华电金沙江上游水电开发有限公司 四川省成都市 610041
摘要：青松水电站初步设计引水线路较长，经济指标较差，围绕引水线路优化，结合地形地质条件，引进掘进机施工方案调整引水隧洞线路及结构设计，研究水电站长引水隧洞掘进机选型及地质风险控制措施，为类似工程设计提供有益启示。
关键词：双护盾全断面掘进机；引水线路；设计优化；管片衬砌
1工程概况
青松水电站位于四川省凉山州布拖县和金阳县境内的金沙江一级支流西溪河干流上，装机容量100MW，闸坝引水式电站，尾水与金沙江下游溪洛渡电站库区相接，设计水头255m，引用流量45.6m3/s。初步设计阶段引水线路布置在左岸，引水隧洞长18.89km，设有9条施工支洞，常规钻爆法施工；厂坝公路主要布置于河床左岸，全长25.85km。
2引水线路优化
电站坝址以上河段属中山峡谷区，区内沟壑纵横，山高谷深，现场考察发现，工程区仅坝址附近有通村公路与外界连接，新建厂坝公路施工难度、投资控制难度大，工期不可控，因此在取水枢纽布置不变的条件下，提出两条新的引水线路布置方案与初步设计方案（以下简称上线方案）进行比选。
上线方案引水洞采用钻爆法施工，沿西溪河左岸新建厂坝公路，引水洞线长，布设9条施工支洞，造价高。中线方案引水洞前段及后段采用钻爆法施工，穿过7km山脊中段采用掘进机施工。下线方案引水隧洞全长13.35km，其中12km采用掘进机施工，坝址及厂区交通方便。
3引水隧洞TBM施工
3.1引水隧洞设计
引水隧洞全长13.35km，洞径4.4m，预制混凝土管片拼装式衬砌结构，管片厚度25cm，豆砾石灌浆层平均厚9cm，开挖直径5.08m，纵坡i=2.96‰的有压隧洞。根据掘进机施工的特点，隧洞线路尽可能布置成直线，个别地段布置成圆弧曲线设置转弯。进口主洞段采用钻爆法施工，下游长12km洞段掘进机开挖。
3.2管片衬砌结构
电站停机甩负荷时的最大内水压力87.7m，管片厚度25cm，管片与豆砾石灌浆层之间、豆砾石灌浆层与围岩之间摩擦系数均取类似工程试验值0.466，按V类围岩，采用八结点三维实体单元、三维钢筋混凝土单元及接触单元，对隧洞及围岩结构计算模型进行三维有限元弹塑性应力分析计算，管片衬砌结构最大瞬时接缝变形为2.97mm，符合柔性止水有效工作范围的要求。
3.3掘进机施工
3.3.1掘进机选型
全断面掘进机（TBM）选型主要从钻爆法施工与TBM法施工，以及开敞式TBM与双护盾TBM两方面比选。本工程隧洞埋深大，布置支洞钻爆法施工，支洞长度大，供电、通风、排水等措施及临建设施投入大，超挖超填控制难度大，经济性差；TBM法施工，引水线路短，掘进速度快，工厂化施工质量保证程度高，临建布置集中便于管理，工程投资相对较小等特点。开敞式TBM施工，混凝土衬砌与掘进不能同步作业，支护及时跟进难度大，故优先采用双护盾TBM与蜂窝式预制管片衬砌设计方案。
3.3.2双护盾TBM施工
在调压室上游布置一条施工支洞作为双护盾TBM进入主洞工作面的通道，断面为城门洞型，尺寸7.0m×6.5m（宽×高）。双护盾式TBM由主机、后配套及辅助设备三大部分组成，TBM在洞外组装后通过施工支洞进入主洞开始向上游逆坡掘进，在隧洞进口段设拆卸洞室，TBM掘进至拆卸洞室拆卸，见引水隧洞工程施工平面示意图。
第一个阶段：刀头旋转，在推进油缸的作用下，刀头与前护盾掘进0.7m，后护盾由撑靴护盾支撑在洞壁上，掘进的同时在后盾内安装预制管片、充填豆砾石和灌浆。第二阶段：刀头不旋转，前护盾由稳定器支撑在洞壁上，后护盾由反向掘进油缸作用向前拖动0.7m，牵引后配套设施前进。当岩石条件较差、不允许支撑洞壁时，采用单护盾模式，前护盾和支撑盾合成一体，伸缩节完全闭合，推进油缸收回，辅助推进油缸支撑管片产生推力向前行进。
3.3.3TBM施工进度分析
施工准备：本阶段主要完成TBM采购，后配套制造加工，组装场地建设，预制管片厂建设及部分管片预制，施工风水电通讯，主机和后配套运输、组装、调试，以及支洞施工开挖支护、滑轨铺设及底拱混凝土衬砌，12个月；隧洞TBM法施工：隧洞掘进，衬砌，灌浆，20个月；工程扫尾：拆机，设备人员撤离和清理，2个月；计入不良地质条件洞段处理2个月，总工期36个月。无论采用上线、中线、下线其中的一种方案，引水隧洞施工进度是本工程控制性关键线路，采用双护盾TBM施工总工期36个月，较初步设计上线方案的总工期54个月节约18个月。
3.3.4地质风险及对策
TBM施工设备庞大且结构复杂，对地质预报准确性要求较高，应结合实际配置超前地质预报、工程地质预报、TSP长距离的超前探测预报等设施，及时采取如超前灌浆等相应处理措施，规避地质风险，充分发挥全断面掘进机施工优越性。
4结语
⑴掘进机是集机械、电子、液压、激光、控制等技术为一体的大型隧洞开挖、衬砌成套设备，具有快速、优质、安全、经济、环保、节能等优点。
⑵采用双护盾掘进机，可实现开挖、支护、灌浆等工序平行流水作业，最大限度降低开挖对围岩产生扰动，保证开挖成形质量；混凝土管片工厂化生产安装，有利于支护及时跟进，工程效益较优。
参考文献：
[1]李大鑫.锦屏二级水电站不同施工方法引水隧洞围岩稳定性研究[D]. 成都理工大学 2010
[2]曹海涛.复杂地质深埋长大引水隧洞施工技术研究[D]. 石家庄铁道大学 2015
[3]周扬,郑远建. 光面爆破与掘进机在引水隧洞施工中的优缺点比对[J]. 四川水力发电. 2016(S1)
论文作者:鄢,勇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/6
标签：隧洞论文; 管片论文; 掘进机论文; 围岩论文; 个月论文; 线路论文; 地质论文; 《防护工程》2017年第28期论文;