本滿足合同工期要求，施工過程中未發(fā)生一起安全、質(zhì)量事故，整體工程管理指標(biāo)受控。

5 結(jié) 語

地下洞室開挖支護(hù)施工難度及工效會因圍巖類別、斷面尺寸、縱向坡度、支洞數(shù)量等不同而各異，采取的開挖支護(hù)施工措施也會有所差別。必英溝排水隧洞工程由于受到地形、地質(zhì)等客觀條件的限制，在實(shí)際施工過程中無法通過增加施工支洞的方式來減少掘進(jìn)長度，提高通風(fēng)散煙及抽排水效率。針對工程的實(shí)際情況，采用分段梯級抽排水、接力循環(huán)通風(fēng)散煙、增設(shè)錯車道等綜合施工措施，解決了陡長水工隧洞單面作業(yè)施工存在的環(huán)境差、工序干擾大、作業(yè)工效低的問題，有效提升了工程施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度等方面的管理成效，可為類似工程項(xiàng)目管理提供借鑒。