第2章 工程特点、施工重点及难点

第二章 工程特点、施工的重点及难点

2.1 工程特点

锦屏二级水电站引水隧洞穿越锦屏山脉，洞线长约16.67km，开挖洞径12.4～13m，一般埋深在1500～2000m，最大埋深约2525m，属典型的深埋长大隧洞，为锦屏二级电站的关键施工项目，具有如下特点：

(1)世界上规模最大的水工隧洞洞群, 施工组织复杂，工程量大，强度高、工期紧,综合施工难度最高。

(2)本合同段与引水隧洞其它合同段、施工排水洞合同段、厂房系统合同段无论在洞口场地布置、洞内交通干扰等方面均相互交叉，且施工场地狭窄。引水隧洞之间在地下水处理顺序、施工排水规划时相互影响，必须在业主的统一部署下实施。

(3)长距离、大断面、深埋隧洞独头施工，适合TBM作业。

(4)开挖断面大，锚喷支护工作量大且随TBM开挖进行，支护强度高，洞内运输量大。

(5)创造条件实现TBM的稳定快速掘进，是本合同段的关键；合理安排混凝土衬砌、灌浆施工程序，有利于保障施工总工期。

(6)采用钻爆法、TBM掘进机组合施工，TBM等主要设备由发包人采购。

(7)工程地质条件较好，但水文地质条件复杂；高地应力岩爆、高压大流量突涌水等问题尤为突出。

(8)发包人已做了大量的前期准备工作，提供了较好的施工保障条件。

(9)辅助洞、施工排水洞超前施工，基本探明地质情况，降低了本标段工程的风险。

(10)四条引水隧洞从施工组织上是一个整体,通水发电顺序原则上为1#-2#-3#-4#，分标段实施后，各条洞投入运行的顺序服从业主的统一安排，以确保各洞的完工时间。

2.2 施工的重点及难点

2.2.1 确保TBM的持续稳定快速施工

锦屏二级水电站引水隧洞从东到西分别穿越的围岩以碳酸盐岩为主，岩性多为大理岩，约占总长度的70～80％；其干单轴抗压强度一般为40～90MPa，饱和单轴抗压强度一般为30～80MPa。

根据引水隧洞围岩预测，Ⅱ类围岩占36.7％，Ⅲ类围岩占54.1％，Ⅳ类围岩占

8.3％，Ⅴ类围岩仅占0.9％。说明引水隧洞围岩以Ⅱ～Ⅲ类围岩为主，隧道总体成洞条件较好，岩石的强度适中，地质条件适合TBM设备的快速掘进和围岩稳定。

但是引水隧洞存在着高地应力及岩爆、地下突涌水等突出地质问题。本次引入TBM施工，在如此复杂的水文地质条件下进行深埋长大隧洞的施工，国内尚属首次，具有较大的挑战性。如何在强岩爆和地下高压突涌水的情况下确保TBM的持续稳定快速掘进，是确保本工程工期的关键，也是本工程的重中之重。这就要求承包商具有驾驭TBM应对各种复杂条件的能力，同时还要管好用好设备，使之最大限度的发挥效用。

2.2.2 高压大流量突涌水

本工程位于裸露型深切河间高山峡谷岩溶区，主要接受大气降水补给。岩溶化地层和非岩溶化地层呈NNE走向分布于河间地块，其可溶岩地层主要分布于锦屏山中部，而非可溶岩分布于东西两侧。受NNE向主构造线与横向(NWW、NEE)扭～张扭性断裂交叉网络的影响，构成了河间地块地下水的集水和导水网络。

根据长探洞三个出水带封堵后的实测水压力显示，PD1洞3948出水构造1996年3月份的水压力为7.4MPa；PD1洞3500涌水构造和PD2洞2845.5涌水构造的多年平均水压力分别为8.53MPa和8.57MPa，两者水压力最大值出现在1998年(年降水量1604.3mm)，分别为10.22MPa和10.12MPa。其最大水压力是平均水压力的1.07～1.15倍，与长探洞内流量的最大值和平均值的关系极为相近，显示了东段的外水压力特征。

在辅助洞东端的施工中，曾发生六次流量大于100L/s的集中涌水，其中涌水量大于1m3/s共有三处，初始最大流量分别为5m3/s、2.7m3/s、1.26m3/s。两洞出水量≥1L/s的主要结构面共有198条，两洞流量≥10L/s共60条，占总出水点构造的30.3%；且≥10L/s出水构造中以NEE～NWW向出水构造为主，共45条，占≥10L/s出水构造的75%。目前，辅助洞东端A、B两洞总流量为6.80m3/s。

在辅助洞西端施工中，A、B洞大于100L/s的涌水点共10个，其中B洞两处涌水瞬时最大流量分别达5m3/s和7.3m3/s，但两处水量的衰减普遍较快，流量分别为5L/s、0.04～0.06m3/s，表明大多排泄静储量，补给源有限。

从勘探成果及辅助洞揭露表明，引水隧洞地下水沿溶蚀裂隙突水，且溶蚀裂隙隐蔽性强，没有明显的构造异常显示，成片但又随机分布，用常规的水文地质勘探方法难以查明其位置和富水规律。因此，对引水隧洞具有大流量、深循环、高压力、突发性涌水的处理是本工程的重点和难点之一。

2.2.3 高地应力及岩爆

本工程地处西南高地应力区，引水隧洞埋深大，最大埋深2525m，围岩以Ⅲ、Ⅱ类围岩为主，岩石坚硬，且岩体结构完整。根据预测引水隧洞开挖将产生岩爆，其强

烈程度以轻微～中等岩爆为主，部分地段将发生强烈～极强岩爆。预测累计发生岩爆的长度约5548m，无岩爆段长度约11119m，其中发生轻微量级岩爆长度约3291m，中等量级岩爆长度约1211m，强烈量级岩爆长度约895m，极强量级岩爆长度约151m。

目前所开挖的辅助洞东、西端最大埋深均接近2000m，所发生的岩爆以轻微(Ⅰ级)为主，轻微岩爆占整个开挖洞段的12.6%；部分为中等(Ⅱ级)岩爆，占整个开挖洞段的1.4%；局部发生的强烈岩爆在东端的T2y5灰白色大理岩洞段及西端T31砂岩洞段，仅占0.2%。通过对东端53个典型岩爆点统计，岩爆多发生在距掌子面6～12m的范围内，掌子面开挖后的5～20小时是岩爆发生的高峰期。

通过对已开挖辅助洞洞段和长探洞岩爆分析，虽然长探洞和辅助洞中出现的岩爆以弱至中等为主，对施工影响较小，但当引水隧洞进入厚层块状岩体完整的白山组大理岩洞段，特别是进入断层少、上覆岩体厚的洞段时，岩爆较长探洞和锦屏辅助洞要严重。而且引水隧洞开挖洞径超过13m，并随着埋深的增加地应力也将进一步增大，尺寸效应将更为明显。

因此岩爆是影响洞室围岩稳定的主要因素之一，如何进行引水隧洞岩爆预测和防治，确保强烈～极强岩爆时人员和设备的安全既是施工重点也是施工难点。

2.2.4 工序多，干扰大

施工过程中，开挖、支护、灌浆、衬砌等工序平行施工，同时，各种辅助通道的施工对主洞施工也造成一定干扰，如何合理组织施工确保各工序顺利进行也是本工程的重点之一。

2.2.5 长距离通风排烟

引水隧洞全长16.67km，东端独头掘进超过14km，4条引水隧洞和1条施工排水洞同时施工，受地形条件的限制，沿线无条件布置施工支洞及竖井,主要通道仅为东引1、2施工支洞，造成通风排烟难度大是本工程施工难点之一。 ＃＃

2.2.6 小场地内的洞群施工

5条隧道(4条引水隧道、1条施工排水洞)同时施工、相邻施工单位众多，主要施工干扰有施工排水洞、东端3#、4#引水隧洞、上游调压室交通洞工程、上游高压室、引水竖井、洞外带式输送系统、混凝土系统等工程项目。受地形限制，各施工单位的各种施工辅助设施不能布置在洞口附近，弃渣及各种材料、设备均距离施工现场较远，洞内外各种有轨、无轨、皮带运输运输量大，洞口施工通道只有东引1#、2#施工支洞，因此如何组织好本标段施工，在业主统一协调安排下处理好与其它标段施工单位的协

调也是本工程重点之一。

2.2.7 高压灌浆

本工程高压固结灌浆压力最大达12MPa，在国内尚无先例，是本工程的技术难题之一；引水隧洞灌浆施工战线长十余公里，施工组织、水泥浆液输送、资源配置、施工保障等难度均较大；隧洞断面大，与开挖掘进、支护、衬砌等施工均有干扰，施工协调难度大；高压固结灌浆为引水隧洞施工最后一道工序，工程量大、施工强度高。采取何种有效的措施保障固结灌浆在满足围岩加固和防渗质量要求的条件下按期完成是本工程的重点之一。

2.2.8 安全生产

引水隧洞地质条件复杂，高地应力、强岩爆、高压大流量突涌水等尤为突出，施工安全防范点多、风险大，安全管理责任重。确保施工生产安全是本工程重点之一。

2.3 施工重、难点的应对措施

2.3.1 TBM的持续稳定快速施工对策

在锦屏二级水电站引水隧洞这种水文地质复杂的深埋长大隧洞中进行TBM施工，国内属首次，确保在强岩爆和高压突涌水的情况下TBM的顺利掘进，是挑战，也是确保本工程工期的关键。我们将从施工组织方面采取如下对策：

(1)选派具有丰富的长大隧道施工经验和TBM掘进机施工经验的人员组建项目机构。拟参加本工程的TBM技术人员，不仅大部分都在国内或国外参加过培训，而且有成功的TBM施工经历，处理过强岩爆和高压突涌水情况下TBM施工，他们的参加，将为TBM的顺利掘进提供了有力的技术保障。目前项目部具有两个TBM工程施工经验的人员19人，一个TBM工程施工经验的人员26人，这些人员都在领导、管理、技术、操作岗位上直接参与这台TBM的施工。

(2)坚持“先探后掘”的原则，建立宏观超前预报、长距离超前地质预报、短距离超前预报相结合三级预报机制，构成引水隧洞施工的地质综合预报体系，进行不良地质预报，将预报信息适时传输至工程信息管理系统，通过预报来降低风险。

在预报过程中，一方面紧密结合辅助洞的地质资料超前分析即将掘进的地段地质情况。另一方面，我们也与德国BEAM公司合作在掘进机上安装BEAN超前预报系统，为确保探明前方的地质情况做好了充分的准备。

(3)制定应对各种不良地质条件情况下TBM施工方案、防护措施、应急预案。根据地质预报预测情况，针对各种不良地质地段，采取合适的掘进模式和支护参数，确保

人员和TBM设备的安全，保证TBM设备正常运行。

在实施性施工组织设计中，我们也对不同的地质情况下施工措施进行了论述，制定了岩爆、涌水、断层破碎带等应急预案。

(4)做好针对不良地质施工所需的设备物资的及时供应，采用先进的配套设备，设备匹配力求合理，加强设备保养维修，提高设备保障能力。

(5)建立健全组织机构，组建专门施工队伍负责不良地质段施工，加强对不良地质段隧洞施工应急处理能力。

(6)成立专家组进行专题研究和咨询。

2.3.2 针对地下水的对策

根据锦屏二级电站区域工程地质、岩溶水文地质条件及辅助洞、长探洞已探明地下水情况，结合辅助洞施工和我们已积累处理地下水的施工经验，遵循“保证进度、择机封堵”的原则进行“探、排、防、控、堵”。

2.3.2.1 建立长效地质综合预报体系

由于辅助洞已先行施工，沿线的地质情况已基本摸清，对地下水的分布规律和出水规律也有一定的了解，通过辅助洞积累的资料，对地下水的预测预报技术也将更加完善，预报精度也会大大提高。

建立宏观超前预报(工程地质法)、长距离(50m～200m)超前地质预报(TSP)、短距离超前预报(表面雷达、孔内雷达、Beam超前预报、超前钻探)三级预报机制，构成引水隧洞施工的地质综合预报体系，进行地下突(涌)水的预报。将预报信息适时传输至工程信息管理系统，通过预报来降低风险。

2.3.2.2 针对不同地下水情况选择合适的处理原则

(1)富水带地下水处理方式

利用中、长期预报确定地下水位置及与开挖工作面关系，采用超前孔探明地下水的活动规律、补给水源，测定涌水量、压力，防止突然涌水。具体处理方式包括确保施工安全的地下水超前处理；开挖后为保证混凝土施工质量的地下水处理；混凝土衬砌完成后的系统固结灌浆处理；利用侧导洞、打探孔或平行支洞排除地下水；大涌水点的择机封堵处理等。

(2)地下水超前处理

根据超前地质预报结果，对有可能对施工人员、设备安全造成较大威胁及对工期造成较大影响的掌子面前方的地下水进行超前处理。当开挖工作面前方有高压大流量

地下水，而且排放不会影响围岩稳定，采用超前钻孔、开挖导水洞进行导水。当开挖工作面前方有高承压水，且围岩稳定性差，通过排水不能解决该地下水对人员、设备、工程的威胁时，采用超前灌浆进行处理。超前处理后达到洞室稳定，满足开挖要求，能够保证安全的前提下才能掘进通过。

(3)混凝土施工前地下水处理

为满足混凝土衬砌和锚喷支护作为永久衬砌洞段的喷射混凝土施工要求，开挖通过后，需对一般出水段进行地下水处理。对能够采取灌浆封堵的地下水进行灌浆处理，部分出水点可以采取引导方式，以保证混凝土浇筑仓面在无水的情况下施工，确保混凝土施工质量。对不影响混凝土施工质量的渗、滴水等，在混凝土衬砌完成后通过系统固结灌浆进行处理。

(4)固结灌浆处理

混凝土衬砌后进行系统的高压固结灌浆，封堵出水通道，对围岩进行固结。

(5)集中涌水择机封堵处理

对于开挖揭露出来的高压大流量集中涌水，根据施工过程中的实际情况，对地下水进行适当处理，在保证安全的前提下通过。通过后实施封堵处理前期工作(如涌水洞段的围岩加固、大流量涌水的集中引排等)，使高压大流量地下涌水达到可控状态。在不影响施工进度的情况下，择机对高压大流量地下涌水进行封堵处理。

2.3.2.3 地下水处理措施

(1)施工期排水措施

为保证施工的正常进行，TBM掘进机施工时采取轨道架空方式排水，钢轨架空高度为1.2m，施工排水从钢轨枕底下通过，钻爆法施工时在隧洞右侧设置排水沟，排水沟宽2.5m，深2m；在单洞的汇总出水量超过3m3/s时，开挖横向排水通道引至施工排水洞。具体排水措施详见第十六章。

(2)突(涌)水择机封堵措施

根据地下水预测预报结果及形态，确定地下突(涌)水封堵措施，通过以下三种措施进行地下水处理：

围岩进行灌浆，降低围岩渗透性或形成帷幕阻水。

② 对大涌水区进行分流减压，进而在低压和低流量条件下对涌水区进行封堵，达到控制和根治涌水的目的。

③ 修建临时挡水结构(如衬砌，挡水墙)来控制大涌水，然后对涌水区进行灌浆以根治涌水。

地下突(涌)水点封堵的具体措施有：围岩灌浆、分流减压、导水和隧洞衬砌、挡水墙以及组合法进行地下水封堵。

2.3.3 针对高地应力及岩爆对策

从辅助洞和长探洞岩爆情况，引水隧洞开挖过程中，将出现轻微至中等强度岩爆，部分为极强岩爆。依据本投标人以往施工经验，岩爆产生的前提条件取决于围岩的应力状态和围岩的岩性条件，在施工中控制和改变这两个因素就可以防止和延缓岩爆的发生，因此，对岩爆采取的对策有二：一是弱化围岩，如喷雾洒水、超前预裂爆破、排孔法、切缝法等，喷雾洒水的目的是改变围岩的物理力学性质，降低围岩的脆性和储存能量的能力，后三者的目的是解除能量，使围岩的能量向有利的方向转化和释放。二是强化围岩，如喷混凝土、锚杆加固、锚喷支护、钢支撑网喷混凝土结合、紧跟混凝土衬砌等等，给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态尽快的从平面转向三维应力状态，以达到抑制和延缓岩爆的发生。

2.3.4 解决长距离通风对策

施工通风是长隧洞施工中的重要一环，必须从施工通风的方案可行性和经济性两方面统筹考虑，来确定通风方案和通风设备的选择。具体对策见第十五章施工通风系统。

2.3.5 解决干扰大、施工组织困难对策

锦屏二级电站仅在1560平台上就集中了6家施工单位，5条隧洞同时施工，相邻施工单位众多，受地形限制，洞口施工通道只有东引1＃、2＃施工支洞，各种有轨、无轨、皮带运输运输量极大。我们分析干扰主要有一下几个方面：

1、1560平台公共区交通及物资堆放、转运；

2、环向施工支洞交通；

3、1、2、3、4、排水洞出渣协调；

4、本标段内各工序施工时交通及工作面间施工干扰。

针对以上出现的施工干扰，采取的协调及解决措施如下：

(1)成立专门的管理机构，对1560平台、1＃、2＃施工支洞等交通要道进行统一规划，管理，维护。配备足够调度人员和现场指挥人员，在公用运输系统和公共道路交叉处设置足够数量的扳道工和信号员，24小时轮流值班，负责1560平台、东引1＃、2＃施工支洞及引水隧洞内轨道控制，确保洞内有轨运输畅通。

(2)制定1560平台及环向支洞管理规章制度，要求各单位严格按照管理规章制度

办事；

(3)成立以项目经理为组长的施工协调配合领导小组，负责与发包人的施工协调配合工作。积极响应发包人的号召，积极主动与发包人协商处理问题。

(4)施工中发现问题积极向驻地监理汇报，共同协商处理现场实际问题，必要时请求监理组织四方会议并作好配合落实工作。

(5)加强与相邻引水隧洞其他标段承包人的协调与沟通，相互谅解、相互帮助，尽量避让施工干扰，并坚决服从业主及监理的协调和安排。

(6)加强与TBM供货商的协调配合。

(7)TBM开始施工后，材料运输全部采用有轨运输，有轨运输路线为C4标从1＃施工支洞进处，C5标从2＃施工支洞进出，整个环线与1560平台有轨运输系统仍组成环线，在紧急故障的情况下从1＃施工支洞进，从2＃施工支洞出。

(8)各洞的皮带运输出渣严格按照管理局制定的规定及应急出渣方案执行；

(9)1#引水洞为有轨运输，在施工期间，由于TBM施工已滞后半年，为了赶回工期，将开展边掘进支护边进行底拱施工和无盖灌浆施工。因此，在施工期间如何解决交通通干扰十分重要。我们拟采用无盖灌浆为门架式作业平台（见附图），保证不影响底部交通；底拱施工采用栈桥施工，即运输车辆从栈桥上通过，栈桥地下进行底拱施工，栈桥采用与专业厂家联合研制，确保适合本工程施工。2#引水洞采用破碎机皮带出渣后，达到全断面的地段全面开展底拱混凝土及边顶拱衬砌、灌浆，施工的干扰仍然在交通上，解决的方法也是采用门架平台和底拱栈桥。

2.3.6 确保施工生产安全

(1)健全安全管理体系，建立高效的安全管理组织机构，配备足够的安全管理人员，制订完善的安全生产管理制度，落实安全生产责任制。

(2)健全安全检查制度，成立由项目经理为首的安全检查组，依据制订的《安全检查制度》、《安全生产检查标准》和《安全奖惩制度》，有计划、有目的、有整改、有总结、有处理地进行检查，及时消除人的不安全行为和物的不安全状态。

(3)制定生产安全事故应急救援预案，建立应急救援组织或者配备应急救援人员，，并定期组织演练。

(4)加强对职工的安全教育，牢固树立“安全第一，预防为主”的思想，克服麻痹思想，自觉地遵守安全生产法令和规章制度。工人上岗前进行安全操作的考试和考核，合格者持证上岗。

(5)确保安全资金的投入，配备必要的安全设施和应急救援器材。

2.3.7 确保混凝土衬砌和高压固结灌浆质量

锦屏二级水电站引水隧洞混凝土衬砌段一般有地下水发育，在混凝土浇筑以前形成仓面干地施工的条件是保证混凝土施工质量的关键，可采取灌浆堵水、引水、集中抽排等综合措施保证混凝土施工条件。

保障高压固结灌浆质量是确保混凝土衬砌与围岩形成共同承载结构的关键，需要解决好堵水与围岩固结的关系，严格按照设计要求保证灌浆质量。

(1)从其他项目抽调有丰富高压灌浆施工经验的熟练技术工人和工程技术人员参加本工程施工。

(2)根据总进度安排及生产需要进行本标所需资源配置。拟投入施工的钻孔设备、高压灌浆泵、灌浆自动记录仪等主要设备必须经检验满足本工程高压灌浆要求；加强设备维护保养，使其保持良好的运行状态；同时按所需设备量的130%进行配备，确保工程质量、进度。

(3)认真做好灌浆试验。在试验钻孔灌浆过程中，针对本工程高压固结灌浆施工中可能出现的有关技术难题提出方案，通过灌浆试验论证技术方案的可行性和合理性，从而有针对性地采取处理措施；通过试验验证设计参数，选择和确定灌浆材料及浆液配比，提出合理的钻孔灌浆技术参数。

(4)组织技术专家和有经验的专业人员成立技术攻关小组，对实施中出现的技术问题集中力量进行攻关，保证施工顺利开展。

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