浅谈水电站引水隧洞地热处理措施

 　摘要：本文主要论述了水电站引水随动地热相关处理措施，从引水隧洞的环境和施工布置及安全措施等进行分析，并提出相关的处理措施。 

　　关键词：水电站 引水隧洞地热处理 安全措施 

　　中图分类号：[TM622]文献标识码： A 文章编号： 

　　1、工程概述 

　　我局主要承担四川乡城水电站首部枢纽工程合同项目的施工，其中包括引水隧洞S0+000~S3+600（全长3600m）段的施工等。洞身开挖断面为马蹄形断面，过流断面为圆形，采用钢筋混凝土衬砌及喷混凝土衬砌两种衬砌型式，混凝土衬砌厚度：30cm、40cm、50cm三种，纵坡i=0.0026，内径为6.0m、7.8m；该引水隧洞洞段共分三个工作面施工。由于该引水隧洞洞身较长，工作量较大，工期紧张，因而隧洞开挖、隧洞衬砌与灌浆作业存在平行交叉作业的重叠施工时段。引水隧洞S3+600以前段因洞内温度高、渗水量大等原因，严重影响了我部工程进度。为改善洞内施工环境，提高工作效率，特制定本方案。 

　　2、地质描述 

　　（1）地质概况 

　　引水隧洞沿线为构造剥蚀类型的高原高山区，山体地形多以条形山为主，海拔高程约3500~4830m。进水口至尚拥村，地面为一宽缓的阶地，地势相对平缓，坡度较小，地表高程在3000~3050m左右，隧洞上覆岩体厚度一般为50~100m。尚拥村至水洼村，山势较高，起伏变化大，山体坡度较大，一般在40~60°，坡顶平缓处为冰水堆积阶地，引水隧洞上覆岩体厚度绝大部分在100m之上，最大厚度达400m。引水线路分布2条区域性断层，分别为乡城断层（F50）和雨洼断层（F51），小断层以近南北向断裂为主，少量为北西向。隧洞区地下水主要为基岩裂隙水和构造裂隙水。沿洞线冲沟发育，多常年流水，绝大部分隧洞处于地下水位之下。 

　　进水口洞脸岩体岩性为板岩夹砂岩，局部有炭质板岩，岩体强~弱风化，裂隙较发育，且上覆岩体较单薄，洞轴线与岩层走向夹角较小，对围岩稳定不利，需做好支护措施。洞身段大部份为IV~V类围岩，其岩性多为炭质板岩与泥质板岩，节里发育，裂隙密集，岩石非常破碎。在施工中应采取可靠的施工工艺并进行监测、支护，以满足围岩稳定和变形要求。 

　　（2）地热成因 

　　引水隧洞沿线物理地质现象较发育，分布高程较高。除风化、卸荷外，主要以坍滑、泥石流、冻土及冰冻为主。我局所施工的引水隧洞首部（S0+000~S3+600）因一些特殊的地质因素，该洞段存在地热现象。业主在招标时未考虑到此类不良地质因素的存在，使我局目前的施工难度较大。据相关资料可查，地热形成原因为： 

　　地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能，地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃～1300℃。地球可以看作是半径约为6370km的实心球体。地球的构造主要分为三层：地球的外表是“地壳”，它的厚度各处很不均一，由几千米到70km不等。地壳的下面即中间层也叫“地幔”，它主要是由熔融状态的岩浆构成，厚度约为2900km。地壳的内部相当于蛋黄的部分叫做“地核”，地核又分为外地核和内地核。 

　　3、隧洞施工环境 

　　引水隧洞Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段均采用手风钻在架子台车上钻爆全断面开挖成型，周边采用光面爆破控制，爆破石渣采用2.2m3侧卸装载机装10t自卸汽车运到指定渣场。出渣完毕后，用CAT320反铲处理工作面安全，并清除掌子面下部残渣，为下一循环的开挖创造条件。隧洞通道底部垫渣采用CAT320反铲（1m3）装10t自卸汽车运到指定渣场。洞身混凝土用钢模台车进行浇筑，由拌和系统集中拌制，6m3混凝土搅拌运输车水平运输，HBT-60混凝土输送泵泵送入仓。 

　　引水隧洞S0+000~S3+600段由于特殊地质条件，如地热及地下水丰富等因素，使隧洞的施工难度增大，施工效率降低，施工成本增高。由于隧洞围岩地热的存在，地下水的温度也随之增高。据温度计实测，隧洞开挖掌子面顶拱处温度50℃，掌子面下部温度47℃，洞身地下水平均温度43℃，1#施工支洞洞口温度38℃。根据能量守恒定律，隧洞内环境温度也相应上升，洞内环境温度平均在45℃左右；再加之乡城电站海拔约3000m的特殊地理坏境条件，严重影响我部工作效率。隧洞内施工人员与设备在此环境下施工，设备利用率大大降低，施工效率大大减损。另外，由于地热的存在，炭质板岩变得非常破碎，隧洞塌方的频率增高。 

　　为此，为增强施工效率，提高施工质量，加快施工进度，我局拟采取增设通风井、增设隧洞风机、增设喷雾机与制冷机，同时增加排水设备等措施来满足隧洞施工需要。 

　　4、道路布置 

　　除现有施工道路外，1#、2#通风竖井施工需新增2条施工便道，便道宽4m，S1便道长约345m，S2便道长约430m，两条便道长约780m，便道开挖方量按实计。 

　　5、施工通风 

　　引水隧洞以压入式通风为主，通风机采用SDF-NO11（2×75kw）隧道施工专用对旋轴流通风机，通风管采用硬质风管。 

　　主风机（2×75kw）布置在1#施工支洞进口，进入引水隧洞后，通风管沿引水隧洞引水隧洞每延伸300m左右距离即设置1台风机（2×55kw）与前面的风机进行接力通风，以保证风速和风压不低于施工通风散烟的要求。 

　　6、施工排水 

　　（1）第一施工段 

　　引水隧洞洞口高程为2917.50m， S0+1000.00处高程为2915.5m，比引水隧洞洞口低2.00m，S0+024.85~S0+1000.00段需水泵排水。 

　　在S0+050桩号布置20m3水箱一个，配置1台37kw水泵。沿隧洞左侧布置φ150钢管，用15kw潜水泵将工作面积水抽到水箱内集中，然后再用37kw水泵水泵排到洞外。 

　　（2）第二施工段 

　　1#施工支洞洞口高程为2928m，与主洞交叉点高程2912.086m，高差15.9m，而S0+1000桩号点高程2915.50m ，由于1#施工支洞上游工作面是顺坡开挖，地下水及施工废水可通过排水沟或在底部垫渣下面埋设φ150钢管自流流至交叉口集水井中，然后用15kw潜水泵将自流到交叉点的积水抽到集水箱（20m3）中。在集水箱处配置2台55kw水泵，沿1#支洞右侧布置φ150钢管，然后再通过两台55KW的水泵排到洞外。 

　　（3）第三施工段 

　　S2+162.245~S3+600.00施工段，在S2+162.245桩号布置20m3水箱一个，配置两台55kw水泵，沿1#支洞右侧布置φ150钢管。工作面附近的积水通过15kw潜水泵抽到集水箱中，然后用两台55kw水泵排到洞外。 

　　7、安全保证措施 

　　杜绝各类重大事故，施工死亡事故为零，职业病发病率为零，重伤事故控制在0.6‰ ，轻伤事故控制在2‰ 。不发生重大人身伤亡事故；不发生重大施工机械设备损坏事故；不发生重大火灾事故；不发生负同等级及以上责任的重大交通事故。 

　　针对本工程的安全管理，我局将严格贯彻执行党和国家有关职业健康安全生产方针、政策，认真贯彻执行《安全生产法》，以及我局《安全生产管理方法》，坚持“安全第一，预防为主，防管结合”。