维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６．Ｎｏ．４ 四川水利 ・３５・ 瀑布沟水电站泄洪洞施工方案与 设计方案的交互优化 李军耀 （四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都，６１００１６） 【摘要】施工方案是为完成设计方案而制订的，充分结合预选的施工方案，对设计方案进行反向优化，进而实现设 计方案和施工方案交互优化，往往能取得较大的综合效益。本文主要介绍瀑布沟水电站泄洪洞工程交互优化的总体过 程和对交互优化工作的思考。 【关键词】瀑布沟水电站泄洪洞偏压稳定设计方案施工方案交互优化 １ 工程概况 泄洪隧洞工程是瀑布沟水电站的主体工程之 一接上、下游的主要交通通道，当主要交通需求结束 后，再完成混凝土衬砌等剩余工作，实现其泄洪功 能。从工程投资控制、道路优化布置等各个方面 ，位于大渡河左岸，原设计全长２０８７．７５８ｍ。其 中，进口段长５２ｍ，出口段长４３ｍ，洞身段全长 １９９２．７５８ｍ。进出口底板高程分别为７９３．Ｏｍ和 ６７５．７５ｍ，隧洞纵坡５．８％，开挖断面尺寸最大为 １４ｍ）ｉ：１８ｍ，多为１３ｍ Ｘ １６ｍ，衬砌后断面１２ｍ Ｘ １５ｍ。 评价，这都是一个极赋创意、非常优秀的规划方 案，实现了单项工程效益最大化的设计理念。 根据施工合同要求，泄洪洞工程于２００２年３ 月１日开工，施工期２５个月，于２００４年３月底 前，完成全部开挖及底板临时路面混凝土施工，开 始发挥交通功能，为大坝、地下厂房的顺利施工创 造条件，２００７年后，进行剩余尾工的施工。从工 程全局考虑，在２００４年３月底前实现通车的工期 目标非常关键。 优化设计后，泄洪隧洞全长变为２ｌ １７．３１８ｍ。 其中，进出口段长度未变，分别仍为５２ｍ、４３ｍ，洞 身段比原设计增长了２９．５６ｍ，全长变为 ２０２２．３１８ｍ。进出口底板高程分别为７９３．Ｏｍ和 ６７４．０４ｍ，纵坡５．８％，最大开挖净断面尺寸为 １６ｍ Ｘ２０．５０ｍ，多为１３ｍ Ｘ １６ｍ，衬砌后断面１２ｍ Ｘ１５ｍｏ ２施工方案的审查 ２．１ 施工组织设计的审查程序 施工组织设计审查是监理工程师的合同责 任。其中，对施工方案的安全审查更是监理工程 师的安全管理责任。根据二滩国际公司制订的内 业导则，对施工方案，需要分ｌ５个子项逐项审查。 其中，与本文有关的主要有以下三个子项： （１）进行比较审查，审查其编制依据是否与 施工合同文件相一致； （２）是否与其它承包商的临时设施、社会公 共设施和永久建筑物发生干扰； （３）安全防护措施是否满足施工合同文件的 作为相对的施工项目，泄洪洞本身不存 在重大的施工难度。 根据施工总体规划，大坝、地下厂房等主体工 程的开挖料堆存场地只能布置在大坝上游。由于 地形条件，现场交通布置困难，施工道路很难 满足高强度施工的要求。为此，设计单位采用泄 洪洞分期施工的规划方案，充分挖掘了泄洪洞的 潜在利用价值，使其兼具非常重要的交通功能。 在地下厂房开挖阶段，泄洪洞首先将做为连 维普资讯 http://www.cqvip.com ・３６‘ 李军耀：瀑布沟水电站泄洪洞施工方案与设计方案的交互优化 ２００６．Ｎｏ．４ 要求，并考虑了施工的特定条件。 施工组织设计的审查是一项非常复杂且综合 性很强的工作，通常需要反复修改、完善，最后才 能形成审查意见和批复结论。 ２．２施工方案的审查情况 在实际审查过程中，首先要审查申报的施工 方案是否与施工合同文件相一致，是否发生了实 质性的变化。为此，在对申报施工方案进行审查 之前，必须对施工合同中的施工方案进行充分研 究，做好审查的基础准备工作。 经过分析研究，施工合同中的施工方案是合 理的。事实上，经过编制投标文件、专家评标审 查、澄清修改等规范的合同程序，也应该形成合理 的施工方案。 随后，对申报的施工方案进行比较审查，经过 审查，申报施工方案总体上与投标阶段基本吻合， 比较重大的施工方案完全一致。 申报的施工方案是：在上游，从洞身桩号９０ｍ 处设置施工支洞，进口明挖与洞身施工同时进行； 在下游，先完成出口边坡明挖、支护，然后进洞；洞 身分上、下两层相向开挖，全线贯通后进行下半洞， 开挖，最后完成路面施工。施工关键线路为出口明 挖及洞身施工，其中出口明挖、支护时间为４个月。 施工方案非常简洁，作为的施工项目，申 报的施工方案完全满足合同要求，可以批复。但 根据二滩国际的工作导则，尚须对包括社会公共 设施干扰等１４个子项逐一审查。在对社会公共 设施干扰的专项分析时发现，施工的特定条件分 析出现漏项，施工方案中没有对地方交通干扰问 题做充分的研究分析，施工方案的抗干扰能力存 在不足。 泄洪洞出口位于瀑布沟（瀑布沟水电站工程 由此得名）上游约３０ｍ处，右侧同一高程，为汉源 县城至乌斯河火车站的地方公路，距洞口水平距 离约３５ｍ，公路上方须明挖部位自然坡度约７５。， 最大开挖高度约１ ｌＯｒｅ。公路右侧为大渡河河道 的主河床，暂无改道条件，存在严重的施工干扰， 必须采取协调或调整措施，才有可能进行泄洪洞 出口明挖。 对于施工干扰，一般采取时间协调或空间协 调的措施予以解决。其中，最简单的协调措施是 时间协调，即对公路实行管制通行、对开挖分时段 施工。根据现场实际统计，汉乌公路小时交通流 量约７０辆，如考虑客运列车停靠等特定时间要 求，有效施工时间不足５０％，泄洪洞出口明挖完 工时间至少须推迟４个月，整个泄洪洞完工时间 须推迟２个月，不能满足施工合同规定的工期要 求。进而研究空间协调，结果显示，对此处须进行 薄层开挖的高陡边坡，无法采取有效的路边防护 或边坡分层隔离措施，空间协调措施也不可行。 在时间协调和空间协调均不能满足要求的情况 下，进而考虑突破施工合同中的施工方案，从更深的 合同层次进行研究，对施工方案进行优化、调整。 ３施工方案的优化 由于出口明挖制约了完工日期，施工方案调 整的首选措施是将出口明挖排除关键线路，即设 置施工导洞进人洞身开挖部位，保证洞身开挖等 关键项目，推迟边坡明挖。 经进一步研究分析，出口边坡的开挖能够推 迟到高线公路完工、具备改线条件、泄洪洞上半洞 开挖完成后施工。至此，施工方案调整的重点问 题是出口附近是否具备设置施工导洞的条件。首 先，研究是否有尚未被充分利用的自然条件，如果 没有自然条件，能否创造出能够满足进洞要求的 人为条件 在此设想的基础上，施工单位首先进行非常 详细的现场测量放样，随后设计单位、施工单位、 监理工程师、业主联合对现场进行实地考察。 现场考察发现，在泄洪洞出口下游３５ｍ左 右，经过瀑布沟水流长期冲刷，形成了岩石比较完 整的自然边坡，从自然边坡直接进洞的条件得天 独厚。在具备成洞条件的基础上，下一步需要解 决的重点问题是如何选择导洞轴线布置方案问 题。 为此，对初选的直线导洞和环状旁通导洞两 个布置方案进行了分析比较。两种方案各有利 弊，环状旁通导洞布置方案围岩较厚，偏压安全稳 定隐患较小，但净增工程量较大；直线进洞方案围 岩厚度较小，存在偏压安全稳定隐患，但净增工程 量较小。 从投资控制角度，施工导洞最好选择在边坡 明挖范围之内，采取直线导洞，增加投资最小。在 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６．Ｎｏ．４ 四ＪＩＩ水利 ・３７・ 泄洪洞轴线延伸方向，沟水冲刷形成了宽度近 ２０ｍ、接近垂直于洞轴线的陡直岩石坡面，如果施 工导洞偏向布置，可以保证三倍洞径的围岩厚度， 施工导洞的偏压安全稳定能够得到保证，最终选 择了直线导洞施工方案。 ５设计方案与施工方案的交互优化 由于自然边坡具有覆盖层，对拟优化延长洞 段围岩厚度的探测宜从施工导洞进行。考虑最终 可能形成设计优化方案，在施工导洞位置选择上， 进行了充分的研究工作。 综合考虑安全和投资因素，最终确定了推迟 明挖，在明挖范围内打设长度３５ｍ、断面５ｍ Ｘ５ｍ 首先，将导洞断面布置在泄洪洞拟延长洞身 段的开挖断面之内，这样不会引起开挖工程量的 的施工导洞，提前进行主体洞挖的施工优化方案。 至此，为排除施工干扰而进行的施工方案优 化工作已经完成，即采取直线施工导洞进洞提前 洞挖、明挖边坡后期进行的施工优化方案。唯一 的缺憾是增加了少量投资。 在此阶段，监理工程师进一步提出：根据初 步形成的施工方案，对设计方案进行反向优化。 即采取贴坡措施，将泄洪洞适当延长，偏压成 洞、取消明挖。如果设计优化成立，不但能弥补 设置施工导洞增加的投资，还有可能大量节约总 投资。 ４设计方案的优化 根据地质资料分析，原设计无疑是一个非常 规范的设计方案。如工程照片显示，原设计出口 的下游段洞室围岩总体厚度不足，存在围岩厚度 突变的可能。后期的声波测试结果也充分验证了 这种可能，同时存在严重的偏压安全稳定问题。 如果进行取消明挖的设计优化，必须解决两 个问题，即围岩最小厚度不足问题和偏压安全稳 定问题。其中，在开挖阶段，尤其需要探明厚度局 部突变问题，进而才能判定延长洞段是否具备泄 洪洞成洞条件。经过偏压稳定计算和综合分析， 设计单位提出了局部贴坡加厚围岩、泄洪洞延长 ２９．５６ｍ、取消高边坡明挖的初步方案，其前提条 件是围岩最小覆盖范围必须大于泄洪洞设计开挖 断面。 显然，如果围岩出露点侵入设计开挖断面，无 论从经济或安全角度，对如此大的地下洞室，不宜 采用明洞方案。设计提出的技术要求已是设计方 案优化的底限。设计优化方案最终能否成立，取 决于实际的最小围岩厚度，而最小围岩厚度，特别 是局部突变点的围岩厚度，需要在导洞施工过程 中进一步探明，设计方案与施工方案互为条件，形 成交互优化关系。 总体增加。其次，在泄洪洞开挖断面之内，将导 洞断面布置到拟延长泄洪洞洞身段左侧边墙处， 最大限度保证导洞的围岩厚度。另外，对导洞设 置的高程进行精心选择。综合考虑路面坡度要 求，泄洪洞边墙部位系统支护一次完成，导洞顶 拱及临时边墙的临时支护不侵入泄洪洞永久开挖 断面，以减小后期扩挖难度，并避免对永久开挖 面的损伤，最终形成图１、图２所示的导洞布置 方案。 ＬＬＬＬＬＬＩ￣．ｔ Ｌｕ Ｌ｝ Ｌ ＬＬ ＬＬ ＬＬＬＬＩ．ＬＬＬ Ｌ．．ＬＬ．． ．．｝ ．．ＬＬＬ ＬＬ ＬＬ Ｌ｝Ｌ Ｌｔ 图ｌ泄洪洞出口洞挖平面圈 Ｊ 图２泄洪洞出口洞挖立面图 在导洞施工阶段，随开挖掘进，对拟优化洞段 全程进行声波测试，对围岩厚度进行全面检测，结 果表明，泄洪洞延长段最小围岩厚度满足设计要 求，设计优化方案成立。 随后，设计单位根据围岩厚度实际检测结果， 重新进行偏压稳定分析及衬砌结构复核计算，最 终确定贴坡加厚洞壁、延长泄洪洞、取消明挖的设 计优化方案。 最后，根据设计优化方案，对延长段的扩挖、 维普资讯 http://www.cqvip.com ・３８‘ 李军耀：瀑布沟水电站泄洪洞施工方案与设计方案的交互优化 ２００６．Ｎｏ．４ 贴坡混凝土施工、安全监测等相关要求进行补充 完善，形成完整的施工方案，完成了总体优化过 程。 身存在问题。施工方案一旦实施，再进行重大调 整将困难重重。施工方案的审查是方案实施的最 后一道程序，通过严格审查，除保证施工方案本 需要特别指出，在设计优化过程中，设计单位 充分利用了瀑布沟水冲刷形成的范围极小的地形 条件，通过对泄洪洞原轴线的微调，将泄洪洞延长 以后的出口边墙紧靠瀑布沟自然边坡。最终确定 的泄洪洞出口位置，如果向左偏移，需要进行高边 坡明挖，如向右侧稍做偏移，则无出口段成洞条 件，轴线可调整范围不足２ｍ。 根据综合优化方案，施工作业已全部完成，监 测情况表明，延长洞段安全稳定，完全达到了整体 优化的目的。 身符合要求外，对实现整体优化也有其必要性。 在交互优化过程中，成功的关键在于各方良 好的合作意识、负责的工作态度以及高效的工作 机制，绝不能仅限于基本的合同责任。在泄洪洞 综合优化过程中，体会尤其深刻。 作为设计单位，原设计方案完全满足设计规 范的所有规定，事实上，优化方案除增加大量的分 析、研究工作量外，还存在偏压稳定等安全隐患的 可能性。当然，由于事先高度重视，并采取了一系 列预防措施，消除了这种隐患，但总体上，设计有 充足的理由维持原来设计方案。 ６设计优化方案的效益 泄洪洞工程比原计划提前３个月，于２００４年 作为施工单位，施工方案完全符合合同文件 的规定，并考虑了合同中告知的环境条件，并且， 设计方案优化的结果往往是工程量的减少和施工 总利润的降低。但施工单位仍进行了积极的配合 工作，保证了优化工作的顺利进行。 作为监理单位，在施工方案审查中，不是仅限 于简单的履约责任，更不是做“程序性的许可”， 而是全面审查、认真分析、慎密思考、积极推动，为 施工方案的安全性、可操作性起到保驾护航的把 初即发挥交通功能，为现场增加了唯一可靠的分 流通道，为高线公路的沿线各部位施工消除了施 工干扰，配合其它优化、调整措施，最终提前形成 了连接上下游、高低线的两条施工道路，彻底改变 整个工程的施工条件，为大坝、厂房等主体工程创 造了良好的施工环境。 投资控制方面，因取消了高边坡的明挖及大 量的边坡支护工作，扣除泄洪洞延伸段价差因素 和增加的贴坡混凝土费用，节约直接投资约６２０ 万元。 关作用，并充分考虑其经济性。 根据经验，在对施工方案进行审查时，必须建 立一套规范的审查程序，切忌漏项。如在二滩国 际的内业工作程序中，需要事先建立审查清单，逐 项审查核销，最后汇总形成审查意见，而问题多是 根据清单的提示发现的。 设计优化方案除避免了高边坡施工过程的各 种安全隐患，同时也消除了施工过程中可能出现 的其他潜在不利因素外，更难能可贵的是保持了 瀑布沟的地质原貌和自然景观，具有潜在的旅游 价值。 通过认真审查，能够发现问题，更重要的是充 分发挥监理工程师的组织协调作用，积极主动同 有关各方进行沟通、协调，最终促成问题的妥善解 决。 ７对交互优化工作的思考 交互优化是多环节、全过程、多反复的工作过 程，有关各方的共同参与、充分沟通、密切协作是 成功的关键，监理工程师的积极协调也十分重要。 设计方案已经考虑了通常情况下施工的可行 作为业主方，能为各方搭建沟通的平台，创造 良好的协作氛围，及时进行重大技术决策，更是交 互优化的必备条件。 瀑布沟水电站工程的工程实践表明，如果树 立交互优化的工作意识、建立完善的工作机制、构 筑良好的协作关系，在常规项目管理下，完全 能够实现设计与施工的综合优化，为工程带来巨 大的综合效益。 ■ 性，但更侧重于设计的相关技术要求。而在招标 投标过程中，合同中的施工方案更侧重于对设计 方案的响应，一般不会提出需要对设计方案进行 优化的施工方案，具有被动特征，存在进一步优化 的可能性。 根据统计，重大的安全事故多是施工方案本
