1、引言

　　水電工程施工地質(zhì)工作，是電站建設(shè)現(xiàn)場設(shè)計(jì)代表工作的重要組成部分。由于水電建設(shè)前期的地質(zhì)勘探和試驗(yàn)工作，都客觀地存在著不同程度的局限性和片面性，特別是勘探試驗(yàn)投入較少的中小型電站。因此，為了充分估價(jià)電站站址可能存在的各種不利地質(zhì)因素，前期地質(zhì)人員，無論在宏觀工程地質(zhì)評價(jià)，或微觀巖體分級、參數(shù)選取時(shí)，一般都要從難考慮，留有相當(dāng)?shù)陌踩�余度，以減少設(shè)計(jì)的盲目性和施工的冒險(xiǎn)性。所以，到了施工階段，開挖揭示出來的實(shí)際地質(zhì)情況，多半要比前期預(yù)測為好。故在我國水電建設(shè)資金尚不充裕的當(dāng)前，施工地質(zhì)人員能否從工程需要出發(fā)，在跟蹤施工工地編錄地質(zhì)資料的同時(shí)，敏銳地做出合理的最終地質(zhì)鑒定，并及時(shí)反饋修正巖體類別與地質(zhì)參數(shù)，為現(xiàn)場修改、優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的計(jì)算依據(jù)，乃是在電站建設(shè)期，能否節(jié)約工程投資的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

　　本文闡述的銅鐘電站施工地質(zhì)鑒定與優(yōu)化設(shè)計(jì)成果，即是一個(gè)很好的例證。

　　2、工程簡介

　　銅鐘電站位于四川阿壩藏羌自治州茂縣境內(nèi)（見圖1），是岷江干流上繼映秀灣、太平驛之后新建的第三座閘壩引水式電站。閘壩高26.7m，引水線路總長1495m，包括上引水隧洞594m（Ф=7.5m），管橋210m（Ф=6m），下引水隧洞691（Ф=7.5m）（見圖2）。引用流量162m³/s，設(shè)計(jì)水頭36m，裝機(jī)容量51MW.因保留區(qū)內(nèi)原建的南新無壩引水電站，裝機(jī)9.6MW；又在閘后增建一座南新二級消能電站，裝機(jī)6MW.本梯級總裝機(jī)容量66.6MW，年總發(fā)電量4.26億kW.h.

　　3、銅鐘電站施工地質(zhì)鑒定與優(yōu)化設(shè)計(jì)成效

　　3.1閘壩基礎(chǔ)防滲墻設(shè)計(jì)優(yōu)化

　　銅鐘電站與其下游的太平驛電站同屬軟基建壩，河床覆蓋層結(jié)構(gòu)亦與太平驛電站類似偏優(yōu)，詳見表1.

　　表1太平驛電站、銅鐘電站兩閘基軟層結(jié)構(gòu)比較表

　　表1可見兩閘基地層結(jié)構(gòu)基本一致。alQ4層開挖時(shí)，有水滲入基坑，深挖在fglQ3層內(nèi)，反而成無水干坑，可見fglQ3層的相對隔水性能，故太平驛閘基采用了簡單的水平鋪蓋防滲，效果很好。而銅鐘閘基，由于沒有使用該閘基下部滲流控制層fglQ3的允許坡降建議值0.3～0.4，只使用了該閘基上部非滲流控制層alQ4層的允許坡降值0.12，設(shè)計(jì)的是深達(dá)46m的垂直混凝土防滲墻，顯然二者造價(jià)懸殊。為進(jìn)一步論證使用參數(shù)的合理性，施工期特在基坑滲控層fglQ3中采樣做了兩組大型現(xiàn)場滲流變形試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見表2.根椐

　　表2銅鐘電站閘基fglQ3層原狀土現(xiàn)場管涌試驗(yàn)成果表

　　試驗(yàn)資料，地質(zhì)、設(shè)計(jì)人員研究選用了0.32作為fglQ3層的允許坡降值，進(jìn)行重新計(jì)算。遂將正在緊張施工的防滲墻底板高程1412m～1416m，修改為1425m～1430m，整體提高了13～14m.修改后的防滲墻（詳見圖3）既確保封閉了強(qiáng)透水a(chǎn)lQ4層，且嵌入了相對隔水層fglQ3層5m-10m。削減了混凝土防滲墻2533㎡。（原設(shè)計(jì)防滲墻面積8538㎡，修改后為5830㎡，減去深部已成墻175㎡，合同單價(jià)1107.39元／㎡）節(jié)約工程投資280.50萬元�？s短工期至少一個(gè)月，還解決了當(dāng)年安全渡汛的難題。

　　3.2引水隧洞支護(hù)優(yōu)化

　　3.2.1取消臨時(shí)性支護(hù)

　　原設(shè)計(jì)引水隧洞3/4斷面需全噴混凝土臨時(shí)性支護(hù)，其中Ⅳ、Ⅴ類圍巖還要求錨桿加掛網(wǎng)噴混凝土。經(jīng)過上引水隧洞百米洞段地質(zhì)編錄分析認(rèn)為，構(gòu)成本隧洞的結(jié)晶灰?guī)r、千枚巖雖具薄層狀結(jié)構(gòu)，但層間結(jié)合力強(qiáng)，圍巖自穩(wěn)能力較好。故研究決定：取消全面臨時(shí)性支護(hù)，只要求對洞口風(fēng)化卸荷帶Ⅳ、Ⅴ類圍巖段，進(jìn)行及時(shí)的永久性襯砌。由此減少：巖石洞挖2852m3（合同單價(jià)111.92元／m³），噴混凝土2852m³（合同單價(jià)477元／m3），錨桿2873根（合同單價(jià)71元／根），鋼筋網(wǎng)15t（合同單價(jià)3928.49元／t），共節(jié)約支護(hù)費(fèi)用194.25萬元。

　　3.2.2永久性襯護(hù)優(yōu)化

　　上下引水隧洞開挖后，因深部圍巖結(jié)構(gòu)面不發(fā)育且多閉合，又無地下水活動，故復(fù)核鑒定圍巖等級普遍提高，各類圍巖實(shí)際長度、比例與前期預(yù)測比較如表3.修正后圍巖類別：Ⅴ類減少139m（鋼筋1.315t/m），

　　表3引水隧洞圍巖類別修正前后長度、比例比較表

　�、纛悳p少454m（鋼筋1.171t/m），Ⅲ類增加293m（鋼筋0.925t/m），Ⅱ類增加300m（鋼筋0.544t/m），優(yōu)化設(shè)計(jì)后減少鋼筋280.19t（合同單價(jià)3928.49元／t），節(jié)省鋼材及其制安費(fèi)110.07萬元。

　　3.3調(diào)壓室支護(hù)優(yōu)化

　　3.3.1取消頂拱臨時(shí)性支護(hù)

　　調(diào)壓室長70m，寬10m，高27m.半圓形頂拱1/2斷面開挖后，無掉塊現(xiàn)象，圍巖鑒定屬Ⅲ類偏好，故建議取消原設(shè)計(jì)的掛網(wǎng)噴混凝土臨時(shí)支護(hù)，并削減錨桿深度。設(shè)計(jì)采納后，減少：洞挖282m³，噴混凝土282m³，鋼筋網(wǎng)5.65t，錨桿686根長5m改為4m，（價(jià)差22元/根），共節(jié)約資金20.34萬元。

　　3.3.2削減邊墻錨桿及噴混凝土

　　因布置窄長調(diào)壓室時(shí)，已考慮使其軸線垂直陡立巖層走向，邊墻自穩(wěn)能力較頂拱更強(qiáng)，加之錨桿平行巖層層面布設(shè)作用不大，故地質(zhì)人員建議取消錨桿及噴混凝土。經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)三方會議研究，采取了削減錨桿長度及噴混凝土厚度的方案：改噴混凝土20cm為10cm，減少洞挖381.5m³，噴混凝土381.5m³；將原設(shè)計(jì)的8m錨桿588根、10m錨桿686根，全修改為4m錨桿（差價(jià)：8m錨桿88元/根；10m錨桿，132元/根）共節(jié)約資金36.70萬元。

　　3.4壓力管道臨時(shí)性支護(hù)優(yōu)化

　　經(jīng)地質(zhì)編錄認(rèn)為，壓力管道除洞口Ⅳ、Ⅴ類圍巖段，須噴混凝土、隨機(jī)錨桿外，其余Ⅲ類圍巖自穩(wěn)能力尚佳，無掉塊現(xiàn)象，臨時(shí)性支護(hù)可以取消。設(shè)計(jì)修改后減少：洞挖293m³，噴混凝土293m³，錨桿85根（合同單價(jià)71元/根），掛網(wǎng)4.44t，節(jié)省費(fèi)用19.60萬元。

　　3.5引水系統(tǒng)固結(jié)灌漿優(yōu)化

　　原設(shè)計(jì)對Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖均布置了固結(jié)灌漿，地質(zhì)鑒定認(rèn)為：引水系統(tǒng)Ⅲ類圍巖結(jié)構(gòu)緊密，沒有灌漿的可能和必要。優(yōu)化后減少固結(jié)灌漿工程量：引水隧洞4722m；壓力管道798m（單價(jià)74元/m），節(jié)約投資40.84萬元。

　　3.6尾水渠防滲（沖）墻的取消

　　尾水渠基礎(chǔ)大部分處在力學(xué)性能差的粉土層上，當(dāng)初考慮施工困難，于臨河側(cè)設(shè)計(jì)了一道混凝土防滲（沖）墻，亦屬合理。施工后期地質(zhì)人員分析認(rèn)為：由于廠房基坑連續(xù)兩年抽水，改變了原地下水的排泄方向，尾水渠基坑涌水量必將大大減小。另河水也日趨枯期，采取填土、壓石等護(hù)坡措施，同樣可以防止?jié)B流破壞，所以生產(chǎn)會上提出了取消尾水渠防滲（沖）墻的建議。會議采納后，省去了原設(shè)計(jì)的混凝土防滲（沖）墻1708.06㎡，鋼筋60.73t，節(jié)約工程造價(jià)213萬元，也避免了當(dāng)時(shí)對土建施工工期的干擾。

　　銅鐘電站建設(shè)期間，僅上述六項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的不完全統(tǒng)計(jì)，即為業(yè)主節(jié)約了工程投資九佰余萬元（915.30萬元）。由于業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工各方人員謹(jǐn)慎務(wù)實(shí)，在最終選用參數(shù)指標(biāo)時(shí)，考慮了適當(dāng)?shù)陌踩珒�備，故在歷經(jīng)兩年半的施工過程中，從未發(fā)生過一起因上述修改設(shè)計(jì)而引起的安全或質(zhì)量事故。經(jīng)過沖水發(fā)電試遠(yuǎn)行檢驗(yàn)，閘壩防滲效果良好，地下洞室圍巖穩(wěn)定。

　　4、結(jié)語

　　由此可見，不僅在電站開發(fā)前期的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要反復(fù)進(jìn)行勘查論證，方案比較和設(shè)計(jì)優(yōu)化；進(jìn)入施工階段以后，同樣有許多現(xiàn)場設(shè)計(jì)優(yōu)化工作可做。而且，施工階段的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以使設(shè)計(jì)更加符合客觀實(shí)際，對縮短建設(shè)工期、節(jié)約工程投資，具有更加現(xiàn)實(shí)的直接技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　隨著21世紀(jì)的到來，我國即將加入WTO，日趨完善與國際接軌的業(yè)主負(fù)責(zé)、建設(shè)監(jiān)理和合同管理一系列新的水電建設(shè)管理體制，必將為優(yōu)化設(shè)計(jì)開辟更加有利的環(huán)境。作為駐施工現(xiàn)場設(shè)計(jì)代表的地質(zhì)、設(shè)計(jì)人員，更應(yīng)加強(qiáng)為業(yè)主服務(wù)的新觀念，克服“多一事不如少一事”，“修改設(shè)計(jì)就是否定自己”等錯(cuò)誤認(rèn)識。努力挖掘地質(zhì)潛力，積極優(yōu)化設(shè)計(jì)，為節(jié)約我國水電建設(shè)工程投資做出更大的貢獻(xiàn)。