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【摘 要】锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。锦屏二级水电站隧洞群施工难度大、开发风险高，在施工过程中克服了重重困难，创造了地下工程、水利水电工程的数项世界难题。其最大的亮点莫过于相对较短的施工周期。得益于近年来地下长大隧洞施工技术的发展，锦屏二级水电站特长引水隧洞群的施工创造了快速施工记录。本文就锦屏二级水电站引水隧洞群施工技术进行探讨。
【关键词】锦屏二级；引水隧洞；快速；施工；技术
1.工程概况
1.1工程简介。锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。电站总装机容量4800MW，单机容量600MW。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。锦屏二级水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km，中心距60m，洞主轴线方位角为N58°W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。为世界上规模最大的水工隧洞工程。锦屏二级水电站隧洞群由引水隧洞、A、B辅助洞、施工排水洞等地下特大隧洞群构成，共16.67～17.10Km之间的隧洞7条，基本平行布置[1]。
1.2施工工期介绍。锦屏二级水电站1#、2#引水隧洞于2007年7月开工，3#、4#引水隧洞于2007年8月开工，2011年6月1#引水隧洞贯通，2011年8月16日，2#引水隧洞贯通，2011年8月28日，施工排水洞贯通，2011年11月20日，3#引水隧洞贯通， 2012年12月8日，4号引水隧洞成功贯通；2012年12月首台机组发电；2014 年9月16日，最后一台机组实现充水发电。平均工期4～5年，这其中受到了2008年汶川地震、2013年雅安地震，以及2012年8月30日锦屏水电站施工区8·30特大群发泥石流灾害的影响[2]。全长近35Km的瑞士勒奇山隧道历时8年完成[3]，全长18.4Km的秦岭隧洞，在全段TBM施工情况下，单洞施工周期4年[4]，由此看来，锦屏二级水电站引水隧洞群在极其复杂的条件下4～5年的施工工期可以说其建设速度非常之快。这其中有合理科学的决策和管理，但最终还是得益于先进的施工技术。
2工程重难点
2.1施工重点
锦屏二级水电站引水隧洞群系统作为引水发电式电站的重要组成部分，以及其16.7Km超长洞线本身就是整个工程的控制性工程。就引水洞群来说，制约性重点工程为引水隧洞的开挖、支护，引水隧洞衬砌工程。
2.2施工难点。高地应力岩爆、地下涌水、特长隧洞通风技术以及隧洞群施工交通系统作为制约该工程的难点工程[5]。高地应力岩爆：工程区地质条件复杂，具有发生岩爆的应力条件和岩性条件。当引水洞进入厚层块状岩体完整的白山组大理岩洞段，特别是进入断层少、上覆岩体厚的洞段时，发生高等级岩爆的可能性较大。因此，如何有效防范和治理岩爆，确保人员和设备安全成为本工程的重点之一。高压大流量地下水治理：该工程的涌水具有流量大、压力高、强交替、突发性的特点。涌水治理的成功与否，直接关系到工程的进度、安全，因此，对涌水的集中处理技术，是本工程的关键，也是施工的难点。特长隧洞通风技术：该工程隧道埋深大，洞线长，地形陡峭，无法实现其他辅助坑道通风。对于单工作面施工长度10km以上的锦屏引水洞而言，施工通风是制约快速掘进的主要因素之一，也是引水洞施工的难点之一。快速掘进技术：本工程4#洞钻爆法工作面施工长度达12km以上，受地形条件的限制，沿线无条件布置施工辅助支洞。施工风、水、电的供应，隧洞的布置，以及大量地下水的排放等问题均需要科学安排。对于TBM而言，如何克服各种不利因素，确保设备安全和进度指标，需要认真对待。基于上述原因，研究引水隧洞的快速掘进是本工程的重难点之一。隧洞群施工交通系统：本工程洞群基本平行布置，埋深大，出口少，洞线长，参建单位多，施工过程中交通干扰较大，如何科学、合理的规划施工交通是提高施工效率，保证工程完成的关键，也是工程的难点之一。
3重点施工技术
3.1特大断面TBM掘进技术。锦屏二级水电站引水隧洞工程1#引水隧洞、3#引水隧洞、施工排水洞均采用TBM开挖掘进，2#、4#引水隧洞采用钻爆法施工。尤其是1#、3#引水隧洞12m直径特大断面隧洞开挖采用TBM技术在国内外尚属首次，其试验意义不言而喻。1#、3#引水隧洞TBM掘进过程并不顺利，在掘进至白山组大理岩强岩爆洞段后改用钻爆法施工，TBM对岩爆洞段的适用性较差，尤其是特大断面隧洞，这与秦岭隧洞TBM掘进技术有很大差距，为以后的TBM掘进选型积累了宝贵的经验[6]。
3.2交叉洞群支洞网络施工思想。密集的施工支洞、环形交通是解决锦屏二级引水隧洞洞群施工的最关键思想。在工期大大滞后的情况下，TBM改钻爆法后，施工交通成了成敗的关键因素，这主要表现在隧洞群埋深大，支洞、竖（斜）井的施工不具备可行性，洞线长、工程量大，仅仅靠单头掘进是无法实现计划工期的。因此，利用A、B辅助洞进行施工支洞网络的布置，开辟施工面，解决交通成了解决问题的主要思想。事实证明，利用A、B辅助洞增加了辅引1#、2#、3#支洞，利用施工排水洞增加的排引1#、2#、3#支洞对洞群的快速施工起到了决定性作用[7]。
3.3强岩爆洞段钻爆法施工技术。引水隧洞洞群8～11Km洞段为埋深最大，岩爆最强烈洞段[8]，也是整个线路施工难度最大的洞段，强岩爆的破坏性给掘进带来了前所未有的困难和心理恐惧，掘进一度陷入低潮，曾经有过单工作面50m/月的进尺。在该洞段大量利用大型机械开挖替代人工的思想经论证可行，后期也得到了有力的证明[8]。“有效利用现有先进技术，开发试验新技术”是强岩爆洞段施工的法宝。洞室开挖方面，利用三臂凿岩台车钻孔，规避人身伤亡风险，是强岩爆洞段开挖的主要做法，贯穿于整个强岩爆洞段，采用“新奥法”施工，缩短工序进尺，及时喷锚封闭，锚杆支护及时跟进。支护方面，喷砼封闭采用纳米钢纤维混凝土或者纳米仿钢纤维混凝土喷射封闭，封闭注重细节，尤其是拱脚处更应该完全封闭，防止应力突变造成的剥落、进一步垮塌；及时、合理的利用水胀式锚杆、涨壳式预应力锚杆进行先期临时支护，为快速稳定围岩，快速施工创造条件。开发新技术，试验性地引进微震监测[9]进行岩爆概率预测，可以有效指导施工，切实做到“有的放矢”，大大降低了施工风险，合理地节约了时间；试验性地利用应力解除爆破[10]，先期释放应力，为开挖创造良好的应力环境，是强岩爆洞段开挖的又一创造性的新技术，这两种新技术都是在锦屏二级水电站地下洞群开挖过程中开发、试验和积累起来的。 3.4快速有效的支护技术。支护方式动态管理，在围岩较差部位，如T2y6岩塘组大量采用普通砂浆锚杆，加强支护，做到支护的最可靠状态，在围岩较好洞段大量采用中空注浆锚杆，提高支护效率，节省材料用量，节约支护施工时间，是一种非常合理的支护理念。采用水胀式锚杆[11]进行掌子面临时支护，施工时间段，快速、有效，短时间即可进行掌子面围岩加固，快速进行下一循环的开挖。涨壳式预应力锚杆[12]的使用大大节約了系统支护的时间和支护强度，和其他锚杆不同，涨壳式预应力锚杆作为主动支护，尤其在强岩爆洞段支护非常有效，引水隧洞在强岩爆洞段大量使用涨壳式有预应力锚杆，规避岩爆风险。涨壳式预应力锚杆施工速度快，支护效率高，劳动力耗用少，是快速使用的关键。
3.5强涌水洞群排水思想。锦屏二级水电站引水隧洞埋深大，地下水位线较高，沿洞线围岩出水量较大，岩溶地段、突涌水地段用水量大、水压高，是本工程施工的又一特点[13]，没有高效的治水理念将难以实现引水隧洞的开挖施工。在施工期采用“疏”的治水思想是成功的关键，在平行于引水隧洞洞线开挖一条施工排水洞进行专门的施工排水，将4条引水隧洞的围岩出水、突涌水和施工用水通过施工排水洞排放，对开挖的快速施工创造了有利条件，并为新增工作面反坡施工创造了可能性，为后续的衬砌施工创造了有利的干地施工条件，意义重大。
4存在的问题
通过锦屏二级水电站引水隧洞的施工技术分析，在肯定宝贵经验的基础上，仍然有可圈可点之处，笔者认为有一下方面问题需要加以解决：第一、特大断面TBM在强岩爆洞段的适用性改良，是将来需要解决的首要问题，肯定TBM技术快速施工的基础上，需要针对性地改良其在强岩爆洞段的适用性，为西南地区地下隧道工程施工技术创造飞跃性发展的条件。第二、地下隧洞群的通风问题需要加以认真对待，本工程采用地下隧洞群巷道式通风技术，虽然在施工期起到了比较有效的作用，但通风效率较低，尤其是中部8～12Km洞段施工期通风条件较差，需要进一步研究完善，提高通风效率。第三、复杂特大型工程项目管理问题，在肯定现有管理成果的同时，应该更加重视项目信息管理。
5结语
通过锦屏二级水电站引水隧洞是世界级的地下洞室群工程，其最大特点是集国内外先进施工技术的一流，尤其是在高地应力岩爆、高压涌水及特大断面TBM掘进等技术方面的应用，积累了丰富的经验，有一些值得推广，有一些值得进一步研究深化、完善，秉承“科学技术是第一生产力”这一理念，开发新技术是行业得以发展的有效手段，锦屏经验是我国地下洞群施工技术的里程碑。
参考文献：
[1]周垂一、周永等，《锦屏二级水电站引水隧洞施工总体设计》.《水力发电》 2010年01期
[2]《水力发电》2012年 第2期90-90页
[3]《探矿工程：岩土钻掘工程》.2007年 第6期 64-64页
[4]刘赪，《秦岭隧道建造关键技术》.《中国铁道科学》2003年 第2期
[5]韩文起，《锦屏二级引水隧道穿越强岩爆洞段施工技术探讨》.《科技创新与生产力》2011年 第4期
[6]汪华东、沈洪波，《华东科技：学术版》.2014年 第2期426-426页
[7] 刘腊腊、张洪威，《水利建设与管理》，2011年01期
[8]武选正、李名川等，《锦屏水电枢纽辅助洞工程岩爆现象分析及防治措施》.山东大学学报（工学版）.2008年3期
[9]张文东、马天辉，《锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究》.岩石力学与工程学报， 2014，V33（2）： 339-348
[10] 王平、刘士恩等，《解除应力爆破结合柔性支护系统在锦屏电站的应用》.《西部探矿工程》，2009年 第12期 151-154页
[11] 刘建国，《水胀式锚杆在隧道施工中的应用》.《现代隧道技术》， 2003年02期
[12] 张建均、荣春堂等《锦屏二级水电站涨壳式预应力中空注浆锚杆施工》.《水力发电》， 2008年09期
[13]任国青，《锦屏电站支洞大坡度大流量反坡排水施工技术》.《铁道建筑技术》， 2012年11期
【关键词】锦屏二级；引水隧洞；快速；施工；技术
1.工程概况
1.1工程简介。锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。电站总装机容量4800MW，单机容量600MW。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。锦屏二级水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km，中心距60m，洞主轴线方位角为N58°W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。为世界上规模最大的水工隧洞工程。锦屏二级水电站隧洞群由引水隧洞、A、B辅助洞、施工排水洞等地下特大隧洞群构成，共16.67～17.10Km之间的隧洞7条，基本平行布置[1]。
1.2施工工期介绍。锦屏二级水电站1#、2#引水隧洞于2007年7月开工，3#、4#引水隧洞于2007年8月开工，2011年6月1#引水隧洞贯通，2011年8月16日，2#引水隧洞贯通，2011年8月28日，施工排水洞贯通，2011年11月20日，3#引水隧洞贯通， 2012年12月8日，4号引水隧洞成功贯通；2012年12月首台机组发电；2014 年9月16日，最后一台机组实现充水发电。平均工期4～5年，这其中受到了2008年汶川地震、2013年雅安地震，以及2012年8月30日锦屏水电站施工区8·30特大群发泥石流灾害的影响[2]。全长近35Km的瑞士勒奇山隧道历时8年完成[3]，全长18.4Km的秦岭隧洞，在全段TBM施工情况下，单洞施工周期4年[4]，由此看来，锦屏二级水电站引水隧洞群在极其复杂的条件下4～5年的施工工期可以说其建设速度非常之快。这其中有合理科学的决策和管理，但最终还是得益于先进的施工技术。
2工程重难点
2.1施工重点
锦屏二级水电站引水隧洞群系统作为引水发电式电站的重要组成部分，以及其16.7Km超长洞线本身就是整个工程的控制性工程。就引水洞群来说，制约性重点工程为引水隧洞的开挖、支护，引水隧洞衬砌工程。
2.2施工难点。高地应力岩爆、地下涌水、特长隧洞通风技术以及隧洞群施工交通系统作为制约该工程的难点工程[5]。高地应力岩爆：工程区地质条件复杂，具有发生岩爆的应力条件和岩性条件。当引水洞进入厚层块状岩体完整的白山组大理岩洞段，特别是进入断层少、上覆岩体厚的洞段时，发生高等级岩爆的可能性较大。因此，如何有效防范和治理岩爆，确保人员和设备安全成为本工程的重点之一。高压大流量地下水治理：该工程的涌水具有流量大、压力高、强交替、突发性的特点。涌水治理的成功与否，直接关系到工程的进度、安全，因此，对涌水的集中处理技术，是本工程的关键，也是施工的难点。特长隧洞通风技术：该工程隧道埋深大，洞线长，地形陡峭，无法实现其他辅助坑道通风。对于单工作面施工长度10km以上的锦屏引水洞而言，施工通风是制约快速掘进的主要因素之一，也是引水洞施工的难点之一。快速掘进技术：本工程4#洞钻爆法工作面施工长度达12km以上，受地形条件的限制，沿线无条件布置施工辅助支洞。施工风、水、电的供应，隧洞的布置，以及大量地下水的排放等问题均需要科学安排。对于TBM而言，如何克服各种不利因素，确保设备安全和进度指标，需要认真对待。基于上述原因，研究引水隧洞的快速掘进是本工程的重难点之一。隧洞群施工交通系统：本工程洞群基本平行布置，埋深大，出口少，洞线长，参建单位多，施工过程中交通干扰较大，如何科学、合理的规划施工交通是提高施工效率，保证工程完成的关键，也是工程的难点之一。
3重点施工技术
3.1特大断面TBM掘进技术。锦屏二级水电站引水隧洞工程1#引水隧洞、3#引水隧洞、施工排水洞均采用TBM开挖掘进，2#、4#引水隧洞采用钻爆法施工。尤其是1#、3#引水隧洞12m直径特大断面隧洞开挖采用TBM技术在国内外尚属首次，其试验意义不言而喻。1#、3#引水隧洞TBM掘进过程并不顺利，在掘进至白山组大理岩强岩爆洞段后改用钻爆法施工，TBM对岩爆洞段的适用性较差，尤其是特大断面隧洞，这与秦岭隧洞TBM掘进技术有很大差距，为以后的TBM掘进选型积累了宝贵的经验[6]。
3.2交叉洞群支洞网络施工思想。密集的施工支洞、环形交通是解决锦屏二级引水隧洞洞群施工的最关键思想。在工期大大滞后的情况下，TBM改钻爆法后，施工交通成了成敗的关键因素，这主要表现在隧洞群埋深大，支洞、竖（斜）井的施工不具备可行性，洞线长、工程量大，仅仅靠单头掘进是无法实现计划工期的。因此，利用A、B辅助洞进行施工支洞网络的布置，开辟施工面，解决交通成了解决问题的主要思想。事实证明，利用A、B辅助洞增加了辅引1#、2#、3#支洞，利用施工排水洞增加的排引1#、2#、3#支洞对洞群的快速施工起到了决定性作用[7]。
3.3强岩爆洞段钻爆法施工技术。引水隧洞洞群8～11Km洞段为埋深最大，岩爆最强烈洞段[8]，也是整个线路施工难度最大的洞段，强岩爆的破坏性给掘进带来了前所未有的困难和心理恐惧，掘进一度陷入低潮，曾经有过单工作面50m/月的进尺。在该洞段大量利用大型机械开挖替代人工的思想经论证可行，后期也得到了有力的证明[8]。“有效利用现有先进技术，开发试验新技术”是强岩爆洞段施工的法宝。洞室开挖方面，利用三臂凿岩台车钻孔，规避人身伤亡风险，是强岩爆洞段开挖的主要做法，贯穿于整个强岩爆洞段，采用“新奥法”施工，缩短工序进尺，及时喷锚封闭，锚杆支护及时跟进。支护方面，喷砼封闭采用纳米钢纤维混凝土或者纳米仿钢纤维混凝土喷射封闭，封闭注重细节，尤其是拱脚处更应该完全封闭，防止应力突变造成的剥落、进一步垮塌；及时、合理的利用水胀式锚杆、涨壳式预应力锚杆进行先期临时支护，为快速稳定围岩，快速施工创造条件。开发新技术，试验性地引进微震监测[9]进行岩爆概率预测，可以有效指导施工，切实做到“有的放矢”，大大降低了施工风险，合理地节约了时间；试验性地利用应力解除爆破[10]，先期释放应力，为开挖创造良好的应力环境，是强岩爆洞段开挖的又一创造性的新技术，这两种新技术都是在锦屏二级水电站地下洞群开挖过程中开发、试验和积累起来的。 3.4快速有效的支护技术。支护方式动态管理，在围岩较差部位，如T2y6岩塘组大量采用普通砂浆锚杆，加强支护，做到支护的最可靠状态，在围岩较好洞段大量采用中空注浆锚杆，提高支护效率，节省材料用量，节约支护施工时间，是一种非常合理的支护理念。采用水胀式锚杆[11]进行掌子面临时支护，施工时间段，快速、有效，短时间即可进行掌子面围岩加固，快速进行下一循环的开挖。涨壳式预应力锚杆[12]的使用大大节約了系统支护的时间和支护强度，和其他锚杆不同，涨壳式预应力锚杆作为主动支护，尤其在强岩爆洞段支护非常有效，引水隧洞在强岩爆洞段大量使用涨壳式有预应力锚杆，规避岩爆风险。涨壳式预应力锚杆施工速度快，支护效率高，劳动力耗用少，是快速使用的关键。
3.5强涌水洞群排水思想。锦屏二级水电站引水隧洞埋深大，地下水位线较高，沿洞线围岩出水量较大，岩溶地段、突涌水地段用水量大、水压高，是本工程施工的又一特点[13]，没有高效的治水理念将难以实现引水隧洞的开挖施工。在施工期采用“疏”的治水思想是成功的关键，在平行于引水隧洞洞线开挖一条施工排水洞进行专门的施工排水，将4条引水隧洞的围岩出水、突涌水和施工用水通过施工排水洞排放，对开挖的快速施工创造了有利条件，并为新增工作面反坡施工创造了可能性，为后续的衬砌施工创造了有利的干地施工条件，意义重大。
4存在的问题
通过锦屏二级水电站引水隧洞的施工技术分析，在肯定宝贵经验的基础上，仍然有可圈可点之处，笔者认为有一下方面问题需要加以解决：第一、特大断面TBM在强岩爆洞段的适用性改良，是将来需要解决的首要问题，肯定TBM技术快速施工的基础上，需要针对性地改良其在强岩爆洞段的适用性，为西南地区地下隧道工程施工技术创造飞跃性发展的条件。第二、地下隧洞群的通风问题需要加以认真对待，本工程采用地下隧洞群巷道式通风技术，虽然在施工期起到了比较有效的作用，但通风效率较低，尤其是中部8～12Km洞段施工期通风条件较差，需要进一步研究完善，提高通风效率。第三、复杂特大型工程项目管理问题，在肯定现有管理成果的同时，应该更加重视项目信息管理。
5结语
通过锦屏二级水电站引水隧洞是世界级的地下洞室群工程，其最大特点是集国内外先进施工技术的一流，尤其是在高地应力岩爆、高压涌水及特大断面TBM掘进等技术方面的应用，积累了丰富的经验，有一些值得推广，有一些值得进一步研究深化、完善，秉承“科学技术是第一生产力”这一理念，开发新技术是行业得以发展的有效手段，锦屏经验是我国地下洞群施工技术的里程碑。
参考文献：
[1]周垂一、周永等，《锦屏二级水电站引水隧洞施工总体设计》.《水力发电》 2010年01期
[2]《水力发电》2012年 第2期90-90页
[3]《探矿工程：岩土钻掘工程》.2007年 第6期 64-64页
[4]刘赪，《秦岭隧道建造关键技术》.《中国铁道科学》2003年 第2期
[5]韩文起，《锦屏二级引水隧道穿越强岩爆洞段施工技术探讨》.《科技创新与生产力》2011年 第4期
[6]汪华东、沈洪波，《华东科技：学术版》.2014年 第2期426-426页
[7] 刘腊腊、张洪威，《水利建设与管理》，2011年01期
[8]武选正、李名川等，《锦屏水电枢纽辅助洞工程岩爆现象分析及防治措施》.山东大学学报（工学版）.2008年3期
[9]张文东、马天辉，《锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究》.岩石力学与工程学报， 2014，V33（2）： 339-348
[10] 王平、刘士恩等，《解除应力爆破结合柔性支护系统在锦屏电站的应用》.《西部探矿工程》，2009年 第12期 151-154页
[11] 刘建国，《水胀式锚杆在隧道施工中的应用》.《现代隧道技术》， 2003年02期
[12] 张建均、荣春堂等《锦屏二级水电站涨壳式预应力中空注浆锚杆施工》.《水力发电》， 2008年09期
[13]任国青，《锦屏电站支洞大坡度大流量反坡排水施工技术》.《铁道建筑技术》， 2012年11期