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特长隧道现场观摩与施工技术交流会交流材料之 锦屏二级水电站引水隧洞工程介绍
锦屏二级水电站引水隧洞工程介绍
【内容提要】雅砻江锦屏二级水电站通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。电站总装机容量4800MW，单机容量600MW。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。为世界上规模最大的水工隧洞工程。本文简述了锦屏二级水电站引水隧洞工程概况及主体施工安排和技术方案。
【关 键 词】 锦屏 引水隧洞 工程 介绍
1.工程概况
1.1 工程简介
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差截弯取直而获得水头。总装机容量4800MW。
锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。电站总装机容量4800MW，单机容量600MW。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。首部拦河闸坝位于雅砻江锦屏大河弯西端的猫猫滩，电站进水口位于闸址上游2.9km处的景峰桥，地下发电厂房位于雅砻江锦屏大河弯东端的大水沟，四条引水隧洞穿过锦屏山连接闸坝与厂区枢纽。
锦屏二级水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km，中心距60m，洞主轴线方位角为N58°W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。为世界上规模最大的水工隧洞工程。
中铁十三·北京振冲联合体承建的C5标段主体工程项目为东端3#、4#引水隧洞施工。3#引水隧洞里程为引（3）2+500～16+633.380，长14133m；4#引水隧洞里程为引（4）4+700～16+618.175，长11918m；3#引水隧洞主要采用直径12.4m的TBM施工， 4#引水隧洞主要采用钻爆法施工，断面形式为直径13m的类圆形断面。本标段布置示意图见图1，3#、4#引水隧洞基本资料见表1。

图1 本标段布置示意图
表1 C5标段3#、4#引水隧洞基本资料
编 号
项 目
3#引水隧洞
4#引水隧洞
备注
施工方法
TBM法
钻爆法
钻爆法

起止里程
2+500～15+285
15+285～16+648
4+700～16+633
动态调整
施工长度
12.785km
1.363km
11.933km
断面形式
圆形
马蹄形
马蹄形

开挖洞径
12.4m
13m
13m

衬砌段洞径
11.2m
11.8m
11.8m

喷锚段洞径
12.0m
12.6m
12.6m

底拱处理
90º范围内砼衬砌
80º范围内砼衬砌
80º范围内砼衬砌

流速
4.72m/s
4.11m/s
4.11m/s

1.2 地形地貌
锦屏山以近南北向展布于河弯范围内，山势雄厚，重峰迭嶂，沟谷深切，峭壁陡立。山脊多呈尖棱状、主脊两侧山梁呈梳状排列。山峰高程大多在4000m以上。
1.3 地层岩性
引水隧洞工程区内三迭系分布面积约占90%以上，其中广布的碳酸盐岩地层出露面积占70～80%。由于经受强烈的区域变质和急剧的上升作用，岩溶不甚发育，岩溶地貌景观不很普遍。
引水隧洞沿线地层岩性主要为三迭系中、上统的大理岩、灰岩及砂岩、板岩，从东到西分别经过盐塘组（T2y）、白山组（T2b）、三迭系上统（T3）、杂谷脑组（T2z）、三迭系下统（T1）等地层。
盐塘组大理岩（T2y）：主要分布区东，由大理岩、泥质灰岩组成。
白山组大理岩（T2b）：主要分布于工程区中部，形成锦屏山系的主体山脉，该层岩相稳定，结构致密、质纯，全层厚750m～2270m。
杂谷脑组大理岩（T2z）：分布于区西，碳酸盐岩以岩粒变化多、岩性杂为特征，由白～灰白色纯大理岩偶夹绿片岩透镜体、薄层砂岩、云母片岩等。层厚150～700m。
三迭系上统（T3）主要分布在主分水岭一带，岩性为砂岩和板岩。
三迭系下统（T1）该地层主要位于工程区的西部，岩性复杂，由黑云母绿泥石片岩、变质中细砂岩夹薄层状大理岩、砾状或条带状大理岩等组成。
1.4 水文地质条件
从长探洞及辅助洞揭露的地下水情况看，隧洞涌水具有大流量、高压力、突发性特点，锦屏山的东、中部有稳定的补给源，隧洞涌水流量稳定。其中单点最大瞬时集中涌水量达7.3m3／s，稳定流量2～3m3／s；初始水压力约为10MPa，稳定水压力约2.4MPa左右。
1.5 气象条件
雅砻江流域属川西高原气候区，干湿季节分明，每年11月至次年4月为干季，日照多、湿度小，日温差大，降水极少；每年5～10月是雨季，气候湿润，降雨集中，占全年雨量的90%～95%。根据厂区观测资料统计，多年平均降水量为955.9mm。
2.工程特点、重难点分析
本工程技术难度大，施工周期长，资源需求多，管理要求高，是一个系统性强的超大型地下工程，具有“四个空前”“八大挑战”“六大重难点”等特色。
⑴“四大空前”
① 地下水具有大流量、高水压、强交替、突发性显著特点，最大外水压力达10MPa，国内空前；
② 采用12MPa高压灌浆技术，国内空前；
③ 大直径TBM推进距离近13公里，国内空前；
④ 同一区域近120km隧洞工程规模宏大，投资密集，国内空前。
⑵“八大挑战”
① 规模宏大。在同一区域布置7条并列长隧洞，累计长度超过120km，为世界上规模最大的水工隧洞工程；
② 隧洞特长。单个隧洞长16.67km，单面掘进距离长近13km；
③ 水大压高。高压力、大流量、强交替、突发性的地下水，在中国建设史上是空前的。工程将可能遇到超过10MPa压力的地下水；
④ 深埋超大。最大埋深达2525m。洞内总开挖量超350万m3；
⑤ 交叉干扰。场地狭小，施工单位多，洞内洞外交叉干扰；无轨运输、有轨运输、皮带机运输共同作业，多环节交叉干扰；
⑥ 施工周期长。对均衡、持续、稳定的生产组织提出更高要求；
⑦ 场地狭小。高山峡谷地域，施工作业面受自然条件限制大；
⑧ 群英荟萃。施工方法群英荟萃，TBM法、D&B法并举；施工技术群英荟萃，存在多种技术同步，成熟与先进技术应用推广。多家施工单位及中外技术人员群英荟萃，是交流较量的大舞台。
⑶“六大重难点”
① 高压大流量地下水治理是本项目技术与安全的难点；
② 高地应力岩爆是影响施工安全的主要风险因素；
③ 高压灌浆是本工程技术和质量的一个重难点；
④ 资源配置和特长隧洞通风，是快速掘进的关键控制因素；
⑤ 施工运输、调度、协调，是施工保障的重要因素；
⑥ 科学组织、又好又快，是项目组织管理的重点。
3．总体施工方案综述
施工总体顺序安排原则：⑴确保3#洞的贯通原则；⑵坚持双洞捆绑，互相支援的原则；⑶穿插安排施工工序的原则。
施工总体顺序见图2。

施工准备
3#洞TBM设备拆卸完毕
待TBM超前2公里后，即组织利用横通道进行衬砌、灌浆作业。车辆通过3#洞绕行，底拱完成后即恢复轨道运输系统。
3#洞TBM正式掘进至2+500
3#洞TBM组装并试掘进2km
4#洞采用钻爆法施工
3#洞TBM组装、出发洞施工
3#洞具备充水条件。
3#洞利用横通道对剩余洞段分段进行衬砌、灌浆作业，车辆通过4#洞绕行，灌浆紧跟。
4#洞贯通，进行地下水集中封堵
借助3#洞增开2个开挖工作面支援4#洞掘进。
3#洞利用横通道两端分段进行衬砌、灌浆作业，车辆通过4#洞绕行，灌浆紧跟。
4#洞具备充水条件。
4#洞对剩余段进行衬砌、灌浆施工。
利用东引2#支洞采用钻爆法进行洞口段施工
利用东引2#支洞采用钻爆法进行洞口段施工

利用东2#支洞采用钻爆法依次进行排水竖井、排水平洞及检修斜井等施工
适时进行3#洞横通道封堵等后期处理
适时进行4#洞横通道、施工排水洞封堵等后期处理

采用钻爆法进行3#洞TBM拆卸洞施工
采用钻爆法进行TBM主机组装洞和后配套安装间施工
采用钻爆法进行TBM拆卸洞通气平洞、通气孔施工
500m后
工 程 竣 工

图2 总体施工顺序
3#引水隧洞全长14148.38m，其中2+500～15+285.205段采用TBM法施工，其余洞段采用钻爆法施工。
4#引水隧洞全长11933.175m，全部采用钻爆法施工。鉴于隧洞总开挖高度13m，不利于大型机械化作业，故全面应用正台阶法掘进，配合采用无轨运输系统。
隧洞支护与掘进同步，组织平行流水作业。
隧洞衬砌全部采用分部作业方式，原则上采用先底拱，后边顶拱的作业模式组织实施。3#洞集中施工，4#洞分区浇筑。
灌浆作业由于作业量大且较为集中，计划安排与衬砌同步组织实施。
涌水处理是本工程的最大难点，计划针对不同涌水情况，采用超前注浆、导排封堵结合、钢瓦片防护等针对性的方法进行综合治理。
3.1 钻爆法施工方法
引水隧洞断面超大、距离超长，为了达到快速掘进和便于施工的目的，主要采用光面爆破上下台阶法施工方法。上台阶高8.5～9m，下台阶高4～4.5m；隧洞下半断面采用“中间拉槽，两侧跟进”分两次开挖，边墙支护紧跟。
3.2 TBM施工方法
(1)总体控制路线规划：按期安装并进行设备调试，争取提前贯通。
(2)施工运输方案规划：连续皮带机出渣；施工人员及材料、混凝土、配件采用轨道机车运输。
(3)超前地质预报方案规划：正常掘进期跟进短期超前地质预报，探测掌子面前方50～200m的地质情况。
(4)TBM设备掘进施工参数控制方案：根据不同围岩，施工调试期初步确定前期施工参数；施工过程中根据围岩地质情况、设备性能状况、刀具的磨损情况等，及时调整施工参数；施工后期由于主轴承及大、小齿轮等磨损较大，掘进速度减慢，施工参数应选择较小的磨损工况。
(5)针对不同岩层条件及施工条件，制定相应的施工控制方案：
Ⅱ类围岩——控制掘进速度，并不断调整优化；重点加强对不同地质洞段的稳定性分析，及时跟进系统锚杆支护；加强刀具的冷却，适时更换磨损刀具。
Ⅲ类围岩——不断调整掘进速度，重点加强不稳定围岩的随机锚杆及系统锚杆的施工，同时加强后配套系统及辅助系统的协调管理。
Ⅳ类围岩——控制掘进速度。重点加强超前地质预报，并准备足够的钢支撑、锚杆，及时喷射混凝土进行初期支护，保证顺利通过。
Ⅴ类围岩——控制掘进速度，重点加强短期超前地质预报，并配合超前钻孔探测，存在问题将立即停机进行超前支护；掘进过程中，采用钢支撑、锚杆、挂网、喷混凝土及排水等加固措施，控制TBM设备机头方向，防止机头下沉、倾斜，偏离掘进方向，确保TBM设备快速、顺利通过不良地质体地段。
地下水大流量涌水——首先判断或探明水文地质条件及围岩稳定条件，在保障围岩稳定和设备、人员安全的条件下掘进，尽可能的减少涌水对施工造成大的影响。若突水、突泥，立即启动紧急应急预案，待其减退后再进行处理。若在涌水的同时围岩稳定性较差或岩石破碎而不具备引排水条件时，则要通过采取灌浆加固、堵水封闭掌子面、超前小导管支护、钢支撑、钢瓦片、挂网喷钢纤维混凝土、打排水孔等处理措施后再掘进，以控制围岩变形。
岩爆——适时进行地质预报，判断或探明可能发生岩爆的位置，对可能发生岩爆的洞段采取处理措施，不但保障了人员和设备的安全，而且对TBM设备掘进速度影响也会减小到最低，保持快速掘进的性能。
3.3 衬砌施工方法
⑴ 底拱混凝土施工方法
钢筋加工全部安排在穆家铺子钢加工厂进行。
底拱钢筋网现场焊接、绑扎，按每次成形长度80～100m计，随清底随安装成形。
衬砌钢筋采用自制台车超前钢模衬砌台车25～30m安装。由于钢筋密度不大，采取压力焊接、电弧焊接并举的方式。
4#引水隧洞计划投入4部钻爆施工段底拱钢模台车，每部台车钢模长12m，行走梁长28m。
混凝土采用有轨运输，由轨行式混凝土搅拌车运输至施工现场，由HBT60型混凝土泵入仓，附着式振捣棒振捣。
⑵ 边顶拱混凝土施工方法
施工时，采用钢筋台车提前绑扎钢筋，每段钢筋长度为12m；钢模台车由洞外向洞内前进，确保每台套钢模台车连续循环。混凝土由轨行式混凝土搅拌车从高线混凝土系统运输至施工现场，由HBT60型混凝土泵入仓，边墙及顶拱混凝土浇筑时两侧平起下料，边墙及封堵混凝土浇筑时分层均匀铺料。分层浇筑厚度为40～50cm，人工平仓，插入式振捣器振捣。衬砌台车长12m，每循环浇筑12m。
4.总体进度安排
该工程2007年7月份开工，计划于2014年9月30日完成合同全部工作内容，施工工期：88个月，比招标文件的工期提前3个月。总体施工进度计划对照表见表2。
表2 总体施工进度计划对照表
序号
工 程 项 目
要求完工日期
计划完成日期
提前
1
3#引水隧洞贯通
2011年3月31日
2011年3月1日
1个月
2
3#引水隧洞具备充水条件
2013年12月31日
2013年9月30日
3个月
3
4#引水隧洞贯通
2012年4月30日
2012年4月1日
1个月
4
4#引水隧洞具备充水条件
2014年5月31日
2014年3月30日
2个月
5
本合同工程完工
2014年12月31日
2014年9月30日
3个月

5.施工组织及资源配置
5.1组织管理
针对锦屏项目的特点，我集团公司采用了二级管理模式，即局级指挥部、处级指挥部带施工作业班组的管理模式。
局指设8个职能部室：工程技术、计划、财务、安监、质量、设备物资、协调调度、综合办公室等。
根据与振冲公司的施工任务划分情况，共设置4个分部。
一分部（北京振冲）负责3#引水洞TBM施工；
二分部（二公司）负责4#引水洞的钻爆法施工；
三分部（规划）负责3#、4#引水洞高压灌浆及洞室封堵施工；
四分部（四公司）负责3#引水洞钻爆法洞段施工，以及3#引水洞TBM施工洞段的铺底、衬砌工作。
5.2施工队伍、人员情况
每个分部分别设置了综合掘进队、机械作业队、后勤保障队等三个综合性的施工队，各队内均采用工班带劳务的形式。目前二分部施工作业人员267人，四分部施工人员30人。
5.3机械设备配置
目前已上场施工设备167台（套），已进场的主要施工机械设备见表3。经过近一年时间的验证证明，我部投入本工程的人力与设备满足本工程的进度和质量要求。
表3 已进场主要施工机械设备表
序号
设备名称
型号
数量
单台原值
小计
备注
1
装载机
CAT966H
2
180
360

2
装载机
ZL50C
3
34
102

3
挖掘机
CAT330D
3
185
555

4
挖掘机
CAT320B
1
110/72
72
原值/净值
5
自卸汽车
北方奔驰
15
35
525

6
自卸汽车
红岩
5
30
150

7
推土机
T220
1
35/21
21
原值/净值
8
三臂凿岩台车
353E
1
783
783
Atlas
9
三臂凿岩台车
DT1130
1
920
920
Sandvik
10
砼湿喷台车

1
327
327
NORMET
11
砼湿喷机
TK500
1
16
16

12
砼湿喷机
Y160M－6
2
11
22

13
空压机（风冷）
ML125-PE　
5
21
105
英格索兰
14
电动空压机
YZ-315LZ-8
2
9.1
18.2

15
混凝土拌合站
1000L
2
32
64

16
砼运输罐车
8m3
4
45
180

17
轴流通风机
2×110kW
2
16
32

18
射流风机
37kW
3
6
18

19
射流风机
75kW
4
9
36

20
职工交通班车
金杯
3
16
48
11座
21
职工交通班车
金龙
2

4416.2
45座
同时我部建立了工地试验室，配备了齐全的试验设备，并经过国家法定计量鉴定机构标定验收；为满足工程施工质量控制的要求，我部专门配备了锚杆无损检测仪，并经国家法定计量检定机构标定。
6.面临主要技术难题
6.1 技术难题
⑴ 高地应力条件下岩爆防治技术研究。
⑵ 高地应力条件下洞室安全技术研究。
⑶ 高强度运输系统布置及管理技术研究。
⑷ 高压堵水技术研究。
⑸ 长距离施工安全系统运行与管理研究。
6.2关键技术
⑴ 自动监控设备的运转，人工检测的配合等。
⑵ 通风机的选型、风筒的选择和维护、风速和通风量的测量及计算。
⑶ 超前地质预测预报，及超前探测钻孔成果分析。
⑷ 洞内防爆线路改装的方案确定，电缆选型、接线盒选型、配电开关的选型以及高压设备进洞等。
⑸ 高地应力岩爆的预报预测，施工过程中的防治技术，以及作业人员和施工设备的防护技术研讨。
7.保证措施
7.1 组织保证措施
⑴ 发挥专业优势，保障施工生产
选配性能精良、合理配套的施工机械，建立完善的保养维修体系，保证施工机械的完好率；同时，建立强有力的后勤保障体系，保证各种物资、设备按时足额到位；搞好生产和生活环境建设，全方位保障施工生产。
建立健全TBM维修保障体系，要使TBM顺利掘进，必须建立完整的维修保障体系。
⑵ 加强网络计划管理
应用系统工程原理，采用项目管理软件，对工程重点、难点和控制工期的工序进行认真分析研究，抓住关键线路。对施工重点优先安排，增加设备、人力、物力和财力投入，多开工作面。同时，使施工计划做到日保旬、旬保月、月保年。在保证安全、质量的前提下，合理安排作业层次，控制作业循环时间。
⑶ 科学组织、加强协调
随着施工情况变化，及时分析控制工期的关键线路，合理调剂人力、物力、财力和机械配置，使施工进度紧跟计划。加强调度统计工作，减少各道工序之间的衔接时间，充分利用各个工作面，避免出现窝工现象。协调好各个业务部室的工作，加强协作配合，为现场施工提供有力的经济技术保障。理顺上下关系，对施工现场的需求和需要解决的问题及时反映、及时解决，避免影响施工进度。
⑷ 抓好资金管理，确保资金投入
管理利用好工程资金，保证各项施工生产得以正常进行；确保资金投入，提供强有力的资金保障；确保建设资金专款专用。
⑸ 搞好对外关系，确保施工生产顺利进行
施工对外涉及面广，处理好方方面面的关系对工程建设的顺利进行至关重要。因此，在施工中切实理顺与甲方、监理工程师和地方政府的工作关系，创造良好的外部环境。
⑹ 优化人员配置，发挥人才优势
人员配置上将从联合体两单位抽调有丰富施工经验的管理和施工人员组成项目经理部。构成技术密集型施工队伍，保证从施工管理到施工过程中都顺利的进行。
⑺ 强化设备物资，发挥应有功效
合理配置施工机械，充分发挥机械性能，保证施工进度。对上场的所有机械设备都建立健全档案，做好机械设备的统计工作，定期和不定期的对机械设备进行检查、维修和保养，使机械设备始终处于良好的状态，保证工程的正常使用。并按照施工计划要求，及时做好各种物资的保障供应工作。
7.2 安全保证措施
认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，不断健全、完善安全生产自控措施和加强施工现场的安全管理。
⑴ 是完善的安全生产管理机构，实行“三级”安全管理（既指挥部、队、工班）。
⑵ 是完善和优化安全管理制度和各类施工超前预案，严格执行《安全生产管理办法》、《安全生产奖惩制度》、《安全生产检查制度》，完善安全保障体系，以确保施工生产的安全。
⑶ 是明确职责，层层落实安全生产责任制，指挥部与各队、队到工班、工班到个人，逐级签订安全包保责任状，形成逐级保、层层抓的管理模式把安全工作层层落实。
⑷ 是开展三级安全教育，增强职工安全意识。以知识手册的形式下发到各施工队，组织大家学习。另一方面，请地方安全生产和技术监督管理部门到施工现场对各作业队的特种作业人员和特殊工种进行教育培训，提高施工人员的技术水平和安全操作技能。使大家时刻崩紧安全这根弦，防患于未然。
⑸ 是实行安全技术交底制度，针对各工种，各分部（单元）工程进行全面、具体、有针对性的安全技术交底，指导工人进行安全操作。
⑹ 加强围岩监控量测和超前地质预测预报工作，为施工决策提供准确依据，保证施工的顺利进行。
7.3 质量保证措施
为了确保工程在质量上达到创优目标，进场后在工程质量管理方面严格贯彻执行ISO9000族标准并采取了系列行之有效的措施：
⑴ 是完善的质量管理组织机构，严格过程质量控制，指挥部设置质量部，各分部设质量职能部门，配备专职质检工程师；工班设质检员。工程实行工班、工程队、指挥部检查的三级检查制度，形成全员、全方位、全过程的质量管理体系。
⑵ 是完善的质量管理制度、《项目质量计划》、《创优规划》和《质量管理办法》，责任到人，层层抓落实，实施质量一票否决制，针对各施工工序发布《质量控制标准》和《质量奖罚实施细则》，对不按规范及标准施工的行为严加处罚，加强质量管理人员的工作责任心，确保工程质量。
⑶ 是严把材料的进场质量关，物资、试验、质量部从材料采购、进场检验层层把关，不合格材料，坚决不能进入施工现场，为提高工程质量提供了基本保证。
⑷ 是严格内业资料的管理，严格相关规定整理内业资料，注重内业的真实和工整。
⑸ 是无条件服从业主和监理人员的监督指导，定期召开质量专题分析会，制定纠正和预防措施，在实际工作中总结克服质量问题和质量通病的办法。
⑹ 是狠抓各级人员的教育和培训，树立全员质量意识，形成“人人讲质量，人人重视质量”的氛围。
⑺ 是采取重奖重罚的质量管理手段，督促质量管理制度的落实，表彰先进，鞭策后进，真正做到奖罚分明，有效的促进质量管理。

参考文献：
锦屏二级水电站东端3#、4#引水隧洞工程实施性施工组织设计 锦屏局指 2008

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