中部引黃工程總干3號隧洞TBM1支洞改線方案

張美林

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

山西省中部引黃工程是山西省“十二五”規(guī)劃大水網(wǎng)建設(shè)中的一項重要工程，本工程干線自天橋水電站庫區(qū)取水，供水范圍涉及4市16縣。包括取水工程和輸水工程，其中輸水工程包括總干線、東干線、西干線以及各供水支線，輸水線路總長384.5 km。

輸水總干3號隧洞樁號為總45＋368.3—總164＋601.9，全長 119.23 km，縱坡 1/2 500～1/3 000，設(shè)計流量 18.73～20.94 m3/s，進口洞底高程 997.73 m，出口洞底高程966.0 m。輸水總干3號隧洞（樁號總77＋040.9—總 118＋395.80） 為 TBM 施工段，布置 2 臺TBM設(shè)備，分別從上下游掘進，其中樁號總77＋040.9—總 98＋070.20 段為 TBM1 標施工段，樁號總98＋070.20—總 118＋395.80 段為 TBM2 標施工段。TBM施工段斷面為圓形，直徑4.3 m，設(shè)計水深3.43～3.32 m。

2 原設(shè)計方案

TBM1標進洞支洞布置在總干3號隧洞西側(cè)，避開了礦區(qū)范圍，進洞支洞末端與總干3號隧洞樁號總77＋040.90 相接。進洞支洞進口洞底高程 1 185.00 m，與主洞相交點高程 997.73 m，坡度 4.08%，轉(zhuǎn)彎半徑500 m，總長3 893 m，進洞支洞與主洞夾角68.16°。進洞支洞分為土洞段和巖洞段，其中樁號SJ0＋000.00—SJ1＋650.00 段為土洞段，樁號 SJ1＋650.00—SJ3＋893.00段為巖洞段。土洞段總長1 650.00 m，采用鉆爆法施工。斷面為馬蹄形，頂拱內(nèi)緣為半徑3.25 m的半圓弧，側(cè)拱及底拱內(nèi)緣為半徑6.5 m的半圓弧，洞身凈寬與凈高相等，均為6.5 m。隧洞頂拱、側(cè)拱及底拱均采用500 mm厚C25現(xiàn)澆混凝土襯砌，頂拱100°范圍內(nèi)回填灌漿，灌漿壓力 0.2MPa。巖洞段總長 2243.00m，采用TBM掘進進洞。其中Ⅴ類圍巖段隧洞長606.00 m，Ⅳ類圍巖段隧洞長437.00 m，Ⅲ類圍巖段隧洞長1 200.00 m。

3 改線方案

3.1 改線緣由

輸水總干 3號隧洞樁號總 77＋040.9處布置TBM1進洞支洞。原初步設(shè)計根據(jù)2011年興縣國土部門提供的《興縣各類礦分布圖》，把進洞支洞布置在3號隧洞的西側(cè)，避開了礦區(qū)范圍。山西省中部引黃工程在設(shè)計規(guī)劃階段，嚴格按照有關(guān)建設(shè)程序和規(guī)定，辦理了工程項目用地預(yù)審、工程選址等手續(xù)，工程可研、初設(shè)報告已經(jīng)有關(guān)部門批復。

根據(jù)山西錦興能源有限公司提供的《國家發(fā)展改革委關(guān)于山西省離柳礦區(qū)總體規(guī)劃的批復》規(guī)劃新建礦井18處。TBM1標進洞支洞施工范圍與規(guī)劃中的錦興能源肖家洼煤礦采煤邊界存在交叉，致使該標段無法正常施工，如果不改線，將會造成工期延誤等嚴重后果和較大的安全隱患。經(jīng)上級部門批準，對原初步設(shè)計TBM1標進洞支洞線路進行改線。

3.2 改線方案設(shè)計

TBM1標進洞支洞移至總干3號隧洞的東側(cè)，洞口位于興縣嵐尾河的中下游，與交樓申鄉(xiāng)陳家圪臺村一河相隔，進洞支洞末端與總干3號隧洞樁號總77＋040.90相接。進洞支洞洞口洞底高程 1 178.07 m，與主洞相交點高程997.73 m，設(shè)計縱坡3.93%，轉(zhuǎn)彎半徑800 m，總長 5 224.36 m，進洞支洞與主洞夾角 41.63°。進洞支洞分為鉆爆法段和TBM施工段，其中樁號SJ0＋000.00—SJ0＋080.00 段為鉆爆法施工段，樁號SJ0＋080.00—SJ5＋244.36 為 TBM 施工段。鉆爆法施工段總長80 m，斷面為城門洞型，隧洞斷面底凈寬5.2 m，直墻段高 2.2 m，頂拱角度 180°，頂拱半徑2.6 m。頂拱和側(cè)墻襯砌厚度400 mm，底板襯砌厚度550 mm，隧洞頂拱、側(cè)拱及底拱采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，混凝土強度等級為C25，抗?jié)B等級為W6，抗凍等級為F150，頂拱 100°范圍內(nèi)回填灌漿，灌漿壓力 0.2 MPa。

TBM施工段總長5 164.36 m，其中Ⅴ類圍巖段隧洞長 1 838.70 m，Ⅳ類圍巖段隧洞長 965.90 m，Ⅲ類圍巖段隧洞長 2 339.70 m。樁號 SJ0＋080.00—SJ4＋588.84 段為斜坡段，樁號 SJ4＋588.84—SJ4＋628.11 段為立面弧段，樁號 SJ4＋628.11—SJ4＋643.11 段為平洞段，樁號 SJ4＋643.11—SJ5＋224.36 段為平面弧段，平面弧半徑為800 m。

改線后，TBM1標進洞概算比原設(shè)計方案增加了972萬元。

3.3 設(shè)計過程

TBM1標進洞支洞建筑物為2級，進洞支洞及生活區(qū)建筑物設(shè)計洪水標準為50年一遇，TBM1進洞支洞洞口的臨時建筑物防洪標準為10年一遇。

隧洞開挖后頂拱及側(cè)拱掛直徑8 mm的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸150 mm×150 mm，噴150 mm厚C20混凝土，根據(jù)地質(zhì)情況，必要時可采用工20a鋼拱架支撐或頂拱范圍內(nèi)布設(shè)超前錨桿或超前小導管。如果采用超前錨桿，規(guī)格為直徑25 mm、間距400 mm，超前錨桿長 3 m，循環(huán)搭接長度 0.5 m，掌子面外露 0.5 m，與下部橫向架設(shè)的型鋼拱架焊接，超前錨桿的有效長度為2 m；如果采用超前小導管，超前小導管的鋼管采用直徑42 mm的熱軋鋼管，壁厚3.0 mm，鉆孔深4.5 m。管棚布置在頂拱部位，單根鋼管長5.0 m，鋼管間距0.4 m。鉆孔方向與洞軸線呈3°交角，偏向洞外。循環(huán)搭接長度 1.5 m，掌子面外露0.5 m，超前小導管與下部橫向架設(shè)的型鋼拱架焊接。灌漿材料采用水泥漿（有堵水要求時采用化學材料），灌漿壓力不高于0.2 MPa。超前小導管注漿有效長度3 m。

隧洞進口段每6 m設(shè)一道伸縮沉降縫，其第5個澆筑段后襯砌沿洞身每8 m設(shè)一道環(huán)伸縮沉降縫，縫寬20 mm，其底拱和邊、頂拱的環(huán)向縫不得錯開。變形縫采取可靠的防滲措施，設(shè)明、暗兩道止水，采用651型橡膠止水帶止水（隧洞位于地下水位以上的部分不設(shè)651型橡膠止水帶止水），縫內(nèi)充填閉孔泡沫塑料板，封口采用瀝青砂漿封堵。

底拱軸線兩側(cè)22.5°位置預(yù)埋滑軌預(yù)埋件，預(yù)埋件間距0.6 m，預(yù)埋件上側(cè)安裝鋼軌，底拱采用C25素混凝土回填，回填后鋼軌高出表面15 mm，要求底拱回填的C25混凝土表面平整，保證TBM設(shè)備順利滑行進洞。

進洞支洞巖洞段采用TBM施工，斷面為預(yù)制C45混凝土管片拼裝式結(jié)構(gòu)，四片管片組成一環(huán)，管片型式為六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)，管片寬1.4 m，管片厚25 cm，內(nèi)徑 4.3 m，外徑 4.8 m，開挖直徑 5 m。襯砌每環(huán)由四片六邊形管片拼裝而成，分別為頂部、底部及兩側(cè)管片，相互交錯布置，交錯間距為半片管片寬度0.7 m。每片管片布置2個工作孔，在管片中間位置布置1個灌漿孔，且每片底管片布置4個基座，基座厚80 mm，寬255～400 mm，底管片兩側(cè)設(shè)小平臺，底管片預(yù)埋8個螺栓孔安裝43 kg/m鋼軌。每片管片側(cè)邊為微凸的階梯型布置，并且管片邊緣留倒角，管片環(huán)向縫布置PVC定位銷組件，每片管片環(huán)向縫側(cè)設(shè)2個定位銷，定位銷套固定在磨具內(nèi)，與混凝土連為一體，定位銷由硬質(zhì)塑性材料制作而成。每個管片接縫面設(shè)2個定位銷，其直徑約為50～60 mm，按變徑設(shè)計。每片管片縱向縫預(yù)留導向桿槽，導向桿槽半徑變?yōu)?2 mm，導向桿由硬質(zhì)PVC制作而成，直徑38 mm，長度400 mm。每片管片側(cè)邊預(yù)留止水條槽及燕尾槽，管片側(cè)邊布置821BF遇水膨脹橡膠止水條，預(yù)制鋼筋混凝土管片與巖面間的空隙采用豆礫石充填并進行回填灌漿，豆礫石層的回填灌漿采用分段、分序進行，最后采用微膨脹水泥砂漿勾縫。

4 結(jié)語

綜上所述，改線方案雖比原方案投資增加近千萬元，但改線方案地質(zhì)條件優(yōu)于原方案。改線方案沒有土洞段，巖洞段鉆爆法施工僅80 m。TBM施工段長度的增加有利于隧洞機械化施工。由于施工難度降低，大大提高了施工效率，進而能更好地為中部引黃工程總干3號隧洞（主洞）的順利掘進提供保證。