车尔臣河水电站进场道路方案比选分析

2018-08-13郭建飞

水利规划与设计 2018年7期

郭建飞

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

车尔臣河水电站位于新疆维吾尔自治区且末县境内，是车尔臣河上修建的第一座梯级电站，工程规模为Ⅳ等小(I)型工程，采用引水式电站。拦河闸最小引水流量5m3/s，总装机50MW。主要建筑物有拦河引水渠首、沉砂池、输水隧洞、压力管道、厂房、尾水渠等建筑物组成。由于工程所在区河谷两侧呈陡坎状，自然坡度在50°～85°之间，落差在150～175m，至工程区需修建一条进场道路满足施工期及后期管理运行的要求，本文拟对进场道路的方案比选及设计做一介绍，供同行参考。

2 工程地质概况

拟建进场道路穿越工程区地层岩性上部为上更新统冲积砂卵砾石层，地表局部分布有风积砂丘，大小8m×15m，高度2～5m，砂卵砾石层，青灰色，厚10～30m，局部弱胶结；其下为大厚度的中更新统冲积砂卵砾石层，总体厚度大于200m，灰褐色，钙泥质胶结半胶结，天然密度为2.18g/cm3，相对密度Dr=0.87，结构密实，渗透系数K=1.0×10-3cm/s，属中透水层。纵波速度一般2300～2500m/s，个别达2800m/s。在无地下水干扰情况下有一定自稳能力，具备成洞条件，但需及时支护，由于第四系地层为散体结构，国内尚无统一的分类方法，根据上述地质条件，并类比其他工程经验进行综合评定，该地层所处的围岩类别属Ⅴ类。

3 进场道路总体方案比选分析

进场道路所处区域地质及地形情况较为复杂，对工程的工期、投资等影响较大，经综合考虑，对进场道路2个方案进行比较：道路大开挖方案和隧洞方案。

图1 方案一及方案二平面布置

3.1 进场道路大开挖方案

进场道路起点为闸址河床左岸阶地与现有道路连接，终点至闸址厂区附近，路线长度为2.9km，全部为盘山道路，分为5个台阶按高程分层布置，上下层间高差约35m，道路平均纵坡5.5%，最大纵坡8%，就可行性而言，存在2种方案：双车道方案和单车道方案。

3.1.1 双车道方案

进场道路采用双车道路面设计，按规范[3]要求，道路路基宽度取6.5m，该方案特点是施工较为简单，挖方均为砂砾石，不存在爆破，施工速度较快，但存在以下的几个问题。

(1)道路基础必须设置于稳定边坡上，按地质报告的要求，开挖边坡不得陡于1∶0.75，这样导致道路工程量开挖较大，土方开挖工程量达到惊人的315万m3，工程直接投资为13150万元，投资较高，不经济。

(2)大开挖基本上削了一半的山头，将会造成很大的水土流失，而且砂砾石边坡后期恢复困难，弃渣较多，占地面积大，对环境影响大。

(3)从运行、管理、安全等方面考虑，主要存在以下的问题：①边坡垂直落差达170多m，在刮风及雨雪天气，边坡会存在落石风险，即便是一块很小的石头，也会对行人及车辆构成很大威胁。②高边坡后期维护费用较高，砂砾石及土方边坡在湿润饱和状态下，边坡在受到外力作用后易发生位移垮塌。

因此，不考虑双车道方案。

3.1.2 单车道方案

单车道方案路线布置与双车道方案相同，仅路基宽度不同，道路基宽度为4.5m，也存在以下的几个问题。

(1)道路道路工程量也较大，土方开挖130万m3，工程直接投资为5600万元，投资也较高。

(2)由于是单车道道路，特殊的地形导致进入施工区的车辆同出渣车辆之间必须有一方在车转弯处等待对方通过后自己才能通行，施工过程中干扰较大，出渣效率不高。

(3)开挖的弃渣占地占地面积也较大，新疆南疆区域较为干旱少雨，对环境的影响也不容忽视。

(4)同样存在落石风险、边坡稳定等安全问题。

因此，不考虑单车道方案。

综合以上双车道及及单车道道路方案分析，从投资、施工条件、施工可行性、环境、运行管理、安全等方面综合比较，本工程不适宜采用进场道路大开挖方案，推荐采用隧洞方案。

3.2 隧洞方案

隧洞起点在河床左岸阶地上，受图幅限制，图1中未能显示隧洞进口布置。隧洞全长1.85km，进口目前有简易道路到达，受地形条件限制，出口无法施工，隧洞只能从进口单工作面进行掘进。隧洞方案考虑有2种方式：双车道隧洞方案和单车道隧洞方案。

3.2.1 双车道隧洞方案

双车道隧洞方案断面采用城门洞型，根据规范要求，隧洞净尺寸为8.0m×6.56m(b×h)，由于进场道路对整个工程投资影响较大，经综合考虑后又提出隧洞从结构型式对2个方案进行比选。

(1)方案一(隧洞衬砌)。隧洞在施工的过程中不仅采用一次喷锚支护，在贯通后，还进行二次钢筋混凝土衬砌加固。该方案安全系数高，但投资较高，总投资6800万元，业主难以承受。因此，不考虑双车道隧洞衬砌方案。

(2)方案二(隧洞无衬砌)。隧洞在施工的过程中仅采用一次喷锚支护，该方案安全系数低，在这么大断面施工情况下，仅考虑一次支护是不够的，在以后的运行管理中，如果一次支护变形量较大，引起塌方，会造成重大人员伤亡及财产损失。因此，不考虑双车道仅采用一次喷锚支护的方案。

从工程投资，安全运营管理来看，单车道隧洞方案更适合本工程，推荐方案采用单车道隧洞方案。

3.2.2 单车道隧洞方案

单车道隧洞方案断面净尺寸为4.5m×5.33m(b×h)，也有2个方案进行比选。

(1)方案一(隧洞衬砌)。隧洞采用全断面衬砌，工程投资约5500万元，虽比双车道方案节省1300万元，但对整个工程的影响还是比较大的，不考虑。

(2)方案二(隧洞无衬砌)。隧洞仅仅考虑一次支护，看起来比较冒进，可根据地质资料，隧洞处于上更新统砂卵砾石层中，除表层局部埋深较浅处呈弱胶结外，下部为钙泥质胶结半胶结，工程区所在区域又处于国内干旱极度少雨区，附近无稳定地下水补给区，在无地下水干扰的情况下有一定的自稳能力，具备成洞条件。在基于上述条件基础上，决定大胆创新，在设计中采用单车道隧洞无衬砌方案，即方案二。

隧洞各方案综合比较见表1。

在施工过程中，虽然仅仅只有一次支护，但相对来说，要求更为严格一些，由于是砂砾石地层，在支护过程中锚杆会对原有胶结砂砾石扰动破坏，影响稳定，整个洞室未设计锚杆，在隧洞开挖完成后迅速支撑钢拱架并喷护C25混凝土20cm封闭裸露围岩。为出渣方便，每隔300m还设置一个错车道，考虑到进出人员安全，每隔500m设置一个行人避车洞。