高温高压热水条件下的引水隧洞施工

'高温高压热水条件下的引水隧洞施工和学伟(云南黑白水电力集团股份有限公司．云南丽江674100)摘暮：黑白水三级电站是耐江地区第一座地下厂房水电站。引水琏洞总长2311.70m．其中800m穿越高温高压热水螗区。文章介绍了隧洞施工实践，总结和探讨了在高温高压热水条件下隧道综合降温措施．为类似地质条件的隧洞施工提供可借鉴的经验。关键词：隧洞；施工；高温高压热水；综台降温技术中国分类号：U455；TV672*1文献标识别：B文章编号：1006-3951(2003)增-0059-031工程概况黑白水三级电站是黑白水河梯级开发的最末一级电站，被列为丽江地区“八五”重点建设项目。电站距丽江县城70km，厂区海拔1400m，总装机容量3×6300kW，其尾水汇人金沙江，是区内第一座地下式水电站。电站自1993年4月开工，由于受复杂的工程和水文地质条件及地形狭窄等因素的影响，施工过程中遇到了首部枢纽滑坡，隧洞塌方、高温、高压和热水，以及立体交叉施工干扰等困难，特别是引水隧洞因受地质条件恶劣和高温高压热水的影响，成了制约电站工程尽快竣工投产的一大障碍。引水隧洞全长2311.70m，为加快施工进度，解决施工干扰和排放高温高压热水，共设4个支洞，其中4号支洞为排水支洞，其余为施工支洞。引水隧洞自1993年8月掘进至主洞以来，虽然在0+090m、0+994m、1+115m等多处发生较大规模的塌方，至1994年10月仍累计完成1511．7m，占隧洞总长的65％。但开挖进入0+091～0+388m，0+487—0+990111两段(共长800m)后，施工全面进入高温高压热水区及其影响带，洞内热水温度高达57℃，流量增大，洞内气温上升至43℃，加之0+091m、0+990两处围岩软弱破碎，造成大规模塌方，施工陷入停滞瘫痪状态。1995年3月建设方为了加强施工技术和设备装备力量，按合同清退了原施工队伍。经多方咨询，最后与富有隧洞施工经验的铁道部十五局三处协商，签订了800m隧洞施工承包合同。十五局三处进点后，凭借多年丰富的隧洞施工经验，采用管棚法，小导管超前注浆等有效办法，稳定塌落体和软弱围岩，每个工作面增加大功率通风设备，降低洞内气温(降至36～38℃)，改善了工作面施工环境，因而突破了塌方地段，实现了进口工作面与4号支洞上游工作面贯通。但至1996年10月，热水洞最核心最困难的0+510～0+870m共360m隧洞段，随着施工不断深入至热水洞段，施工条件迅速恶化，洞内热水温度达60℃，流量增至O.1m3/s。从黑白水河抽120Om3/h， 冷水(平均水温16℃)渗入洞内，通风机不间断运行的情况下，洞内水温仍在40℃以上，掌子面气温达43℃，洞内蒸气腾腾，能见度仅3～5m，人员进人工作面，感觉胸闷，时间稍长就弦晕呕吐，施工机具故障频繁，无法正常作业。隧洞内恶劣的工作条件造成人员伤病多，工效低，不良地质条件造成施工工序多，作业循环时间长，施工进度缓慢，如遇有较大的热水集中喷涌，往往造成工作面停工。1996年底电站的地下主副厂房混凝土浇筑完毕，具备机电安装条件，其它金属结构安装，生活区及附近属设施也都已完工，剩余的300多米隧洞就成了整个工程的重中之重。2隧洞O+90—1+000的地质条件引水隧洞全长为2311.7m，进口底板高程505．30m，出口底板高程1500．30m，坡降约为2％，分别在洞程0+398．2m、1+276．8m、1+7043m、2+139．8m处设4号～1号支洞，其中4号支洞为排水支洞，支洞累计长度420.2m。隧洞根据不同围岩地质情况，采用两种主要断面尺寸及衬砌型式，在砂岩和灰岩段，开挖断面为3.6m×4m(高×宽)城门洞型，仅底板衬20cmC20混凝土。在页岩、断层破碎带和其它软弱围岩段，开挖断面为4m×3.6m(高×宽)城门型，为钢筋混凝土衬砌，厚度为30cm。隧洞在里程0+000-1+000m处穿越热水塘村地层。施工前经调查，热水塘村共分布有25个热水泉眼，泉水最高温度达51℃，出露温泉的总流量达lOL/S以上，为上升泉。从水化学成份及水温和流量均不受当地降水影响的情况分析，热水塘村的热水成因属于深循环增温型和硫化物生成热源型的混合型。2.1洞程0+000一0+080m段隧洞埋深lO-80m，地表5-35m厚为冰碛层，隧洞通过T3sn4：深灰～灰黑色页岩，间夹砂质页岩及薄层砂岩，强风化至弱风化。本洞段岩石软弱，节理发育，局部地段出现少量裂隙，温水，掘进中顶部多处发生3～5m塌落，在0+090m处，因原施工队伍施工不当造成大规模塌方。2.2洞程0+180-1+000m段隧洞埋深80-140m，表层30-60m为冰碛层。此段地下热水承压水头达65.117m，洞内热水温度达58-60℃，热水稳定总流量达300m3/h以上。(1)洞程0+180-0+636m段，通过T3Sn4 英砂岩，微风化。施工过程中，因卸荷作用和洞内温度变化，顶拱掉块时有发生，特别在热水塘背斜轴(0+420m)前后，岩层倾角小，掉块较多，采用及时打锚杆的措施，加强围岩稳定，防止掉块造成安全事故。本洞段内裂隙水丰富，还经常出现裂隙水集中突涌，如在0+483m处右侧边墙角涌出的集中热水。初始流量达0.1m3/s，水温达60℃，施工被迫停止5个昼夜。(2)洞程0+636—0+657m段，为F2断层破碎带，受高温高压热水影响，胶结极差，部分角砾填充物泥化，与热水相互作用，填充物呈流体状。(3)洞程0+657—0+728m为T3Sn4：页岩，受F2、F3断层和热水作用，部分围岩泥化、成洞困难。(4)洞程0+728—0+795m岩层性状与0+657—0+720基本相同。0+795—1+000为己T3Sn2页岩和石英细砂岩间夹，节理发育，围岩软弱，富含热水，如在0+885m处出现初始流量达0.04m3／S的热水突涌，该段施工中塌方较多。3改善洞内施工条件的综合降温措施铁道部十五局三处进点施工后，经实地调查及多方咨询请教，认为如此恶劣的地质和施工条件，在全国隧洞建设史上也十分罕见。由于施工受隧洞断面小，热水流量大，地质条件恶劣的制约，必须果用多种技术措施，加强排水，加强通风，增加冷水掺入量，局部冷水喷雾等综合办法攻克难关。3．1加强排水上游工作面施工至0+483m后，由于热水流量增大，加上从黑白水河抽水掺入的冷水120m3／h，洞内水流量达300m3/h以上，由于为顺坡开挖，排水不畅，使掌子面和洞内积水过深，影响作业和运输车辆通行，同时增大了热水蒸发面积，使洞内气温和蒸气饱和度增加。因此决定改用反坡掘进，坡度为0.5％，使洞内的积水能顺畅的引至上游4号排水支洞排出洞外。下游开挖工作面的水流量相对较小，通过洞断面左侧开挖的排水沟，将水集中顺坡流向下游，从3号支洞顺坡排出。上游反坡施工洞段，按先贯通后完善的原则进行开挖，下游洞段按一次成型开挖。3.2加强通风隧洞进口工作面与4号支洞上游工作面贯通后，将原安装在进口TZ63-12.5型通风机(风量1800m3／min，功率110kW)移至0+360处可缩短通风距离，减少风量沿程损失，同时在4号支洞与主洞交叉点，再增设一台22kW风机向支洞外排风，加快洞内空气循环，减少热散发和蒸气浓度。下游工作面把原22kW通风机换成TZ62-11.2型通风机(风量p=1380m3／min，功率N=75kW)，加快通风循环。3．3增加冷水掺入量 上游工作面，原从黑白水河用水泵沿4号支洞抽入120m3/h冷水掺人掌子面，但由于抽水机长期连续运行，加之雨季河水泥沙含量大，故障频繁，抽水机停机检修时，工作面被迫停工，同时随着掘进不断深入，热水流量增加，掺人冷水却因沿程损失流量减小，不能满足降温要求。因此建设方投入资金，架设一条长l500m，φ150钢管，从二级电站前池(高程1605m)压水到洞内工作面，流量可达180m3／h．流量可通过闸阀调节，保证了足够的冷水流量。在热水流量较集中洞段，从钢管接支管和喷雾喷头向洞内喷雾，也起到较好的降温效果。下游工作面掘进到0+885m处，出现集中热水喷涌后，借鉴上游工作面的经验，在3号支洞下黑白水河边设2×75kW(型号：ISl25-100-250)泵站，泵站进水口前设沉砂池，使进入水泵的水源较清洁。泵站在一般情况下．两台抽水机轮流运行，必要时可两台同时运行，抽水至工作面冷水流量最大可达180m3／h。通过上述综合降温措施，洞内工作面气温由原来的40℃以上降到了35～38℃，使施工作业无法进行的状况得以改变，为早日实现电站投产提供了必要的工作环境条件，使热水洞段终于在1998年2月实现贯通，贯通后洞内空气流通和排水顺畅，施工条件进一步得到改善，于1998年6月完成隧洞反坡段二次底坡开挖，二次支护等完善工作。至此，三级电站2311．7m隧洞施工共历时58个月，力尽艰辛，克服各种罕见的困难，终告竣工。其中800m热水洞段施工历时37个月。1998年7月10日，黑白水三级站投入试运行。4结语(1)隧洞在高温高压热水条件下，从多角度采用综合降温的措施是有效的，切实可行的，特别在小断面的隧洞施工中，在采用复杂的设备降温困难的情况下，上述降温措施在节约投资，技术可靠方面有其优越性。(2)在恶劣的条件下，隧洞施工和各种技术措施的实施，最终要依靠施工队伍来完成。因此施1单位必须具有较强的技术力量，先进的技术装备，强有力的施工组织和管理办法，这是战胜困难的必要保证。'