五强溪水电站扩机工程引水系统爆破开挖施工组织设计开题报告

全文总字数：5529字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着科技的进步及经济的快速发展，已有水电站对水力资源的利用程度相对落后，在这种情况下，扩机工程建设成为许多水电站改善对水力资源利用的一种途径。水电站的扩机工程是在不影响其原电站正常工作的条件下，通过人工开挖新的水道，并在之基础上设立水力发电系统来提高水电站对水力的利用效率的一种工程。引水系统作为水电站扩机工程的一个重要组成部分，是本文需要进行探讨的对象。

扩机工程的引水系统一般由进水口、引水隧洞、调压室和压力管道等水工结构组成。在整个引水系统的设计施工中，进水口围堰设计施工、引水隧洞施工和进水口围堰的拆除等又是其重点和难点。

首先，对于进水口围堰的的设计，由于水库运行水位不考虑扩机工程的需求，使得扩机工程的施工水位较高，进而在一定程度上增加了进水口围堰设计施工的难度^[1]。在水电站扩机工程进水口围堰堰型的选择方面，国内外的许多扩机工程多采用预留岩坎 围堰的方案。预留岩坎的施工方法大大缩小了围堰所需的规模和减少了防渗工程的工作量，让扩机工程能更早的进入进水口基坑和引水隧洞的开挖。在进水口边坡施工开始前需要进行水下原始地形测量，以确定水下地形、地貌和岩性等地质条件情况，为岩坎的防渗施工和拆除阶段钻孔施工提供依据。考虑到预留岩坎岩层风化及产状带来的不利影响，工程一般会采取采取灌浆和设锚等方法提高预留岩坎的防渗性能和稳定性。在预留岩坎围堰带来许多好处的同时，它也大大增加了进水口围堰拆除的难度。对于岩坎上方的围堰，许多扩机工程采用土石围堰或者混凝土围堰这两者之一。两者相对比，土石围堰具有更易于施工和更加经济的优点，但它的防渗性能和稳定性不如混凝土围堰。同时，混凝土围堰具有更加小的占地范围，这使得混凝土围堰有更好的适应性^[1]。进水口围堰的安全稳定是扩机工程引水系统能顺利施工的基础，所以对于围堰的防渗性能和稳定性能都需要经过严密的设计计算。

引水隧洞的开挖也是扩机工程的难点之一。根据不同的地质情况和设计要点, 不同的工程需要选择不同的开挖方式保证施工质量和安全。关于引水隧洞的开挖施工技术，比较常用的开挖方法有钻爆法、盾构法等。由于钻爆法对地质条件适应性强，开挖成本低，是目前国内外常用的隧道开挖方法。在钻爆法中，全断面开挖法、台阶开挖法和分部开挖法是较为常用的三种方案。在采用钻爆法对扩机工程引水隧道进行开挖时，除了要考虑地质条件、隧道形状与规模等因素外，还要考虑其对原水库的影响，例如爆破对大坝防渗帷幕等保护对象的扰动。一些工程在进行爆破方案的设计时，根据地质条件和隧道到一些保护对象的距离将隧道分段，在不同区段调整和校核爆破的各项数据来减小产生的扰动，以达到工程的要求。此外，对于一些具有技术难度高、埋深大、洞线长以及沿线地质灾害突出等特点的引水隧洞，快速安全的tbm施工方法是一个很好的选择^[7]。

2. 研究的基本内容与方案

五强溪水电站位于沅水干流中下游，湖南省怀化市沅陵县境内，是以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益的一等大(1)型工程。五强溪水电站扩机工程主要利用五强溪水库调节能力及夏季较丰的来水，提高水力资源的利用程度，增加发电量，更好地发挥调峰能力，为电网提供调峰容量。五强溪水电站扩机工程布置于大坝右岸。设计内容主要根据五强溪水电站扩机工程布置及地质条件，充分考虑相邻现有电站枢纽的环境要求，进行引水系统工程的爆破开挖施工组织设计。

进水口围堰拟采用进水口预留岩坎 混凝土围堰挡水方式。五强溪水电站水库设计正常蓄水位108.00m，汛期防洪限制水位98.00m，死水位90.00m。预留岩坎 混凝土围堰建筑物级别设为4级，洪水设计标准取全年10年一遇，相应设计挡水水位108.00m。设计主要包括进水口施工围堰的布置、预留岩埂进行加固及防渗处理、进水口预留岩坎及混凝土围堰的控制爆破拆除设计。进水口采用岸塔式进水口，布置于大坝右岸上游，距离大坝直线最小距离约80.0m，进水口塔体尺寸为79.0m×21.0m×49.0m(长×宽×高)。对于进水口基坑及边坡开挖，为了避免岩体开挖梯段爆破抵抗线的后冲向正对预留岩坎，需要调整开挖面的平面布置及其推进方向，选择合理的开挖程序和预裂爆破实施时机。进水口边坡和基坑都采用至上而下、分层开挖的施工程序。在平面上，边坡爆破开挖推进方向宜为背离大坝方向，以降低爆破振动对大坝、防渗帷幕和溢流坝闸门等保护对象的影响。在基坑开挖中，为降低爆破开挖对预留岩坎的扰动，需要采用合理的最大单响药量控制标准及爆破振动安全控制标准。爆破方式拟采用深孔台阶爆破，边壁欲裂的方案。

引水隧洞沿大坝右岸山脊布置，距离大坝右岸坝肩最小距离约100m，隧洞断面为圆形，隧道开挖直径根据岩石类别分为14.02m及14.5m，压力钢管段开挖直径13.5m。引水隧洞拟采用上下分层开挖法^[6]。为降低引水隧洞开挖对大坝防渗帷幕等保护对象的扰动，建议将引水隧洞的爆破开挖进行分区，在离引水隧洞近的区段通过缩短爆破进尺等方案减小扰动。支护方法采用锚杆、喷混凝土和挂钢筋网的联合支护方式^[18]。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，熟悉设计所需的设计技术资料，确定设计基本方案，完成开题报告。

第4-5周：按照设计任务书的要求完成引水系统工程爆破开挖总体方案的设计。

第6-8周：完成引水隧洞的爆破开挖及支护设计。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 齐正斌.老挝南俄1水电站扩机工程进水口围堰设计研究[j].水电与新能源，2018，(9）：31-34.

[2] 齐正斌，李光华，姚东，赵小华.老挝南俄1水电站扩机工程施工爆破方案研究[j].水电与新能源，2017，(155）：23-28.

[3]杨人河，孙朝斌，陈振华.水电站扩机工程进水口岩坎爆破施工技术[j].福建建材，2019,(12):80-82.