输水隧洞施工组织设计.docx
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输水隧洞施工组织设计
输水隧洞施工组织设计
1施工总说明
1.1概况
xx工程新松水库位于yy市zz镇的曹冲河，坝址位于曹冲河下游新松村附近，主要任务是为mm电厂提供淡水，年供核电淡水量900万m3。
本工程属Ⅰ等大
（1）型工程，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。
主要建筑物包括新松水库大坝、输水管线及进库道路。
输水工程分输水管线和进出水口工程，包括进水口、竖井、隧洞段、浅埋段等建筑物。
隧洞进口位于上坝轴线上游约530m的右岸山坡上，进水口设固定式拦污栅，用砼封堵，由2条输水管直接从水库取水，管道设阀门控制。
隧洞出水口接浅埋段，浅埋管长约1858m，沿核电生活区规划道路铺设至交水点。
输水管线隧洞洞轴线走向为N12°W，从新松水库输水至yy核电厂，输水隧洞段长2755m，隧洞采用城门洞型，断面净尺寸为3.6m×4.0m（宽×高），坡度1:
1000，隧洞底高程为14.8m～12.05m，球墨铸铁管用C10外包砼保护，混凝土回填厚度1200mm。
竖井设在隧洞桩号0+056.000处，竖井地面高程为51.0m，直径为4.8m，衬砌厚度为600mm。
1.2水文气象
1.2.1气象
yy市多年平均气温21.9℃，最高气温37.3℃（1989年8月17日），最低气温-0.1℃（1957年2月11日），多年平均相对湿度81.5%。
根据施工区域附近的大坑雨量站1959~2005年资料统计，年雨量均值为2583.7mm，最大年降雨量4801.5mm（2001年），最小年降雨量1597.5mm（1963年）。
同时根据资料显示，对yy市有影响的台风平均每年3.1次，多发生在7~9月。
台风是严重的灾害天气，有很强的破坏性，并且带来暴雨，致使山洪暴发，平原地区积水成灾。
风向、风速：
yy上川岛气象站多年平均最大风速25.65m/s，历年最大风速37.3m/s（SSW，1975年10月6日）。
工程施工区域年无霜期363天，多年平均日照2006小时。
1.2.2水文
曹冲河流域所处的铜鼓山系是yy市的暴雨中心之一。
4月末、5月初开始，西南季风活跃，流域开始进入雨季。
流域暴雨主要集中在汛期，汛期（5～9月）的降雨量占全年的76%左右。
其中，5～6月为前汛期，主要是西南低空急流暴雨和锋面雨，降雨量占全年雨量的35%左右；7～9月为后汛期，多为台风雨，降雨量占全年雨量的41%左右。
日雨量大于50mm的暴雨年平均日数一般为18天，暴雨强度很大，最大24小时降水量可达500mm。
降雨年内分配不均，年内暴雨主要集中在前汛期5、6月和后汛期的7、8月。
1.3地形地质条件
1.3.1地形地貌
隧洞山体雄厚，山顶高程为390m～420m。
在进水口侧的中下部位植被发育，山坡较缓，一般为20°～30°。
进水口侧中上部位和出水口侧基岩出露较多，坡度陡，大多坡度为40°～60°，局部可达80°。
出口位置边坡较陡，基岩出露较多。
浅埋段的其中一部分是沿山边敷设，另一部分要经过海滩至交水点；沿线地表高程7.5m~0.7m。
1.3.2地层岩性及岩体风化分带
进洞口和洞轴线范围的地层岩性有第四系冲积层（Qal），坡积层（Qdl），基岩主要为燕山三期（γ52（3））中粗粒斑状黑云母花岗岩，局部有燕山四期（γ53
（1））细粒黑云母花岗岩侵入，进洞口处有较多辉绿岩（βμ）岩脉。
花岗岩按风化程度可分为全风化带（Ⅴ）、强风化带（Ⅳ）、弱风化带（Ⅲ）、微风化带（Ⅱ）。
由上至下各岩土层特征分述如下：
1）②冲积层（Qal）
分两层②-1和②-2。
分布在曹冲河边。
其中：
②-1：
厚度为7.1m，层底高程为7.09m，主要是含砾粉质粘土，粘性较好，多可塑状。
②-2：
厚度为2.5m，层底高程为4.59m，主要是粉细砂，颗粒较均匀，饱和，稍密～中密。
2）③坡积层（Qdl）
分布在山坡上，厚度为0m～4.5m，主要由含砂粉质粘土组成，大部分硬塑状，少量可塑。
3）燕山三期（γ52（3））中粗粒斑状黑云母花岗岩、燕山四期（γ53
（1））细粒黑云母花岗岩和辉绿岩（βμ）岩脉。
全风化带（Ⅴ）：
风化不透彻，局部含少量强风化碎块。
钻孔揭示顶面埋深0m～16.8m，顶面高程EL2.61m～EL62.47m，厚度4.2m～12.1m。
强风化带（Ⅳ）：
岩石已强烈风化，软硬不均，裂隙发育，RQD值多为0，岩体较破碎，完整性差。
钻孔揭露厚度1.2m～7.0m，顶面埋深11.0m～16.8m，顶板EL-2.61m～EL27.72m。
弱风化带（Ⅲ）：
岩质坚硬，裂隙较发育，RQD值多为40%～80%，岩体较完整，局部破碎、完整性差。
顶面埋深4.2m～23.8m，顶板EL-9.61m～EL54.59m。
微风化带（Ⅱ）：
岩质坚硬，裂隙较发育～发育，岩体较完整。
顶面埋深10.2m～26.64m，顶板EL-5.14m～EL34.19m。
1.3.3地质构造
隧洞上发现2条断层f4和F023。
f4位于桩号K0+041，产状N70°E/NW∠60°，逆断层，断层宽b=0.5m～2.0m，由花岗碎裂岩组成，并发育石英细脉，宽5cm～10cm，长1.5m，破碎。
F023位于桩号K1+846，产状N70°E/NW∠70°，由花岗碎裂岩组成。
1.3.4岩土的物理力学性质
输水管线洞室围岩主要物理力学参数建议值，边坡开挖坡比建议值见下表。
表1围岩主要物理力学参数建议值表
围岩
分类
饱和容重
γ
弹性
模量
变形模量
泊松比
μ
饱和抗压
强度fr
单位弹性
抗力系数k0
（g/cm3）
（GPa）
（GPa）
（MPa）
（MPa/cm）
Ⅱ类
2.64
25～35
15～20
0.20
90～120
18
Ⅲ类
2.63
9～20
6～10
0.25
60～90
8～13
Ⅳ类
2.55
4～6
1～3
0.30
30～60
1～4
Ⅴ类
1.95
--
--
--
0.35～0.40
0.5
1.3.5隧洞工程地质评价
输水管线隧洞设计进洞段在全风化中粗粒斑状黑云母花岗岩土中，上覆土层厚度约2m，进口边坡较缓，坡度约17°，进洞工程地质条件较差。
断层f4和F023，胶结较好，与洞向呈大角度相交，对围岩稳定影响较小。
在进洞口附近的f4断层，由于其倾向为顺坡向，与洞脸边坡同倾向，对洞口边坡有一定影响，在施工开挖时需及时跟进处理，做好支护。
隧洞段，输水管线穿过雄厚的山体，地貌上没有深切的沟谷，隧洞埋深大；隧洞位于弱～微风化花岗岩中；地质构造较少，只有f4和F023两条断层，且都与洞室呈大角度相交，对围岩稳定影响较小，在施工开挖时需及时跟进处理，做好支护。
输水管线洞身各类围岩分类如下：
Ⅴ类围岩只要分布桩号0+000～0+020，Ⅳ类围岩只要分布在进口处桩号0+020～0+050、及2+705～2+755，Ⅳ类、Ⅴ类围岩约占3.6%；桩号0+050～0+830、桩号1+845～1+860、桩号2+165～2+705为Ⅲ类围岩，约占48.5%；桩号0+830～1+845、桩号1+860～2+165为Ⅱ类围岩，约占47.9%。
1.3.6竖井工程地质条件
竖井设在隧洞桩号0+056.000处，地面高程为51.0m，直径为4.8m。
竖井入口位于山坡上，坡度为25°～35°，地表杂草茂密，竖井入口山坡较缓，竖井段在地下水位以下，山坡基本稳定。
根据水工设计，从EL51.0m至输水管线隧洞顶EL20.0m为竖井段。
其中EL51.0m～EL43.0m是Ⅴ类围岩和Ⅳ类围岩，EL43.0m～EL31.0m为Ⅲ类围岩，EL31.0m～EL20.0m为Ⅱ类围岩。
1.4交通条件
工程所在地附近目前已有公路与yy市连通，施工对外交通采用公路运输，坝址下游两公里处有地方公路直达赤溪镇，外来器材及建筑材料可经新建永久进库道路运至工地。
另外新建300m左右临时施工道路与新松村村路相连，新松村村路与地方公路连接，形成本工程对外交通的辅助进场道路。
1.5施工内容及主要工程量
1.5.1施工内容
承建的输水工程主要包括进出水口和输水管线。
施工内容主要有土石方明挖、浅埋段土方开挖、石方洞挖（含竖井）、锚喷支护（包括超前管棚、超前小导管等）、钢筋制安、混凝土、球墨铸铁管的安装及施工段的观测仪器采购、安装和施工期间的监测等。
1.5.2主要工程量
表2输水工程土建施工工程量表
序号
工程项目
单位
数量
一
输水管线
1
土石方开挖（2km）
m3
3399.48
2
土石方开挖（0.5km）
m3
24929.52
3
土石方回填（0.5km）
m3
23016
4
洞挖石方
m3
38870
5
土方洞挖（4km）
m³
362
6
喷混凝土
m³
2220
7
锚杆Φ20，入岩2.5m
根
2190
8
钢筋
t
199
9
C20混凝土垫层
m³
2768
10
隧洞衬砌混凝土C25
m³
140
11
C10回填混凝土
m³
8887.9
12
800mm球墨铸铁管
m
9226
13
钢拱架钢筋制安
t
1.1
14
超前小导管Ø42，L=3m
束（根）
230
15
管棚，无缝钢管，直径108，L=12m
根
13
16
草皮护坡
m²
19161
17
Ø500搅拌桩
m
24000
二
进出水口工程
1
土石方开挖（2km）
m³
274.68
2
土石方开挖（0.5km）
m³
2014.32
3
C25混凝土护坡厚100mm
m³
158
4
锚杆，Φ20，L=6.1m
束（根）
75
5
锚杆，Φ20，L=4.1m
束（根）
75
6
注浆小导管，Ø42，L=6.1m
束（根）
115
7
注浆小导管，Ø42，L=8.1m
束（根）
115
8
钢筋
t
90
9
PVC排水管，Ø60
m
189
10
石方井挖（开挖直径6.8m）
m³
1384
11
C25衬砌混凝土（竖井衬砌，厚度60cm）
m³
316
12
C25管理房、楼梯混凝土
m³
120
13
竖井房建筑面积
m²
50
表3金属结构设备及安装工程工程量
序号
名称及规格
单位
数量
一
输水管设备及安装工程
1
进口拦污栅栅叶
t
2
2
进口拦污栅埋件
t
2
3
检修阀门，手/电动金属密封闸阀DN800
t
13.2
4
电磁流量计，DN800
台
2
5
伸缩节，双法兰传力接头，DN800
t
2.4
6
流量调节阀，DN800
t
14
7
排气阀，DN50
台
4
8
防腐
m2
200
1.6施工重点难点分析
通过对相关文件的认真分析、研究和我们对设计图纸的深刻理解，以及我们多年来从事类似工程施工积累的经验，我们认为本工程有如下重点、难点，需要在施工技术方案中重点关注和解决。
1）隧洞进水口高程仅高于河床高程约10m左右，且输水隧洞单工作面长、断面小、交通运输、通风排烟不畅，为关键工序，需要全年不间断施工，汛期存在一定的度汛风险。
2）工期紧张，工程开工即是高峰期，开工后即进入开挖强度高峰期，施工准备、资源配备及施工组织管理是确保主体工程顺利进行的一个重点。
3）输水隧洞洞线长达2755m，仅有2个工作面，单工作面长达约1400m、断面小、交通运输、通风排烟存在一定难度，从而影响施工进度。
部份隧洞洞身、隧洞出口和浅埋段地质情况尚未探明，存在诸多不确定因素。
不良地质条件的洞段施工是确保工程如期发挥效益的一个重点，也是施工难点之一。
要满足施工进度要求，隧洞开挖是保证工程如期完成的关键之一。
2施工总体布置
2.1布置原则
1）满足工程进度、质量、安全、文明施工及环境保护目标的要求。
2）充分利用建设单位提供的场地及设施，就近紧凑布置；所有施工临时设施均布置在合同文件指定的占地范围以内。
3）遵循因地制宜、有利生产、方便生活、易于管理、安全可靠、经济合理、并有利于环境保护的总原则进行施工总体布置。
2.2布置内容
1）场内施工便道的布置；
2）整体规划、合理布置各种生产系统、辅助工厂及办公、生活等设施；
3）选择供水、供风、供电等系统的布置，选择合适的通讯系统，并做好施工排水。
2.3施工供风
在隧洞进出口处各布置一套供风设备。
主要用于隧洞洞挖作业，边坡喷锚支护。
进口施工区（含竖井）开挖布置12台YT28手风钻，1台PC-7混凝土湿喷机，和2台KQJ100B潜孔钻钻孔。
出口施工区布置8台YT28手风钻，1台PC-7混凝土湿喷机，和1台KQJ100B潜孔钻。
YT28型气腿式手风钻单台耗风量取2.8m3/min，工作风压为0.6MPa，PC-7混凝土湿喷机单机耗风量7m3/min，工作风压为为0.6MPa，KQJ100B潜孔钻单机耗风量8m3/min，工作风压为为0.6MPa。
空压机设备利用率取75%。
风动机械耗气量的计算公式如下：
Q/=∑K1K2mb1
其中式中：
Q/—风动机械耗风量，m3/min；
K1—磨损增加耗风系数，一般取1.1~1.25，这里取1.15；
K2—同时工作系数，可参照水利水电工程施工手册P587表10-2-32；
m—同型号的风动机械台数；
b1—单台风动机械的耗风量，m3/min。
进口施工区供风高峰期使用YT28型气腿式手风钻6台，PC-7混凝土喷射机1台，1台KQJ100B潜孔钻，Q/=1.15×0.9×（6×2.8+7+8）=32.91m3/min，空压机利用率为75%，故选用空压站的工作容量为Q=32.91÷75%=43.88m3/min，故选用2台电动空压机4L-20/8和1台YW9/7－I型空压机。
最大送风距离取为1800m，选用内径为150mm的供风钢管。
出口施工区供风高峰期使用YT28型气腿式手风钻6台，混凝土喷射机1台，Q/=1.15×0.9×（6×2.8+7）=24.63m3/min，空压机利用率为75%，故选用空压站的工作容量为Q=24.63÷75%=32.84m3/min，故选用2台。
故设柴油空压机WF-20/8-A型空压机2台，满足供风需求。
最大送风距离取为1800m，选用内径为150mm的供风钢管。
供风管径主干管DN150mm，分管DN100mm，枝状布置，供风支管接至工作面后设阀门、风包和枝状风插头，风管每200m设放水阀，超过1000m后设油水分离器，连接供风胶管距离工作面距离控制在30m的范围内。
供风校核计算：
风管校核长度取2000m，校核管径取150mm。
此时最大允许供风量为65m3/min。
风量校核。
供风高峰期进口施工区工作面上用风设备为5台YT28型气腿式手风钻，用风量为16.8m3/min，1台PC-7混凝土喷射机，用风量为7m3/min，1台1台KQJ100B潜孔钻，用风机具同时工作折减系数取0.85，机具损耗系数取1.15，管路损耗系数取1.15，总用风量为∑Q=（16.8+7+8）×0.85×1.15×1.15=35.75m3/min＜（2×20+9）×75%=36.75m3/min＜65m3/min，风量满足施工需求。
供风高峰期出口施工区工作面上用风设备为6台YT28型气腿式手风钻，用风量为16.8m3/min，1台PC-7混凝土喷射机，用风量为7m3/min，用风机具同时工作折减系数取0.85，机具损耗系数取1.15，管路损耗系数取1.15，总用风量为∑Q=（16.8+7）×0.85×1.15×1.15=26.75m3/min＜（2×20）×75%=30m3/min＜65m3/min，风量满足施工需求。
风压校核。
校核远距离供风风压，当管道通风量为30m3/min，风管直径为150mm时，每1000m长的管路风压损失为0.092MPa。
此时进口施工区工作面通风量Qa=（20+20+9）×0.75=36.75m3/min，每1000m长的管路风压损失取0.095MPa。
2000m的风压损失为2000÷1000×0.095=0.19MPa，风压为0.8-0.19=0.61MPa＞0.6MPa，风压满足施工要求。
此时出口施工区工作面通风量Qa=（20+20）×0.75=30m3/min，每1000m长的管路风压损失取0.092MPa。
2000m的风压损失为2000÷1000×0.092=0.184MPa，风压为0.8-0.184=0.606MPa＞0.6MPa，风压满足施工要求。
2.4施工供水
隧洞进口施工用水主要有750型强制式混凝土搅拌机,生产能力为36m3/h，每拌合1m3混凝土需水量为0.2m3，36×0.2=7.2m3，喷锚砼、钻机等其它施工用水量较小，考虑施工直接用水泵从曹冲河挖坑过滤取水。
水泵型号为IS50-35-125，该泵流量12.5m3/h，扬程20m，电机功率2.2kw，吸入口径50mm,排出口径35mm。
在高程40m处布置容量4m×3m×2m的高位水池，通过管网送各生产用水点。
隧洞出口段工区喷锚砼、钻机等其它施工用水量较小，经现场勘察在其右侧山沟有一山泉水，流量较大可满足施工要求。
在山泉高程29m处修建临时挡水坝，通过Ø80mm的输水管输水到在高程21m处布置的高位水池，容量4m×3m×2m，然后通过管网送各生产用水点。
洞内施工供水管采用Ø60mm输水管，布置于水流方向隧洞左侧边墙，用钢丝牵拉于短锚杆，并离地1.2m，每隔500m设控制闸阀，洞内每隔60m设水管支路，方便施工。
2.5施工供电
输水隧洞入口施工用电负荷主要包括：
混凝土搅拌设备、出渣设备、空压机、钢筋模板加工设备和隧洞内通风、照明、抽水等设施，用电高峰时段的负荷约550kW。
输水隧洞出口施工用电负荷主要包括：
混凝土搅拌设备、出渣设备、钢筋模板加工设备和洞内通风、照明、抽水等设施，用电高峰时段的负荷约150kW。
具体用电统计计算见下表：
表4隧洞进出口施工区主要用电负荷
序号
项目/生产企业
用电用量
（kW）
1
输水隧洞进口
548.7
750型强制式混凝土搅拌机1台
12
空压机4L-20/8型2台，YW9/7－I型1台
311
钢筋模板加工厂（4t/台班）
40
照明
6
工作水泵（不含备用）
42.2
SDF-I-5.2抽风机1台，KJ60-N05通风机1台
50
出渣设备
63.5
2
输水隧洞出口
146.5
750型强制式混凝土搅拌机1台
12
钢筋模板加工厂厂4t/台班
40
照明
6
SDF-I-5.2抽风机1台，KJ60-N05通风机1台
50
工作水泵（不含备用）
5
出渣设备
63.5
2.5.1供电电源配置
从田头供电所附近10kV赤溪线架空线“T”接架设一回10KV供电线路到坝区（坝区混凝土搅拌系统负荷点），然后在本线路上“T”接架设电源线路到输水隧洞进口施工区用电负荷点。
输水隧洞出口工区施工用电采用1台250kW柴油发电机组供电。
隧洞进出口施工用电负荷施工用主要用设备为三类负荷，其中为保证外电失电时，现场施工人员的及时疏散以及将本工区拌和机内的砼及时倒出，故将这类用电设施拟定为二类负荷，负荷容量约为50kW。
故在隧洞进出口工区各配置1台备用容量为50kW柴油发电机组。
2.5.2施工负荷中心电气接线
综合考虑本水源工程各负荷点的容量、电压等级，输水隧洞进口施工区的负荷中心采用10KV线路—变压器组接线方式。
输水隧洞进口处选用台式变压器作为负荷中心的变配电装置，型号为YWB11-10/0.4-315。
在变压器的高压进线处，设置负荷开关、熔断器组合成套装置并配以PT、避雷器设施。
可对馈电线路和变压器等设备进行短路保护，各电气参数测（计）量以及过电压保护。
根据隧洞进口施工现场电气接线方案，0.4kV供电系统的低压侧均采用0.4kV单母线接线，以放射式馈电，采用电缆将供电电源送到负荷点。
馈电线路的电源侧采用断路器保护，其参数选择能保证其极限分断能力满足各自供电系统的要求，变压器低压侧的主断路器均设置过载长延时、短路短延时脱扣器。
其他低压馈电回路断路器设过载长延时、短路瞬时脱扣器。
施工现场临时用电工程采用电源中性点直接接地的220/380V低压电力系统，带电导体为三相五线制，设置三级配电、二级漏电保护系统，其接地保护型式采用TN-S系统。
在输水隧洞出、入口工区，由于工作面较小，出入口单一，采用WDZBN-YJY-1kV铜芯电缆穿镀锌钢管明敷，以保证洞内发生电气设备故障时，电缆线路不会产生大量有毒的烟气。
本工程施工现场的接地保护型式采用TN-S系统，其电缆各相序、中性线和保安接地线的颜色、线芯长期工作允许载流量的选择、电压降和机械强度的校核满足有关规程规范的要求。
隧洞工区内的电缆接线盒为密封防爆型。
2.6施工通讯
本工程施工通讯分对外和对内两种方式，对外主要通过配备座机和手机进行对外联系，对内主要是现场施工通讯联系，可采用手机和对讲机配合使用，洞内施工也可采用响铃方式进行相互联系，并配有对讲机和座机，以便联系。
2.7施工附属企业及设施
2.7.1石料加工
为保证本工程质量及工期，输水隧洞进口施工区所用砂石料由现场砂石料加工系统生产。
前期在砂石料系统未投入生产时，拟外购。
输水隧洞出口施工区及浅埋段砂石料拟外购或利用隧洞渣料加工。
2.7.2混凝土拌合系统
在隧洞进出口施工区的空旷场地各布置一套混凝土拌和系统，主要包括拌和机、水泥库及料仓组成，占地均为1000m2。
拌和系统均采用750型强制式搅拌机，负责输水隧洞喷锚、衬砌、回填混凝土的生产。
竖井部位的喷砼及混凝土衬砌由进口部位布置的拌和系统提供，由汽车经上竖井公路运至作业面。
2.7.3钢筋加工和材料堆放场
在隧洞进出口施工区各修建一钢筋加工场地，并在其附近空旷场地做为材料堆放处，主要负责所有钢筋制安施工场地和所有进场材料的临时堆放。
竖井部位施工时，其钢筋制作和材料可利用隧洞进口部位的所有设施。
2.7.4现场试验室
工地现场设试验室，布置在厂内混凝土拌和系统旁。
在现场试验室未建成前，将施工材料送至有相应资质的试验单位进行试验。
2.7.5生活办公设施、物资库
在隧洞进出口设置现场办公室和物资库房，做为现场办公场地和贵重物品的堆放场所。
2.8施工照明
各施工现场及作业地点，根据现场条件，可采用一般照明和局部照明相结合的方式。
各照明器的额定电压为220V，光源采用高光效、长寿命的高压钠灯或混光卤钨灯等，保证现场足够的照度。
掌子面附近布置可移动小型低压变压器，工作面20m范围内采用36V安全电压工作。
隧洞施工用电详见《隧洞临时用电施工组织设计》。
2.9物料临时堆放场
隧洞进口的物料运至设在大坝上游右岸1.0公里处的临时堆放场（占地约21.1亩）分类堆放，其中的可利用料用来生产砼骨料；隧洞出口的物料运至业主指定的场地分类堆放，可利用料用来加工垫层碎石。
3施工总进度计划
3.1编制依据
1）严格按照合同文件规定的合同控制工期要求，科学合理地安排各个工序及施工进度，确保合同工期如期完成。
2）根据进度计划合理安排施工设备数量、劳动力投入。
3）对照重点，难点项目仔细安排，并充分考虑汛期水位情况和不可预见因素，为施工留有余地。
3.2施工进度安排
由于区域地形条件，施工支洞布置困难，只布置进口、出口两个开挖工作面，为了方便隧洞施工及通
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