老挝会兰庞雅水电站发电水道布置方案探讨

时间：2024-07-28

张华

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

老挝会兰庞雅水电站发电水道布置方案探讨

张华

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

本文阐述了老挝会兰庞雅水电站发电水道系统“埋管”和“埋管+明管”两种布置方案，分析了两种布置方案的工期和优缺点，在综合考虑了项目履约优先和发电分成两大决定性因素后，最终选择了“埋管+明管”布置方案，为老挝会兰庞雅工程提前发电奠定了基础。

会兰庞雅水电站布置方案分析

1 概述

老挝会兰庞雅水电站位于老挝南部的会兰庞雅河上，采用引水式发电，最大水头约610m，发电厂房内装2台涡轮式发电机组，总装机容量88MW。

本工程水道最初采用的是“埋管”方案，该方案是根据日本人提供的资料经过比选分析确定的。工程开工后，工程设计、施工技术人员和专家进驻工区，进行了为期3个月的详细调查，调查内容包括工区的地形地貌、工程地质条件、气象水文资料和施工条件等。根据现场查勘结果，水道系统下平洞Ⅳ、Ⅴ类围岩过半且交替分布，施工过程中将不得不采用“短进尺、多循环、一掘一支”的施工方案，加之洞线长而断面小，施工干扰大，施工布置困难，施工工期无法保证。经设计比较和专家论证，水道由“埋管”方案改为“埋管+明管”方案。方案修改后工程投资虽然增加约480万美元，但工期可缩短10个月，在减少工程管理费用的同时，还可以使业主提前发电分成，为公司创造额外的利润。

本文将对两种布置方案及其工期进行分析，对方案优缺点进行探讨。

2 “埋管”方案

2.1 “埋管”方案简述

“埋管”方案的引水系统由岸边塔式进水口、上平洞、调压井、上竖井、中平洞、下竖井和下平洞等组成，全长6964.4m，竖井高度561m(上段竖井290m，下段竖井271m)，其发电引水流量为19.38m3/s。其中，进水口段长21.4m，底板高程789.5m，设有拦污栅1孔，孔口尺寸6.5m×4.3m(B×H)，平板事故闸门及检修闸门各一扇，孔口尺寸为2.8m×2.8m(B×H)。调压井前的上平洞段为马蹄形断面，洞径2.40m，长1910m。下平洞混凝土衬砌隧洞段及竖井为圆形断面，包括上段竖井及中平洞，洞径均为2.4m，长1560m。钢衬压力管道段包括下段竖井及下平洞(主管段)，起始桩号为引2+531.4m，洞径为2.0m，长4175m。压力钢管采用一管两机的供水方式，主管直径2.0m，为Y型月牙肋岔管，分岔角80°，支管直径1.4m。主管段长3836.5m，支管段长33.5m。

2.2 “埋管”方案工期分析

引水隧洞下平洞为本工程进度的控制性项目，根据隧洞和竖井的布置，分别在下平洞和中平洞布置一条施工支洞以加快施工工期，要求第二年6月前完成两条施工支洞的施工。第一年11月初从厂房出口处开始进行引水隧洞下平洞石方洞挖，待施工支洞完成后可从三个工作面加快隧洞工程施工。第4年3月底完成隧洞下平洞和竖井的石方洞挖，石方洞挖月平均进尺为80m/月，洞挖月平均强度为2400m3/月。由于施工支洞到厂房出口的隧洞下平洞部分于第3年4月底就完成了洞挖，所以该段隧洞可从第3年5月初开始隧洞钢衬，第4年4月初隧洞下平洞其余部分和竖井开始混凝土衬砌，月平均进尺80m/月，月平均强度1100m3/月。第5年7月底完成全部引水隧洞工程，第5年8月底完成施工支洞的封堵。

综上所述，“埋管”方案所需工期为50个月。

2.3 “埋管”方案优缺点分析

采用“埋管”方案，隧洞长度约为7km，虽然不受雨季影响可全年施工，但由于工作面有限，隧洞长且断面小，洞内施工干扰大，在遇不良地质条件时还须放慢施工进度，加强支护以确保安全。

2.3.1 优点分析

2.3.1.1 埋管可考虑围岩分担承载力，较明管可采用较小厚度的钢内衬，节约投资。经计算，洞内埋管钢衬最大厚度为28mm，而换作明钢管，钢衬最大厚度要达到38mm，初步估算可节约钢材1628t。

2.3.1.2 本项目最大静水头约610m，采用“埋管”方案结构安全余度较高，运行维护简单，钢衬工程量具备进一步优化的条件。洞内混凝土及钢衬受到围岩约束，难以产生破坏结构的位移，围岩能承受大部分的反作用力，使得洞内结构自身的强度和抵抗变形的能力都得到加强，只要不发生气蚀破坏和开裂，洞内结构即是安全的，因而安全余度较高。

2.3.1.3 洞内施工基本不受雨季影响。本工程地处东南亚半岛的热带雨林区，属典型的西南季风气候，干湿季分明，每年的4月至10月为雨季，11月至次年3月为旱季，雨季降雨连续、强度大。根据该地区类似工程的施工经验，一般项目和非关键线路上主体工程的露天作业，一般都应避开雨季施工，以减少设备磨损，降低管理费用。但是雨季对洞内施工项目的影响很小，洞内可保持连续施工，这对“埋管”方案来说是有利的。

2.3.1.4 对环境破坏小。洞内作业都是在地下进行，无需破坏地面植被，土石方工程量较小，对周围居民的影响也可以降到最低，这与老挝政府前期批准的环境影响评估报告是相一致的。

2.3.2 缺点分析

2.3.2.1 “埋管”方案需在上平洞、中平洞和下平洞各设1个施工支洞，辅助工程费用较高。为满足施工需要、保证工程进度，设置相应的施工支洞是必要的，但是由于隧洞穿越Bolaven高原的最高峰，山体厚度较大地势较为平缓，没有理想的用于布置较短施工支洞的地形条件。施工支洞的长度至少都在700m以上，其中上平洞和中平洞施工支洞各长约700m，下平洞施工支洞长约1.1km，辅助工程费用较高。

2.3.2.2 “埋管”方案洞内施工，工序间相互干扰大，对施工技术能力和管理协调能力的要求都非常高。由于隧洞长达7km，且开挖断面较小(约10m2)，洞内工作面难以展开，洞内施工布置和通风排烟都较为困难，工序间的相互干扰也较大，要求对洞内施工进行详细的安排，制定互不影响的工序循环作业表，并严格执行。这对施工人员的施工技术素养和管理协调能力都提出了很高的要求，万一施工管理不力，可能造成工期滞后，导致合同违约而承受巨额合同罚款的后果，给公司造成损失。

2.3.2.3 上、下两个竖井高度均接近300m，但竖井开挖洞径仅3.8m，采用反井钻机施工，成孔精度要求高，钻孔偏移的概率较大，一旦偏移将没有很好的处理办法。重新钻孔是其唯一选择，不但不经济，对工程进度的影响也很大。同时，300m高的竖井，在如此狭小的空间内施工，交通和运输也是一个很大的难题，存在较大的安全隐患。

2.3.2.4 引水隧洞洞线较长，隧洞埋深深浅不一，根据日本人提供的地质资料，一半以上的围岩类别都在Ⅳ～Ⅴ类，不利的地质条件对工程投资和施工进度都有影响。如遇不利地质条件，为确保洞内施工安全，将采用“短进尺、多循环、一掘一支”的施工方法，洞内临时支护需加强，增加工程投资。

3 “埋管+明管”方案分析

3.1 “埋管+明管”方案简述

引水系统由岸边塔式进水口、上平洞、调压井、压力管道(包括明管、埋管和竖井)、岔管、支管等组成，全长约6.6km，发电引水流量为19.38m3/s。其中，进水口段长16.10m，底板高程789.5m，设有拦污栅1孔，孔口尺寸6.5m×4.3m(B×H)，平板事故闸门一扇，孔口尺寸为2.8m×2.8m(B×H)。调压井前的上平洞段为马蹄形断面，钢筋混凝土衬砌，洞径2.40m，长2470m。调压井后上平洞长128.0m，其后紧接高压明管段起点，明管直径2.0m，长2134.2m。明管后通过90m高的竖井与埋管段连接，竖井和埋管为圆形断面，采用钢衬外包混凝土的衬砌方式，洞径均为2.0m，埋管长1696.5m。压力管道采用一管两机的供水方式，主管直径为2.0m，采用Y型月牙肋岔管，分岔角为80°，支管直径为1.4m，长33.5m。调压井与明管起点之间设置蝶阀。

3.2 “埋管+明管”方案工期分析

上平洞在明管侧出头，下平洞长度减少至1.7km(减少了2.9km)，上平洞(长度为2.6km)成了本工程的关键线路。

改为“埋管+明管”方案后，上平洞段取消了所有的施工支洞，上平洞从进出口两个工作面同时掘进，下平洞从厂房侧掘进，明管部位在旱季集中资源多工作面施工。

上平洞长度2.6km，两个工作面施工，按洞挖支护月进尺80m，需16个月；混凝土浇筑月进尺60m，需21个月；考虑工序衔接和适当的预留工期，总工期40个月。下平洞1.7km，一个工作面施工，按洞挖支护月进尺80m，需21个月；钢衬安装月进尺150m，需12个月；考虑工序衔接和适当的预留工期，总工期约需35个月。

综上，“埋管+明管”布置方案所需总工期约40个月，比原来“埋管”方案(所需工期约50个月)工期节省了10个月。

3.3 “埋管+明管”方案分析

“明管+埋管”方案与“埋管”方案主要区别，“明管+埋管”方案在引水隧洞上平洞末端直接出洞，沿坡面敷设2134.2m长压力钢管，而后受地形条件限制，再次采用90m竖井与埋管段连接。该埋管段及之后结构与地下“埋管”方案相同。

3.3.1 优点分析

3.3.1.1 无需布置施工支洞，地下工程量少，施工措施简单，工期易保障。由于隧洞长度大大缩短，中段隧道改为明管段，洞内工程量相对“埋管”方案大大减小，不需要布置施工支洞也能满足工期要求。

3.3.1.2 洞室工程量减小，施工难度降低。较“埋管”方案，“埋管+明管”方案的竖井高度减少约470m，现有竖井高度仅为90m，钻孔精度容易保证，垂直运输高度大大减小，安全隐患大大降低。

3.3.1.3 由于隧洞长度的减小和施工通道的增加，隧洞施工工期可明显缩短。经计算，工期较地下“埋管”方案缩短约10个月，可减少项目管理相关费用，并可从提前发电中进一步获取收益。

3.3.2 缺点分析

3.3.2.1 较“埋管”方案，“明管+埋管”方案估算工程投资增加480.72万美元(见表1)。

表1 引水系统方案比较投资汇总单位：美元

3.3.2.2 明钢管受力明确，结构安全储备余度较埋管小，易受地表不良地质条件影响，抗震安全余度较埋管小，钢结构运行维护工程量大，钢衬制造安装量较明钢管多1627t，施工受雨季的影响较大。另外，由于明管施工为露天作业，连续的雨季基本不能施工，需考虑集中优势资源在旱季完成受雨季影响较大的项目。

3.3.2.3 施工需清除地表长约2.10km管线及进场道路两侧的植被，环境影响较大；并需关注是否有影响相关自然保护区的问题。方案与老挝政府前期批准环境影响评估报告方案不一致，且增加业主EDL负责的环境影响的处理及征地投资。相关方案环境问题，需进一步关注是否需老挝政府相关部门重新审批，以及对本工程建设程序的影响。