馬增翼張述畢李忠應
(中國水利水電第十四工程局****曲靖分公司，雲南曲靖 655000)
摘要：瀘定水電站引水調壓室為長廊阻抗式結構，規模巨集大，體型複雜，通道少，頂拱安全、高邊牆穩定問題突出，施工通道布置、通風散煙難度較大。本文主要針對瀘定水電站調壓室開挖支護施工技術進行總結，對類似工程具有較好的借鑑價值。
關鍵詞：長廊式調壓室中隔牆高邊牆隨層支護負壓通風
瀘定水電站引水調壓室為長廊阻抗式結構，最大開挖尺寸為260m×22 m×75.4m（長×寬×高），石方井挖近30萬m3。調壓室中部有一16m寬巖牆相隔，岩牆頂部高程為el1402.
5m，調壓室交通洞（兼通風補氣洞）與岩牆相接。岩牆將調壓室el1402.5m以下分為1#調壓室及2#調壓室。
調壓室流道斷面頂高程為el1414.40 m，非流道斷面頂高程為el1400.4m，流道與非流道頂拱高差達14m，高低拱之間採用斜拱過渡；流道底板高程為el1339 m，非流道底板高程為el1357.
42～el1350.6m。調壓室體型類似飛機翅膀造型。
調壓室上游邊牆與1#、2#引水隧洞相連，下游牆與1#～4#壓力管道相接。
調壓室為埋藏式，垂直埋深85～160m，水平埋深90～110m，調壓室位置處山體雄厚，圍岩岩性為閃長岩，岩石堅硬，岩體微風化～新鮮、部分為弱風化下段，裂隙較發育，完整性較差，頂拱、中隔牆區域性為ⅳ類圍岩，裂隙與不利結構面組合可能形成不穩定塊體，不利於頂拱及高邊牆穩定。
在傳統的調壓室（井）施工中，受施工通道、結構體型限制，多以井挖方案為主，但瀘定水電站調壓室規模巨集大，開挖支護工程量大，工期緊，如採用井挖方案，施工成本極高，也無法滿足工期進度要求。因此，採用平層開挖方案，裝置直接進入工作面將渣料直接外運勢在必行。技術人員針對如何滿足平層開挖方案展開了多方案論證研究，分別提出了三條施工支洞方案+挖除部分岩牆方案、四條施工支洞+兩次穿牆（穿中隔牆）、四條施工支洞+一次穿牆+一次拉槽降坡方案、五條施工支洞方案。
統籌考慮工期、投資、進度、洞室穩定以及混凝土施工等因素，最終決定採用四條施工支洞+一次穿牆+一次拉槽降坡方案，即布置四條施工支洞，乙個穿牆洞，1#施工支洞底板拉槽降坡、1#調壓室上游半幅開挖與底部施工通道連通的總體方案。在施工支洞布置上，均自調壓室端牆或靠近端牆的邊牆上進入調壓室，以有利於調壓室高邊牆穩定。穿牆洞使用完成後，下挖前，立即對穿牆洞實施封堵，降低因穿牆洞對中隔牆的不利影響。
根據各階段計畫施工形象面貌，調壓室施工通風分三期進行。頂層三個工作面連通以前為一期通風，頂層斜拱貫通至與底部通道貫通之間的階段為二期通風，調壓室與底部通道貫通後稱為三期通風。一期獨頭工作面施工期間，分別對1#施工支洞工作面、交通洞工作面、2#施工支洞工作面採用正壓通風，二期通風採用負壓通風，調壓室與下部壓力管道、引水隧洞及調3#、4#施工支洞貫通後，利用通道高差，低進高出，以自然通風為主，輔助負壓通風。
（1）負壓通風原理
在空間一面牆壁上的風機把室內的空氣抽出部分，導致室內空氣壓力瞬時比大氣壓小或者說比常態壓力小，此時空間的另一面（往往是安裝負壓風機的對面）開有進風口，外界空氣在大氣壓壓力下，自動進入空間。因此在空間內形成定向、穩定的氣流帶。這種通風通常稱為負壓通風。
它的特點是氣流定向、
穩定，與外界貫通而不是在空間內的內迴圈。
（2）調壓室通風理論依據及模型
二期通風利用空氣動力學原理，因進風口與出風口高差較小，可視進風口
與出風口空氣密度相等，因此可以氣體流動連性方程、質量守恆定律為理論基礎，將1#施工支洞、2#施工支洞、調壓室及通風平洞看做一管道匯流問題，通風模型如圖1所示。根據空氣動力學原理，則有：
。式中 a—為風道斷面面積；
v—對應的風道空氣流速。
（3）二期通風風道布置
利用調壓室交通洞洞身、1#施工支洞、2#施工支洞作進風風道，在2#調壓室斜拱增設連線洞與pd8探洞連通，作為出風通道。通風通道特性見表1。
表1各通風通道特性表
（4）二期通風量計算
地下洞室通風量根據施工人員所需新鮮風量、稀釋爆破氣體所需風量以及沖淡柴油裝置出渣時排放尾氣所需風量來確定。
①按爆稀釋爆破氣體計算所需風量
vs --- 調壓室通風量m3/min；
v ---調壓室容積，m3，為調壓室二期通風最大體積，為184481 m3；
t ---爆破後規定的通風時間，min，考慮30min內爆破氣體排放達到人員作業環境要求；
q --- 同時爆破的炸藥量，kg，按600kg計算；
k2--- 渦流擴散係數，因所以查施工組織手冊第五章表5-13-8得k2取0.925；
a--- 自由渦流結構係數，一般為0.06～0.10，風管取大值；
lk--- 與通風洞方向一致的調壓室長度為197m；
s--- 通風斷面積，m2，通風平洞斷面面積4m2。
得。②按施工人員所需新風量
—施工人員所需總風量（m3/s）；
—同時最多作業人數（人），開挖支護作業時作業人員最多，按高峰期30人計；
—每人需要新鮮空氣量，大斷面長隧道取3m3/min;
—施工人員所需風量高程修正係數，取1.3;
則， ③按沖淡柴油機械排煙所需風量計算
—正壓通風所需風量（m3/s）；
—高程修正係數，取1.2;
—柴油機械單位功率所需風量標準，取4.1m3/（min*kw）；
—各種內燃裝置按使用時間比例的總功率，按出渣時柴油裝置計算，按高峰時，1#、2#調壓室同時出渣，考慮2台反鏟及2臺自卸車出渣、1臺pc200反鏟注裝錨桿計算，總功率約466.4kw。
則，出渣時洞內施工管理及作業人員按20人考慮，則在q3數值上累計20人所需風量（1.3m3/s）即39.5m3/s，合2370m3/min。
3211m3/min，為該階段實際需風量3211m3/min。
根據通風量計算成果，在通風平洞即pd8探洞內布置1臺軸流風機向洞外負壓排風，置換調壓室內的汙濁空氣。利用調壓室交通洞及兩條施工支洞作為進風通道。依據氣體質量守恆定律、氣體連續性原理，將會因通風平洞內壓風機的作用，進風通道以一定的速度進風。
洞口直接排向大氣的風機阻力小，效率高，滿足要求。二期通風布置見圖示2。
通風機的主要引數有電機功率、轉速、風量、風壓等引數，本風機布置在探洞出口，直接向大氣內排風，風機執行效率高，風力阻力小，風壓要求較低；通風效果取決於通風流量，要求風量大，在滿足上述條件下，功率越低越經濟。按照上述原則，經過仔細篩選，最終選用南昌風機廠生產的 k40（c）-18型風機，排風量7.4～19.
6萬m3/min，功率僅為37kw，風量是常規軸流通風機的10餘倍，結構簡單，體積小，重量輕，不足3t，外鋼圈可以按要求加工成兩瓣，便於邊坡上運輸、安裝。
為避免氣流紊亂，在通風平洞與連線洞岔口位置設定堵頭，防止交通洞內新鮮空氣經探洞（探洞末端與交通洞貫通）直接排出，形成「短路」。調壓室交通洞等進風通道內經常性灑水，保持洞內路面濕潤，避免洞內揚塵，「被吸入」調壓室。錨索鑽機造孔過程中，利用高壓水在孔口實施噴淋，降低錨索鑽孔過程中的粉塵。
爆破後，對工作面進行灑水降塵。
實施負壓通風後，各進風通道內進風明顯，出風通道排風量較大，調壓室內空氣滿足施工要求，極大的改善了作業環境，節約了通風成本，達到了預期目的。
頂層開挖分層一般統籌考慮施工通道布置以及長錨桿施工等因素。邊牆錨索工程量大，施工工序多，技術要求高，施工強度高，成為制約調壓室下層開挖支護施工進度最主要的施工專案。因此，下層除考慮施工通道布置外，盡可能結合錨索分層，利用開挖分層底板完成錨索造孔、下索、注漿等工序，後續張拉、自由段灌漿及封錨等工序可採用反鏟安裝操作平台配合人工進行，以減少施工錨索腳手架，加快施工進度。
此外，開挖分層高度充分考慮鑽爆、支護造孔裝置能力，以及裝置鑽孔有效高度，便於發揮裝置效率。為利於高邊牆穩定，控制高邊牆變形，盡可能採用薄層開挖，薄層支護。按照上述原則，自上而下共分ⅸ層開挖支護，其中頂層分層高度為9.
4m，最大開挖分層為10.6m，下層分層高度與錨索分層一致，按6m分層。開挖分層布置見圖3。
頂層採用手風鑽造孔，周邊光面爆破，為加快施工進度，頂層採用左右半幅開挖方式，左右半幅前後錯距開挖，跟進支護，確保頂拱穩定，正常迴圈排炮進尺控制在3.0m左右，不良地質段排炮進尺按1.5～2.
0m控制。調壓室頂層端牆部位採用手風鑽雙向光面爆破，以控制端牆與邊牆及頂拱相交部位的體型。
下層採用液壓潛孔鑽垂直拉槽梯段爆破，周邊預留保護層，手風鑽水平造孔，光面爆破，正常迴圈梯段爆破排炮進尺4～6m，保護層開挖正常迴圈排炮進尺4.0m。中隔牆兩側預留保護層手風鑽光面爆破。
施工支洞、壓力管道、引水隧洞與高邊牆相貫部位，均採用先洞後牆方案，在高邊牆下挖前進入調壓室，並完成相貫部位加強支護。引水隧洞末端為25m圓變方漸變段，高邊牆底部為方形斷面，跨度達19.3m，原設計採用徑向錨索加強支護，後建議相關方面按照圓變城門洞型斷面開挖，高邊牆底部適當起拱，通過加強錨桿支護確保了洞室穩定。
頂拱支護緊跟開挖工作面。頂拱錨桿採用三臂鑿岩台車造孔，人工配合反鏟注裝。斜拱部位緩傾角裂隙發育，為確保頂拱穩定，增加12m預應力錨桿加強支護，採用鑿岩台車造孔，錨固段採用錨固槍注裝早強型錨固劑，杆體採用9m+3m鋼筋製作，套筒接長，錨固段終凝後，採用扭力扳手張拉，自由段安裝注漿管，張拉後注漿。
噴鋼纖維混凝土由拌和站集中拌料，攪拌車運至現場，麥斯特噴車施噴。
下層按照「薄層開挖、隨層支護」的總體思路，開挖一層，支護一層，上層相應部位支護完成後，再開挖下一層，在長度方向上，上層支護與下層開挖適當搭接，前後形成台階作業，縮短直線工期。邊牆淺層支護主要為6m、9m砂漿錨桿，錨桿採用古河液壓潛孔鑽造孔，簡易平台車配合人工安裝錨桿，鋼纖維混凝土採用麥斯特噴車、小型溼噴機施噴。深層支護主要為全長粘結性預應力錨索，分端頭錨索與對穿錨索，採用鋼墊板替代鋼筋混凝土錨墩，鋼墊板與岩面之間採用鋼纖維混凝土找平，邊牆襯砌部位，採用噴鋼纖維混凝土替代封錨。
開挖分層較每層錨索低0.5m，開挖到位後，只搭設簡單的腳手架即可進行錨索鑽孔作業，極大的加快了施工進度，節約了施工成本。採用mg-60型錨固鑽機造孔，在就近的施工支洞內搭設作業平台編索，人工轉運至作業面，採用布袋子止漿工藝，注漿7天後即可實施張拉，採用ydc240q型千斤頂單根迴圈分級預緊，ycw250b型千斤頂整體分級張拉，ovm錨具鎖定。
起初，因錨固段較長，張拉伸長量較小，鎖定後錨固力損失較大，後經與各方協商研究，適當縮短了錨固段長度，錨固力損失符合規範要求。通過採取上述措施，在實際施工過程中，在開挖下層前，完成了上層相應部位所有淺層、深層支護，包括錨索張拉封錨等作業，有利於控制高邊牆變形。
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