浅谈引水式水电站水工隧洞施工

摘要：为了充分利用水能资源和优化水电站的运行方式，对已建大中型水电站进行扩建增容日益成为水电能源开发的重要方式之一。由于我国地大物博，地理环境复杂多样，很多的引水式水电站都涉及到了水工隧洞的施工。本文主要阐述了引水式水电站的开发，及引水式水电站的水工隧洞施工可能会遇到的问题，并就实际情况与调查研究提出了相应的对策。

关键词：引水式水电站；水工隧洞

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

为提高水能资源的利用率，实现水资源的优化配置，跨流域多水源引水式水电开发在我国逐渐得到运用。很多的引水式水电站都涉及到了水工隧洞的施工，水工隧洞不同开挖断面的选择，主要取决于隧洞沿路的地质条件、水力条件和施工方法等因素。以下为笔者对引水式水电站水工隧洞的施工进行的简单介绍：

1.引水式水电站开发

新型引水式水电站的设计思路在于:利用有压隧洞深埋，获得较大的山岩地场应力，以此来承载有压隧洞的内外荷载；选择合理的设计流速(比常规设计流速低许多)，有效控制(降低)水击强度，创造了取消“气垫式调压室”的条件，取消了施工难度大，投资高的“气垫式调压室”。新型引水式水电站除了取消“气垫式调压室”及其附属设施；其余工程项目及布置与新型引水式水电站方案相同。引水式水电站开发方案一般有四种：

1.1上游河道低坝(闸)取水→无压水道引水→压力前池→压力管→分岔管→发电厂房→尾水渠→下游河道。该方案的设计思路在于降低有压水道长度，以达到降低水击之目的。

1.2上游河道坝(闸)取水→有压隧洞引水→调压井(池)→分岔管→发电厂房→尾水渠→下游河道。该方案的设计思路在于设置调压井(池)来吸收和释放压力水道内的水击能量，抑制水击压强。

1.3上游河道坝(闸)取水→有压隧洞引水(力求深埋、一坡到底)→气垫式调压室→分岔管→地下式发电厂房→尾水隧洞→下游河道。尾水隧洞是否要设置调压井，视具体情况而定。该方案的设计思路在于:利用有压隧洞深埋获得较大的山岩地场应力，以此来承载隧洞内外荷载，从而免除隧洞衬砌；设置气垫式调压室取代调压井，用于吸收或释放压力水道内的水击能量，抑制水击强度。

1.4上游河道坝(闸)取水→有压隧洞引水(力求深埋、一坡到底)→分岔管→地下式发电厂房→尾水隧洞→下游河道。该方案的设计思路在于:利用有压隧洞深埋获得较大的山岩地场应力，以此来承载隧洞内水压力，减少隧洞衬砌；采用合理的流速(较低的流速)，有效限制水击压强的数值，从而实现取消气垫式调压室的目的。

2.引水式水电站的水工隧道施工可能遇到的问题

由于我国的地理环境错综复杂，在引水式水电站的水工隧道施工的过程中，我们要全方位的考虑到岩石的岩性、岩石的构造、岩层的分布、地下水的分布及当地的自然天气等，以便提高施工的安全性及工程的质量保障。以下是笔者对水工隧道的施工中可能会遇到的问题进行的简要分析：

2.1岩爆

探洞施工开挖和理论分析表明，岩爆的发生将受到类别、岩体结构等条件的控制，主要发生在岩体完整性好、岩质坚硬致密的Ⅱ类围岩中，次为Ⅲ类围岩中，而在Ⅳ类围岩中则较少出现；岩爆以弱~中等为主，局部地段将出现强岩爆；岩爆形态以连续、零星分布的松脱、片状剥落为主。

2.2岩溶

长探洞揭示的情况和岩溶水文地质综合研究表明，工程区岩溶发育微弱，岩溶形态主要表现为沿裂隙面溶蚀，不存在厅堂型、暗河型的地下岩溶系统，具有特殊的高山峡谷岩溶发育特征。

2.3隧道涌水

隧洞涌水问题是水电站引水隧洞所面临的突出问题，根据已基本查明的工程区岩溶水文地质条件，预测拟建引水隧洞的涌水特征与探洞的涌水情况相似，即涌水具有高水头、大流量的特点。其稳定涌水量和单点瞬时涌水量均可能比探洞中大，在引水隧洞施工不设防渗措施时，根据不同的涌水预测方法预测单洞稳定涌水量级为8.44m3/s左右，可能发生的最大突水预测量为5~6m3/s左右。引水隧洞施工过程中超前预报及地下水处理措施是本工程最主要的关键技术问题。

2.4有害气体

隧洞围岩中产生的有害气体主要储存在T2b、T2y5臭大理岩中，用锤击能逸出H2S气体，其次属钻爆法施工中产生的CO、CO2、粉尘等，通过对有害气体的监测、岩石化学成份分析、通风试验分析，围岩中的S含量很小，在施工中产生的H2S气体含量一般在6ppm以下，不构成对人员伤害。施工过程产生的有害气体或有害物质，在施工过程中特别是在独头段含量超过允许浓度，是会对工作人员的安全健康造成一定的伤害。但是只要在施工中加强通风，做好独头段的施工设计，即能控制有害气体和粉尘含量，保证身体健康安全，满足安全生产要求。涌水

3.水工隧洞施工中问题的解决措施

根据多年的研究及水工隧道施工的经验表明，很多隧道施工中的困难基本上都可以将危害损失降到最小。全方位的考虑施工隧道的地理环境及地貌特征，提前做好预防工作，便于工程进程的推进，提高施工的安全性的保障。以下是作者简要提出的问题应对措施：

3.1水工隧洞施工中岩爆的处理

辅助洞施工表明，对岩爆发育程度的预测是比较准确的。目前产生的岩爆以中等~中等偏弱为主，局部有强岩爆发生。采用应力解除孔、快速锚杆、挂网喷混凝土、辅以格栅拱架等治理、防护综合措施，可以有效降低岩爆对施工的影响。

3.2水工隧洞围岩稳定性及衬砌结构设计

这几年来，在选择隧洞衬砌桔构方面的主要趋势是：根据隧洞沿枝的地质条件选用先进的和忽济的衬砌桔构，尽量使内水压力粳过村砌桔构传递到周国岩体上。当地质条件很好和山岩压力不大时，可使内水压力道接作用于岩石上，即不用进行衬砌。对高地应力条件下的隧洞围岩稳定性和高外水压力下的隧洞衬砌结构设计进行了大量分析研究。研究结果和辅助洞施工实践表明，隧洞开挖后围岩具有足够的自稳能力，从围岩稳定的角度分析满足成洞要求；对于断层等局部较差地段，只要采用适当的及时支护措施也同样具备成洞条件。由于地下水位较高，水工隧洞不存在内水外渗的问题，因此与一般的水工隧洞不同，衬砌的主要目的是为了保护围岩、减小糙率，而不是用来防渗；在按“以堵为主，堵排结合”的原则处理后，允许衬砌结构有一定的渗透性以便释放外水压力，高外水压的问题可以得到解决。

3.3水工隧洞施工中地下水的预测处理

几十年、特别是近十几年来对引水隧洞区域的工程地质、岩溶水文地质条件进行的长时间、大量的勘探、试验和研究工作表明，工程区岩溶水文地质条件较为复杂，但岩溶发育程度总体较弱，在水工隧洞通过的1600m高程附近，遇到大型岩溶管道系统的可能性较小，岩溶形态以溶蚀裂隙型为主。工程区岩溶裂隙水丰富，长探洞曾产生多次大的涌水，且各大涌水点具有水头高、流量大的特点，地下岩溶水的预报和处理将是水工隧洞施工中面临的关键技术问题。针对引水隧洞可能发生的涌突水风险，地质预报采用综合预报方法进行。以工程地质法与仪器法、超前钻孔相结合，利用宏观及长距离预报的成果，提前分析重点地段，对于岩性变化、断层、褶皱带等易发生涌水部位，重点加强预测预报。通过宏观预报→中长距离预报（掌子面前方30~150m）→短距离预报（掌子面前方15~30m）→地质（地下水）灾害临近预警的预报流程，为引水隧洞施工建立地质预报体系。

4结语

在引水式水电站水工隧洞施工的过程中，很多岩洞的洞室群布置复杂，外水压力高，隧洞沿线岩溶发育，工程地质条件复杂，设计及施工技术难度很大。我国在不断的探索研究，施工的质量也在逐步提高。

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