摘要：為了充分利用水能資源和優(yōu)化水電站的運(yùn)行方式，對(duì)已建大中型水電站進(jìn)行擴(kuò)建增容日益成為水電能源開發(fā)的重要方式之一。由于我國地大物博，地理環(huán)境復(fù)雜多樣，很多的引水式水電站都涉及到了水工隧洞的施工。本文主要闡述了引水式水電站的開發(fā)，及引水式水電站的水工隧洞施工可能會(huì)遇到的問題，并就實(shí)際情況與調(diào)查研究提出了相應(yīng)的對(duì)策。
關(guān)鍵詞：引水式水電站；水工隧洞
中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
為提高水能資源的利用率，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，跨流域多水源引水式水電開發(fā)在我國逐漸得到運(yùn)用。很多的引水式水電站都涉及到了水工隧洞的施工，水工隧洞不同開挖斷面的選擇，主要取決于隧洞沿路的地質(zhì)條件、水力條件和施工方法等因素。以下為筆者對(duì)引水式水電站水工隧洞的施工進(jìn)行的簡(jiǎn)單介紹：
1.引水式水電站開發(fā)
新型引水式水電站的設(shè)計(jì)思路在于:利用有壓隧洞深埋，獲得較大的山巖地場(chǎng)應(yīng)力，以此來承載有壓隧洞的內(nèi)外荷載；選擇合理的設(shè)計(jì)流速(比常規(guī)設(shè)計(jì)流速低許多)，有效控制(降低)水擊強(qiáng)度，創(chuàng)造了取消“氣墊式調(diào)壓室”的條件，取消了施工難度大，投資高的“氣墊式調(diào)壓室”。新型引水式水電站除了取消“氣墊式調(diào)壓室”及其附屬設(shè)施；其余工程項(xiàng)目及布置與新型引水式水電站方案相同。引水式水電站開發(fā)方案一般有四種：
1.1上游河道低壩(閘)取水→無壓水道引水→壓力前池→壓力管→分岔管→發(fā)電廠房→尾水渠→下游河道。該方案的設(shè)計(jì)思路在于降低有壓水道長(zhǎng)度，以達(dá)到降低水擊之目的。
1.2上游河道壩(閘)取水→有壓隧洞引水→調(diào)壓井(池)→分岔管→發(fā)電廠房→尾水渠→下游河道。該方案的設(shè)計(jì)思路在于設(shè)置調(diào)壓井(池)來吸收和釋放壓力水道內(nèi)的水擊能量，抑制水擊壓強(qiáng)。
1.3上游河道壩(閘)取水→有壓隧洞引水(力求深埋、一坡到底)→氣墊式調(diào)壓室→分岔管→地下式發(fā)電廠房→尾水隧洞→下游河道。尾水隧洞是否要設(shè)置調(diào)壓井，視具體情況而定。該方案的設(shè)計(jì)思路在于:利用有壓隧洞深埋獲得較大的山巖地場(chǎng)應(yīng)力，以此來承載隧洞內(nèi)外荷載，從而免除隧洞襯砌；設(shè)置氣墊式調(diào)壓室取代調(diào)壓井，用于吸收或釋放壓力水道內(nèi)的水擊能量，抑制水擊強(qiáng)度。
1.4上游河道壩(閘)取水→有壓隧洞引水(力求深埋、一坡到底)→分岔管→地下式發(fā)電廠房→尾水隧洞→下游河道。該方案的設(shè)計(jì)思路在于:利用有壓隧洞深埋獲得較大的山巖地場(chǎng)應(yīng)力，以此來承載隧洞內(nèi)水壓力，減少隧洞襯砌；采用合理的流速(較低的流速)，有效限制水擊壓強(qiáng)的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)取消氣墊式調(diào)壓室的目的。
2. 引水式水電站的水工隧道施工可能遇到的問題
由于我國的地理環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，在引水式水電站的水工隧道施工的過程中，我們要全方位的考慮到巖石的巖性、巖石的構(gòu)造、巖層的分布、地下水的分布及當(dāng)?shù)氐淖匀惶鞖獾龋员闾岣呤┕さ陌踩约肮こ痰馁|(zhì)量保障。以下是筆者對(duì)水工隧道的施工中可能會(huì)遇到的問題進(jìn)行的簡(jiǎn)要分析：
2.1巖爆
探洞施工開挖和理論分析表明，巖爆的發(fā)生將受到類別、巖體結(jié)構(gòu)等條件的控制，主要發(fā)生在巖體完整性好、巖質(zhì)堅(jiān)硬致密的Ⅱ類圍巖中，次為Ⅲ類圍巖中，而在Ⅳ類圍巖中則較少出現(xiàn)；巖爆以弱~中等為主，局部地段將出現(xiàn)強(qiáng)巖爆；巖爆形態(tài)以連續(xù)、零星分布的松脫、片狀剝落為主。
2.2巖溶
長(zhǎng)探洞揭示的情況和巖溶水文地質(zhì)綜合研究表明，工程區(qū)巖溶發(fā)育微弱，巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為沿裂隙面溶蝕，不存在廳堂型、暗河型的地下巖溶系統(tǒng)，具有特殊的高山峽谷巖溶發(fā)育特征。
2.3隧道涌水
隧洞涌水問題是水電站引水隧洞所面臨的突出問題，根據(jù)已基本查明的工程區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)擬建引水隧洞的涌水特征與探洞的涌水情況相似，即涌水具有高水頭、大流量的特點(diǎn)。其穩(wěn)定涌水量和單點(diǎn)瞬時(shí)涌水量均可能比探洞中大，在引水隧洞施工不設(shè)防滲措施時(shí)，根據(jù)不同的涌水預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)單洞穩(wěn)定涌水量級(jí)為8.44m3/s 左右，可能發(fā)生的最大突水預(yù)測(cè)量為5~6m3/s 左右。引水隧洞施工過程中超前預(yù)報(bào)及地下水處理措施是本工程最主要的關(guān)鍵技術(shù)問題。
2.4有害氣體
隧洞圍巖中產(chǎn)生的有害氣體主要儲(chǔ)存在T2b、T2y5臭大理巖中，用錘擊能逸出H2S氣體，其次屬鉆爆法施工中產(chǎn)生的CO、CO2、粉塵等，通過對(duì)有害氣體的監(jiān)測(cè)、巖石化學(xué)成份分析、通風(fēng)試驗(yàn)分析，圍巖中的S含量很小，在施工中產(chǎn)生的H2S氣體含量一般在6ppm 以下，不構(gòu)成對(duì)人員傷害。施工過程產(chǎn)生的有害氣體或有害物質(zhì)，在施工過程中特別是在獨(dú)頭段含量超過允許濃度，是會(huì)對(duì)工作人員的安全健康造成一定的傷害。但是只要在施工中加強(qiáng)通風(fēng)，做好獨(dú)頭段的施工設(shè)計(jì)，即能控制有害氣體和粉塵含量，保證身體健康安全，滿足安全生產(chǎn)要求。涌水
3. 水工隧洞施工中問題的解決措施
根據(jù)多年的研究及水工隧道施工的經(jīng)驗(yàn)表明，很多隧道施工中的困難基本上都可以將危害損失降到最小。全方位的考慮施工隧道的地理環(huán)境及地貌特征，提前做好預(yù)防工作，便于工程進(jìn)程的推進(jìn)，提高施工的安全性的保障。以下是作者簡(jiǎn)要提出的問題應(yīng)對(duì)措施：
3.1水工隧洞施工中巖爆的處理
輔助洞施工表明，對(duì)巖爆發(fā)育程度的預(yù)測(cè)是比較準(zhǔn)確的。目前產(chǎn)生的巖爆以中等~中等偏弱為主，局部有強(qiáng)巖爆發(fā)生。采用應(yīng)力解除孔、快速錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土、輔以格柵拱架等治理、防護(hù)綜合措施，可以有效降低巖爆對(duì)施工的影響。
3.2水工隧洞圍巖穩(wěn)定性及襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
這幾年來，在選擇隧洞襯砌桔構(gòu)方面的主要趨勢(shì)是：根據(jù)隧洞沿枝的地質(zhì)條件選用先進(jìn)的和忽濟(jì)的襯砌桔構(gòu)，盡量使內(nèi)水壓力粳過村砌桔構(gòu)傳遞到周國巖體上。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件很好和山巖壓力不大時(shí)，可使內(nèi)水壓力道接作用于巖石上，即不用進(jìn)行襯砌。對(duì)高地應(yīng)力條件下的隧洞圍巖穩(wěn)定性和高外水壓力下的隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量分析研究。研究結(jié)果和輔助洞施工實(shí)踐表明，隧洞開挖后圍巖具有足夠的自穩(wěn)能力，從圍巖穩(wěn)定的角度分析滿足成洞要求；對(duì)于斷層等局部較差地段，只要采用適當(dāng)?shù)募皶r(shí)支護(hù)措施也同樣具備成洞條件。由于地下水位較高，水工隧洞不存在內(nèi)水外滲的問題，因此與一般的水工隧洞不同，襯砌的主要目的是為了保護(hù)圍巖、減小糙率，而不是用來防滲；在按“以堵為主，堵排結(jié)合”的原則處理后，允許襯砌結(jié)構(gòu)有一定的滲透性以便釋放外水壓力，高外水壓的問題可以得到解決。
3.3水工隧洞施工中地下水的預(yù)測(cè)處理
幾十年、特別是近十幾年來對(duì)引水隧洞區(qū)域的工程地質(zhì)、巖溶水文地質(zhì)條件進(jìn)行的長(zhǎng)時(shí)間、大量的勘探、試驗(yàn)和研究工作表明，工程區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，但巖溶發(fā)育程度總體較弱，在水工隧洞通過的1600m 高程附近，遇到大型巖溶管道系統(tǒng)的可能性較小，巖溶形態(tài)以溶蝕裂隙型為主。工程區(qū)巖溶裂隙水豐富，長(zhǎng)探洞曾產(chǎn)生多次大的涌水，且各大涌水點(diǎn)具有水頭高、流量大的特點(diǎn)，地下巖溶水的預(yù)報(bào)和處理將是水工隧洞施工中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題。針對(duì)引水隧洞可能發(fā)生的涌突水風(fēng)險(xiǎn)，地質(zhì)預(yù)報(bào)采用綜合預(yù)報(bào)方法進(jìn)行。以工程地質(zhì)法與儀器法、超前鉆孔相結(jié)合，利用宏觀及長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)的成果，提前分析重點(diǎn)地段，對(duì)于巖性變化、斷層、褶皺帶等易發(fā)生涌水部位，重點(diǎn)加強(qiáng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。通過宏觀預(yù)報(bào)→中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)（掌子面前方30 ~150m）→短距離預(yù)報(bào)（掌子面前方15~30m ）→地質(zhì)（地下水）災(zāi)害臨近預(yù)警的預(yù)報(bào)流程，為引水隧洞施工建立地質(zhì)預(yù)報(bào)體系。
4結(jié)語
在引水式水電站水工隧洞施工的過程中，很多巖洞的洞室群布置復(fù)雜，外水壓力高，隧洞沿線巖溶發(fā)育，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)及施工技術(shù)難度很大。我國在不斷的探索研究，施工的質(zhì)量也在逐步提高。
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