山西省中部引黃工程深埋長(zhǎng)隧洞施工方案的比選

鄧娟玲

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原030024）

1 工程概況

山西省中部引黃工程供水范圍包括忻州市、呂梁市和臨汾市的15個(gè)縣（市、區(qū)），其中忻州市有保德縣；呂梁市有興縣、臨縣、柳林縣、離石區(qū)、中陽(yáng)縣、石樓縣、交口縣、孝義市、汾陽(yáng)市9縣（市、區(qū)）；臨汾市有隰縣和汾西縣2縣。

工程由取水樞紐和輸水線路組成。取水樞紐由取水口進(jìn)水塔、無(wú)壓隧洞、暗涵、泵站及廠房、洞穿鋼管、壓力管線、出水池組成。

輸水線路由總干線、西干線、東干線、汾孝支線、交汾支線及汾西支線等組成。隧洞長(zhǎng)度達(dá)308.877km，其中總干線4條隧洞，長(zhǎng)194.527km（3#隧洞長(zhǎng)119.17km）；東干線隧洞1條，長(zhǎng)28.763km；西干線1條隧洞，長(zhǎng)85.587km。

本文對(duì)于埋深較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的總干線3#隧洞部分洞段（樁號(hào)83+544.8～134+412.3）和東干線隧洞，進(jìn)行了施工方案的比選。

2 主要工程地質(zhì)條件

工程區(qū)位于黃河流域，以呂梁山脈中脊為界，西部為入黃支流水系，東部為汾河水系，除東干尾部及其支流外，均處于入黃支流水系。

工程跨越多個(gè)地貌單元。包括：偏關(guān)臨縣峁?fàn)铧S土丘陵區(qū)、黑陀山黑茶山西麓梁狀黃土丘陵區(qū)、云中山蘆芽山褶皺斷裂高中山區(qū)、呂梁山南段侵蝕構(gòu)造中山區(qū)、隰縣鄉(xiāng)寧破碎黃土塬區(qū)、韓侯嶺拱隆侵蝕臺(tái)地區(qū)等。

總干3#隧洞：圍巖巖性為土洞、斜長(zhǎng)角閃巖、石英巖、灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、頁(yè)巖，Ⅱ類圍巖長(zhǎng)約19.1km、Ⅲ類圍巖長(zhǎng)約60.0km、Ⅳ類圍巖長(zhǎng)約2.0km、Ⅴ類圍巖長(zhǎng)約38.1km，大部分洞段巖溶水地下水位位于洞線以下，可能存在層間水，變質(zhì)巖洞段地下水位位于洞頂以上，但受地下水影響可能較小。

東干隧洞：圍巖巖性為變流紋巖、片麻巖、石英巖狀砂巖段、灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、頁(yè)巖，大部分洞段位于地下水位以下，存在施工涌水問題。

3 隧洞施工方案比較

目前來(lái)講，隧洞施工方法為鉆爆法和TBM法，其主要是依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，并結(jié)合地形條件、隧洞長(zhǎng)度和施工技術(shù)水平等因素綜合考慮分析確定。

3.1 鉆爆法與TBM法的優(yōu)缺點(diǎn)

鉆爆法適用范圍廣、不受隧道斷面尺寸和形狀限制，對(duì)各類圍巖均能適用，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件變化時(shí)，各種參數(shù)和施工工藝可隨之變化，具有施工設(shè)備組裝和工地之間轉(zhuǎn)移方便、重復(fù)利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工程實(shí)踐中，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但他的缺點(diǎn)是施工工序多、安全性差、掘進(jìn)速度慢、通風(fēng)條件差。

TBM施工技術(shù)近年來(lái)在長(zhǎng)隧洞施工中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是山西省萬(wàn)家寨引黃工程已多次采用TBM施工，并取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。采用TBM施工，具有作業(yè)人員少，掘進(jìn)速度快，成洞質(zhì)量好，施工安全和綜合經(jīng)濟(jì)性好等許多優(yōu)點(diǎn)。但工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件極差，如溶洞多又大、斷層多又寬、滲水、涌水、泥石流，長(zhǎng)距離破碎帶等組合巖層，采用TBM法的風(fēng)險(xiǎn)極大。

3.2 鉆爆法與TBM法工期的比較

1）鉆爆法方案

總干3#隧洞樁號(hào)83+544.8～134+412.3段，總長(zhǎng)50.868km，共布置施工支洞15條（20#～34#），支洞長(zhǎng)度583～1277m，支洞傾角17.67°～23.08°，支洞總長(zhǎng)13.877km；東干線隧洞共布置支洞7條（1#～7#），支洞長(zhǎng)度394～1236m，支洞傾角20.51°～30.10°，支洞總長(zhǎng)6.262km。

鉆爆法施工的最長(zhǎng)一個(gè)工作面控制主洞加施工支洞3.5km，為本工程的控制工期，參照類似工程的施工進(jìn)尺，綜合進(jìn)尺按照70m/月考慮，主體工程施工期50個(gè)月，施工準(zhǔn)備期3個(gè)月，總工期53個(gè)月。

2）TBM法施工方案

TBM施工洞段圍巖巖性主要為灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r及部分變質(zhì)巖，硬質(zhì)巖占絕大多數(shù)，線路涉及的硬質(zhì)巖段其飽和抗壓強(qiáng)度多在40～100MPa之間，而TBM最適宜的施工范圍在30～120MPa之間，巖性較適合TBM施工，但部分洞段位于地下水位以下，而且線路上以泥灰?guī)r為主的軟質(zhì)巖段強(qiáng)度低，有地下水影響時(shí)易產(chǎn)生機(jī)身下沉、包機(jī)頭等現(xiàn)象，同時(shí)，該洞段有多處斷層，影響掘進(jìn)及工期。

根據(jù)隧洞埋深、地質(zhì)資料及設(shè)計(jì)斷面，在總干3#隧洞樁號(hào)83+544.8～134+412.3段長(zhǎng)50.868km以及東干長(zhǎng)28.763km采用TBM施工，總干擬采用2臺(tái)TBM對(duì)向掘進(jìn)，東干擬采用1臺(tái)TBM自下游向上游掘進(jìn)。總干3#隧洞TBM施工段主洞埋深300m以上，東干隧洞主洞埋深400m以上，根據(jù)TBM施工經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)洞坡度控制在10%以下，根據(jù)地形情況，3#隧洞1#TBM施工段支洞長(zhǎng)2.6km，支洞坡度9.6%；3#隧洞2#TBM施工段支洞長(zhǎng)2.4km，支洞坡度9.0%；東干隧洞3#TBM施工段支洞長(zhǎng)1.8km，支洞坡度8.7%。

由于支洞較長(zhǎng)，支洞也考慮TBM掘進(jìn)，東干主洞長(zhǎng)28.763km、支洞長(zhǎng)1.8km，作為TBM施工控制工期，綜合考慮從TBM生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)桨惭b進(jìn)洞及預(yù)制管片建廠需要周期12個(gè)月，參照類似工程的掘進(jìn)強(qiáng)度，主洞按月進(jìn)尺750m、支洞按月進(jìn)尺1000m考慮，主體工程施工期需40個(gè)月，總工期52個(gè)月。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

從TBM對(duì)巖性的適宜性來(lái)看基本滿足要求，但斷層及地下水等地質(zhì)問題的存在增加了TBM施工的風(fēng)險(xiǎn)；從工期來(lái)看由于TBM進(jìn)洞支洞較長(zhǎng)，影響了TBM施工段的總工期，僅比鉆爆法節(jié)省工期1個(gè)月；根據(jù)總投資比較，雖然TBM方案較鉆爆法減少了施工支洞20.139km，但增加了TBM進(jìn)洞支洞7.2km、通風(fēng)豎井2.35km及預(yù)制管片廠，因此TBM方案較鉆爆法方案投資增加9.46億元（未計(jì)入施工占地費(fèi)用，總占地相差22.5hm2，占地費(fèi)用相差占投資比重較?。?。

綜合以上分析，推薦鉆爆法施工方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

隧洞施工方案合理的選擇，不僅對(duì)降低工程造價(jià)、縮短工期、提高工程質(zhì)量及施工安全有重大的影響，而且對(duì)工程能否提前發(fā)揮效益具有重大意義。