导流洞施工方案比较研究

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【摘要】本文以泾河东庄水利枢纽工程导流洞施工为例，详细阐述了特大断面导流洞常规施工方案和非常规施工方案的布置和施工程序，并从技术、经济和工期等综合指标对各施工方案进行了比较分析，归纳、总结出作为水利枢纽工程关键线路上的导流洞工程，为确保枢纽工程总工期，特大断面导流洞施工宜以常规方案进行施工。

【关键词】导流洞；特大断面；施工方案；竖井；斜坡道；缆机

前言

现阶段东庄水利枢纽工程拟定的开发任务为防洪减淤为主，兼顾供水、发电及改善生态。工程水库库容32.9亿m3，电站装机120MW，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型。枢纽建筑物包括混凝土双曲拱坝、水垫塘、引水发电系统、库区防渗工程及供水塔架等工程，最大坝高230m。枢纽工程导流方式为河床一次拦断、隧洞导流，导流洞布置于右岸，为单洞布置，断面为城门洞型，成洞断面为17m×19m。推荐的导流洞施工方案为以上游6#道路和下游1#道路作为施工通道的常规施工方法。由于上游6#道路是临时道路，且投资高、具备通车条件工期较长，为实现尽早开工建设导流洞工程，技术人员在分析上游6#道路替代方案的基础上，对导流洞施工方案进行了以道路作为施工通道的常规施工方案和竖井（斜坡道）、缆机作为施工通道的非常规施工方案的比较论证工作，并对各方案进行技术、经济及工期比较。

1、导流洞特性

导流洞为右岸单洞布置，进口高程593.00m，底坡3‰，轴线长916.00m，出口高程590.25m。断面型式为城门洞型，成洞尺寸为17m×19m（宽×高），顶拱角度120°。洞身采用一次喷锚支护与二次全断面钢筋混凝土组合衬砌。导流洞洞身围岩类别主要分为Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类，根据导流洞运行方式及洞身各段不同荷载受力情况，洞身沿程采取不同衬砌厚度，综合衬砌厚度1.3m。导流洞进口闸室设置分流墩，左、右孔口分别设置封堵闸门，孔口尺寸8.0m×19m，塔顶高程650m。导流洞出口设20m长混凝土明渠。

导流洞平面布置见图1.1-1。

2、导流洞施工方案

共进行了四种施工方案的分析比较，分别为：方案1――以道路作为施工通道的施工方案；方案2――竖井施工方案；方案3――斜坡道施工方案；方案4――缆机施工方案。

2.1方案1――以道路作为施工通道的施工方案

上游6#路、下游1#路贯通后，先进行进、出口明挖，再进行洞挖施工，然后进行洞身混凝土衬砌，最后进行进、出口混凝土浇筑。导流洞进、出口边坡施工采用常规开挖方法和程序进行。导流洞洞身施工不设支洞，采用进、出口两个工作面施工。洞挖采用2台阶法分层开挖，上层高度10m，下层高度11.6m。上层开挖采用“中导洞+两侧扩挖”的分部开挖法。上层采用三臂钻全断面钻孔爆破，下层采用YQ100型潜孔钻机钻竖向孔，深孔爆破，底部预留保护层开挖。洞身混凝土衬砌分顶拱、边墙和底板三部分进行，采用钢模台车施工。

2.2方案2――竖井施工方案

（1）施工程序。1#道路毛路基贯通后，先进行出口边坡开挖，后期作为隧洞混凝土运输通道。同时由其它施工道路接支线至竖井口，进行竖井开挖及导流勘探试验洞洞身开挖，进口明挖，进口混凝土浇筑，再进行隧洞边墙、底板混凝土浇筑，最后进行出口混凝土浇筑。

（2）竖井布置及施工。共布置两条竖井，1#竖井布置于桩号隧洞桩号0+265处，井口高程760m，井底高程591m，井深169m；2#竖井布置于隧洞桩号0+745处，井口高程735m，井底高程590m，井深145m。竖井直径采用5m，双罐笼布置。

竖井石方自上而下进行开挖，采用手风钻钻孔，周边采用光面爆破。开挖石渣采用人工装渣，10t绞车提升2m渣斗至井口，采用挂钩式自动翻渣至10t自卸汽车运渣。竖井混凝土待井挖施工完成后，自下而上采用滑模一次浇筑而成，10t绞车吊混凝土罐入仓浇筑。

（3）隧洞主要施工方案。出口边坡采用常规施工方法，与方案1中出口边坡施工方法相同。进口边坡开挖须待导流勘探试验洞洞身段开挖完成后进行，以导流洞洞身作为施工通道。边坡开挖采用自上而下分层开挖，手风钻配潜孔钻钻孔，深孔梯段爆破，临近开挖轮廓采用预裂爆破。导流洞进口混凝土采用混凝土泵入仓浇筑。出口混凝土采用履带吊吊混凝土罐入仓浇筑。

洞身分三层进行开挖，自上而下层高分别为7.6m、7m和7m。上层采用导洞领先，两侧跟进扩挖的方式，导洞宽度6m。

上层采用手风钻钻孔，周边光面爆破，中导洞领先，两侧跟进的施工方法。中、下层采用手风钻配潜孔钻机钻垂直孔，梯段爆破，周边预裂的施工方法。下层施工预留0.5m后的保护层。开挖石渣由10t绞车配双罐笼进行垂直运输，平洞内采用有轨运输方式，由电瓶车牵引矿用斗车，斗车容量为1.5m3，2节一组。

隧洞混凝土衬砌分顶拱、边墙和底板三部分进行。顶拱混凝土待隧洞上层开挖完成后进行施工。混凝土主要由竖井垂直运输至井底，再由混凝土泵泵送入仓浇筑。

2.3方案3――斜坡道施工方案

（1）施工程序

1#道路施工的同时进行斜坡道施工，1#道路毛路基贯通后进行出口边坡开挖，然后进行出口工作面洞身开挖；上游斜坡道施工完成后即可进行进口边坡开挖，然后进行进口工作面洞身开挖。上层开挖完成后进行顶拱混凝土衬砌，下层开挖完成后再进行洞身边墙、底板混凝土衬砌，最后进行进、出口混凝土浇筑。

（2）斜坡道布置

斜坡道布置于导流洞进口上游侧，顶部高程为780m，底部高程为600m，底宽为13m，两侧开挖边坡为1：1。斜坡道上布置复线轨道，共布置2套斜坡轨道斗车和卷扬机，斗车装载量为20t（9m3）。开挖时，采用卷扬机配轨道斗车提升石渣；混凝土衬砌施工期间，斜坡轨道斗车上加装6m3侧卸式混凝土罐，由卷扬机自上而下牵引轨道斗车运输混凝土。

（3）主要施工方案边坡开挖施工同方案1，其中进口边坡开挖石渣需要通过15t自卸汽车运输至斜坡道底部，卸入斜坡轨道斗车，由斜坡道卷扬机提升后再转15t自卸汽车运输出渣。导流勘探试验洞进口及塔架混凝土采用混凝土搅拌车运输至斜坡道顶部，卸入斜坡轨道车6m3侧罐，由卷扬机牵引斜坡轨道车运输至坡底，然后再转HB60混凝土泵泵送入仓浇筑。采用滑模和组合钢模自下而上分层浇筑。出口引渠底板和边墙部分的混凝土采用6.0m3搅拌运输车经1#道路运至仓面入口，履带吊吊运入仓，振捣器平仓振捣。

洞身开挖施工方案与方案1中隧洞施工方案相同，采用2台阶法分层开挖，上层高度为10m，下层高度11.6m。洞身混凝土衬砌分顶拱、边墙和底板三部分进行，采用钢模台车施工。出口工作面混凝土采用6m3混凝土搅拌运输车运输。进口工作面混凝土采用斜坡道转运至工作面。

2.4方案4――缆机施工方案

（1）施工程序

1#道路施工的同时进行缆机平台开挖及缆机安装，1#道路毛路基贯通后进行出口边坡开挖，然后进行出口工作面洞身开挖、洞身混凝土衬砌、出口明渠混凝土浇筑；缆机安装完成后进行进口边坡开挖，进口工作面洞身开挖，洞身混凝土衬砌，进口混凝土浇筑。

（2）缆机布置

施工缆机采用辐射式缆机，额定起重量为30t，共布置2台，跨度400m。左岸为固定端，采用重力墩加锚索锚固，出索点高程为802m；右岸为移动端，平台高程为790m，宽度为12m，长度为98m。

上料平台高程布置于右岸，高程为770m，宽度为30m，紧邻缆机平台布置。平台采用折线型布置，总长87m。

（3）施工方案

施工工艺和程序与方案1基本一样，但进口出渣和混凝土运输需要通过缆机作垂直运输。

2.5施工方案对比

2.5.1工期比较

本阶段工程截流时间为2016年10月1日，各方案导流验洞临建工程开工时间均为2014年1月1日，导流开工时间均为2014年6月25日，各方案工期见表2.5-1。

从上表可看出，方案4的施工工期同方案1的工期一样，均为27个月，可保证截流时间不变。方案2、方案3导流勘探试验洞施工工期分别延长10.5个月和5.5个月，截流时间均须推迟1年，工程总工期延长1年。

2.5.2投资比较

针对导流洞工程直接投资进行比较，见表2.5-2。

表2.5-2 各施工方案工程直接投比较表

2.5.3比较结论

（1）从工期对比分析，除缆机施工方案能满足工期要求外，竖井、斜坡道施工方案均不能满足工期要求。从工期上来判断，非常规方案在缩短工期方面没有优越性。

（2）从直接投资比较分析，方案2、方案3、方案4的投资均比方案1高，非常规方案由于施工工艺或程序的改变，而使工程直接投资较高。

因此，从经济和工期比较，非常规施工方案对于东庄导流洞施工没有优势。

3、结语

经过对东庄水利枢纽工程导流洞各施工方案的综合分析，我们可以得出如下结论：

1、从技术角度考虑，对于特大断面导流洞施工，常规施工方案和非常规施工方案都具有技术可行性；

2、从工期角度分析，对于施工条件限制的特大断面导流洞施工，由于非常规方案改变了施工程序，非常规施工方案并不能缩短施工工期；

3、从经济性角度分析，非常规施工方案一般比常规施工方案投资高。

因此，对于特大断面导流洞施工，在条件许可的前提下，应采用以道路作为施工出渣通道的常规施工方案，不适宜采用其它非常规施工方案。而且，非常规方案中的竖井、斜坡道或缆机进行导流洞施工的进度分析仅限于理论分析，运行时存在很多不确定素，若实际施工过程中管理不到位或操作不当而发生设备事故，将导致工程工期更长，工期保证率更低，而且会因工期延长导致投资增加。

参考文献

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[2]郑家祥，阎士勤，李翔.溪洛渡水电站导流洞施工设计研究及实施情况[J].水电站设计，2009年第25卷第3期：1-4，8.

[3]叶明，施召云.特大断面导流洞开挖施工工法[J].水利建设与管理，2011年第9期：21-24.

[4]张建华，吕鹏飞.深溪沟水电站导流洞工程施工综述[J].四川水力发电，2008年第27卷第2期：6-11，40.

作者简介

杨应军（1980-），男，汉，湖北省京山县人，工程师，从事水利水电工程施工组织设计。