锦屏二级水电站引水隧洞工程介绍

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第1页共12页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。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第2页共12页图1本标段布置示意图表1C5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+28515+285～16+6484+700～16+633动态调整施工长度12.785km1.363km11.933km断面形式圆形马蹄形马蹄形开挖洞径12.4m13m13m衬砌段洞径11.2m11.8m11.8m喷锚段洞径12.0m12.6m12.6m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/s4.11m/s4.11m/s1.2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。引（3）2+500引（3）2+570引（3）2+630引（3）2+700引（3）15+285.205引(3)15+315.205引(3)15+955.713引(3)16+025.713引(3)16+105.713引(3)16+175.713引(3)16+648.3816+633.1754+700与C3标分标界面与C3标分标界面与C6标分标界面与C6标分标界面70607030640.508708070472.667钻爆法施工长度11933.17512385.205钻爆法施工长度TBM法施工长度钻爆法施工长度3#引水隧道4#引水隧道东引1#施工支洞东引2#施工支洞TBM拆卸洞TBM组装洞20012385.2051363.175出发步进东引1#延伸洞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第3页共12页盐塘组大理岩（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；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第4页共12页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。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第5页共12页图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。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+5003#洞TBM组装并试掘进2km4#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第6页共12页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。3.2TBM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第7页共12页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