蒲石河抽水蓄能电站地下系统施工通道布置和设计

王福运，史有富，朱 辉，郑徳湘，于秀莲，陈立秋

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021；2.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118216）

1 工程概况

蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省宽甸满族自治县境内，距丹东60 km，是我国东北在建的第一座大型抽水蓄能电站，总装机容量1 200 MW。工程为一等大 （1）型工程，主要由下水库及下水库泄洪排沙闸坝、上水库及上水库钢筋混凝土面板堆石坝、上下水库进出水口、地下厂房洞室系统、地下输水洞室系统及地面开关站等建筑物组成。

地下系统主要由地下厂房、引水、尾水三大系统组成，地下厂房系统采用主厂房、主变及尾闸三大洞室平行布置，主副厂房为地下工程中的最大洞室， 开挖尺寸为 165.8 m×22.7 m×54.1 m （长×宽×高），埋深在200 m以上；主变室开挖尺寸为130.60 m×20.40 m×24.40 m （长×宽×高）； 引水系统采用二洞四机布置，引水主洞长约770 m，内径为8.1 m；尾水系统采用一洞四机布置，压力管道、尾水支洞内径为5 m，尾水隧洞主洞长约1 169 m，内径11.5 m。地下系统工程主要工程量为：土石方明挖约130万m3，石方洞挖约80万m3，混凝土量约20万m3。

2 施工通道的重要性及布置原则

2.1 施工通道布置的重要性

地下厂房系统工程是整个电站建设的控制性关键项目，其施工工期直接决定着地下工程的施工工期，影响着首台机组的发电工期，并控制工程的总工期。同时，地下厂房系统是一个洞室纵横交错、相互贯通、庞大复杂的大型地下洞室群，具有交叉洞室多、洞室跨度大、边墙高等结构特点，以及同时施工工作面多、开挖出渣量大、混凝土量大等施工特点。影响其施工进度的因素主要有： 地下空间结构尺寸与规模大小、围岩稳定与支护方式、施工交通运输布置、施工工艺和施工设备配置等。因此，选择科学、合理的施工通道布置是非常必要和至关重要的，合理的施工通道布置，可以避免施工干扰，降低施工强度，实现均衡生产，从而确保地下系统的快速施工，保证工程节点工期目标的顺利实现，并有利于改善施工环境。

2.2 施工通道布置的原则

根据本工程的规模、特点、施工环境及施工条件，确定施工通道布置的主要原则为：

（1）根据各洞室施工顺序，结合永久洞室的布置特点及工期要求，在充分考虑利用永久洞室的前提下，统筹规划施工通道的布置，尽量减少临时施工支洞的修建。

（2）施工通道 （施工支洞）布置与关键部位施工程序安排相协调，满足 “平面多工序，立面多层次”的施工组织要求，合理规避施工干扰，以保证工程施工均衡、有序进行。

（3）由于地下主厂房工程量相对较大，施工通道的布置应尽量为主厂房各层开挖提供便捷的施工交通条件，以保证主厂房这一关键线路的快速施工。

（4）施工支洞布置应遵守下列规定：①沿洞线的地质条件较好，不影响主体洞室的结构稳定要求；②洞轴线应选取短线，且有利于临时设施的布置；③通向支洞口的交通运输线路工程量小；④各支洞承担的工程量大体平衡；⑤洞外有适宜的弃渣场地；⑥洞口高程应满足相应的防洪标准。

（5）施工支洞断面尺寸应满足运输、支护及人行安全的要求，便于施工供风、供水、供电、排水、通风及照明等各类管线布置。在条件允许的情况下施工通道应尽量拓宽，以提高通行能力。

（6）施工通道的布置要综合考虑各洞室的交叉施工、施工安全、开挖爆破和出渣运输等方面的影响。

总之，施工通道 （施工支洞）的布置应满足地下厂房、引水和尾水三大系统的施工要求，能均衡施工强度，为各主要洞室平行作业创造条件，实现多工作面连续施工，从而加快施工进度，同时也应注意尽量节约工程投资。

3 施工通道的规划布置和作用

根据地下系统各洞室的布置和结构特点，按照施工通道 （施工支洞）的布置的原则，在满足施工进度要求下，考虑地下系统中各主要洞室的施工程序，在充分利用水工永久隧洞作为施工通道的基础上，按上、中、下3个层次规划布置施工通道，同时为满足地下系统施工需要，共设置了7条施工支洞。地下施工通道布置见图1。

3.1 上层施工通道

图1 地下系统施工通道布置示意

地下系统上层施工部位主要包括：主副厂房上部、主变洞上部、尾闸室上部、尾水调压井上部、引水洞上平段和斜井段 （上部）。其施工通道主要布置有厂房通风 （出渣）洞、厂房交通洞、主变通风洞 （5号施工支洞）、尾水调压井补气洞、上水库进/出水口、6、7号施工支洞。

在上层施工通道规划布置中，厂房通风洞、厂房交通洞、上水库进/出水口、6号施工支洞具有地面出口。按照地面出口划分：①以厂房通风洞为出口的施工通道中，厂房通风洞主要承担主副厂房上部的施工，主变洞通风洞 （5号施工支洞）承担主变洞上部的施工，尾调补气洞主要承担尾水调压井上部施工平台的施工， 5号施工支洞、尾调补气洞通过厂房通风洞与地面相通；②以厂房交通洞为出口的施工通道主要承担尾闸室上部的施工；③以上水库进/出水口、6号施工支洞为出口的施工通道中，上水库进/出水口主要承担引水洞上平段的施工，引水洞斜井段 （上部）及其下部施工通道由6号施工支洞承担，上部施工通道由引水洞上平段、上水库进/出水口承担；④7号施工支洞作为两条引水洞上平段的连通洞，主要是为了减少引水洞上平段、斜井段的施工干扰，增加引水洞上部施工的灵活性。

3.2 中层施工通道

中层施工部位主要包括主副厂房中部、主变洞中部、母线洞、引水洞下平段和引水洞斜井段 （下部）等。其施工通道主要为厂房交通洞、尾闸交通洞和2号施工支洞，其中2号施工支洞通过厂房交通洞与地面相通，且为下层施工通道中的3、4号施工支洞以及尾闸交通洞与厂房交通洞的联系通道。

作为中层施工通道的厂房交通洞，不仅担负着全部中层施工部位的各洞室的开挖出渣、混凝土运输、临时支护和机电设备等的运输任务，而且还承担着厂房下部、压力钢管及岔管段、尾闸室中下部、尾水调压井下部、尾水岔管、尾水支管、部分尾水洞等部位的施工交通运输任务。由此可见，厂房交通洞是地下系统施工中最为关键的施工通道，其规划布置、统筹安排是否合理，直接影响地下系统的施工工期。

3.3 下层施工通道

下层施工部位有主副厂房下部、主变洞下部、尾闸室下部、尾水调压井中下部和尾水主洞。在整个地下工程施工中，大部分出渣任务是由下层施工通道来完成的，为此下层设置了1、2、3、4号4条施工支洞。

1号施工支洞主要作为尾水洞的施工通道，在施工进度允许的情况下可兼顾尾水调压井、尾水岔管、尾水支管厂房下部出渣；3号施工支洞将厂房下部与2号施工支洞有机地连接起来，并通过2号施工支洞与厂房交通洞相连，作为厂房下部、引水洞斜井段、下平段、压力钢管及岔管段的开挖出渣及混凝土浇筑运输通道；通过4号施工支洞与2号施工支洞将尾水洞、尾水调压井与厂房交通洞联系起来，作为尾水支管及岔管段、尾水调压井、尾水洞部分工程的开挖出渣及混凝土浇筑运输通道，并作为尾水洞后段施工通道的必要补充，缓解1号施工支洞的运输压力。

4 施工支洞设计

本工程在充分利用永久洞室作为施工通道的前提下，为满足地下系统施工需求，共布置了7条施工支洞，其中1号施工支洞和6号施工支洞由地面进入，5号施工支洞利用主变洞的通风洞扩挖而成，其他4条施工支洞均在地下永久洞室之间设置。

4.1 施工支洞断面形式及尺寸确定

施工支洞均选用城门洞形，除7号施工支洞断面为5.0 m×5.0 m （宽×高）外，其余支洞断面尺寸均为7.5 m×6.0 m （宽×高），施工支洞最大纵坡为8.72%，平面转弯半径15.0～40.0 m，可满足双车道运输、各类临时施工设施的布置、施工排水等要求。

4.2 施工支洞支护设计

施工支洞为临时建筑物，地下系统施工工期约为5年，洞室群围岩多为Ⅱ类，稳定性好，局部为Ⅲ类，稳定性稍差。考虑洞室交叉部位的围岩稳定及封堵施工要求，在各施工支洞进口及与其他各洞室交叉处均采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.50 m，各施工支洞通过Ⅲ类围岩及断层破碎带处均采用系统喷锚支护，Ⅱ类围岩仅采用局部喷锚支护。喷锚支护锚筋直径为18 mm，长2.0 m，间、排距均为1.5 m，喷混凝土厚8 cm。

1、2、4、6、7号施工支洞在施工任务完成后需要进行封堵。1号支洞与尾水洞相交处交处封堵长度为20.0 m；2号支洞在两条引水洞之间全洞进行封堵，与引水洞下平段相交处外侧封堵长度为50.70 m；4号支洞与尾水洞相交处封堵混凝土长度为20.0 m；7号施工支洞全洞封堵。

5 地下厂房开挖程序

5.1 主副厂房开挖程序

主副厂房为地下工程中的最大洞室，开挖尺寸为 165.8 m×22.7 m×54.1 m （长×宽×高）， 岩石洞挖量17.90万m3。主副厂房开挖分上、中、下3个部分，共7层，由上至下逐层开挖。

厂房上部顶拱开挖 （即Ⅰ层）高程38.60～30.60 m、层高8.00 m，由通风洞出渣；中部开挖高程30.60～13.20 m，层高17.40 m，分为Ⅱ、Ⅲ两层施工，利用通风洞、交通洞出渣； 厂房下部高程13.20～-15.00 m，层高28.20 m，分为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ4层施工，利用厂房交通洞、2、3、4号施工支洞出渣。

5.2 主变洞开挖程序

主变洞开挖尺寸 130.60 m×20.40 m×24.40 m（长×宽×高）。分上 （顶拱）、下两部分开挖。上部开挖高程37.00～28.70 m，层高8.30 m，利用通风洞出渣；下部开挖高程28.70～12.80 m，分为两层，28.70～21.50 m高程为第Ⅱ层，层高7.20 m，21.50～12.80 m高程为第Ⅲ层，利用交通洞出渣。

6 工程实施经验

在蒲石河抽水蓄能电站的地下系统开挖施工中，积累的实践经验主要有：

（1）引水洞斜井段长376.51 m，与水平线夹角52°，鉴于当时国内水电工程中尚无利用反井钻开挖如此规模斜井的先例 （国内采用反井钻机进行斜井施工的最大深度为236 m），经对引水系统斜井段导井开挖的施工方法分析论证，在斜井段中部增设了6号施工支洞作为斜井段的施工通道，保证了引水斜井的顺利施工。

（2）6号施工支洞采用两条单独的支洞与两条引水斜井相接，避免了两引水斜井的直接串联，有利于封堵堵头结构的设计，加快了封堵施工进度，有利于施工封堵质量控制。

（3）4号支洞与尾水洞的交接点放在尾水岔管与尾水调压井之间，增加了尾水调压井、尾水岔管、尾闸室下部、厂房下部的施工通道，使得尾水调压井的施工不制约尾水洞的施工；同时厂房底部开挖、尾水岔管钢衬、尾闸室底部衬砌施工可以与尾水主洞衬砌同时具备施工条件。实践证明，4号支洞的设置使得上述部位的施工变得更灵活、便捷，减少了施工干扰。

（4）增设了7号施工支洞作为引水洞上平段的连通洞，充分利用现有的两条引水洞作为斜井段的施工通道，避免了引水洞上平段单独设置施工支洞，减少了引水洞上平段、斜井段的施工干扰，增加了上述部位施工的灵活性、机动性。

7 结语

蒲石河抽水蓄能电站地下系统的施工通道 （施工支洞）布置和设计，充分利用了永久洞室，做到了 “永临结合”，在工程实施过程中，优化了施工支洞的布置，加快了地下工程的施工进度，方便了工程施工。在工程实施中积累的地下系统施工通道布置经验，可以为其他抽水蓄能电站地下系统的设计提供参考和借鉴，尤其是为今后东北寒冷地区抽水蓄能电站的建设提供了宝贵的工程实例。