現(xiàn)代施工技術(shù)在四川172項(xiàng)目渠系工程遂洞中的應(yīng)用

【摘要】隧洞為渠系工程中的主要建筑物，傳統(tǒng)的掘進(jìn)方法為鉆爆法，而今在四川172重大水利項(xiàng)目中隧洞首次采用了懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工，這種先進(jìn)工藝的推廣和應(yīng)用，既保證了工程質(zhì)量又大大提高了工程建設(shè)速度和施工安全度，為四川172項(xiàng)目的順利推進(jìn)和按期完成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】渠系建筑物；掘進(jìn)機(jī)

1、四川172重大水利項(xiàng)目概況

由國(guó)務(wù)院確定的要在十二五和十三五開(kāi)工建設(shè)的全國(guó)172個(gè)重大水利工程項(xiàng)目中，四川有16個(gè)總投資743億元，其中大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程、規(guī)?；?jié)水灌溉增效示范工程、紅魚(yú)洞水庫(kù)及灌區(qū)工程、升鐘水庫(kù)灌區(qū)二期工程、武都引水二期灌區(qū)工程、毗河供水一期工程共六個(gè)項(xiàng)目已開(kāi)工建設(shè)；還有蓬溪船山灌區(qū)工程、土溪口水庫(kù)、李家?guī)r水庫(kù)、黃石盤水庫(kù)、固軍水庫(kù)、長(zhǎng)江上游干流四川段防洪治理工程、向家壩灌區(qū)一期工程、大橋水庫(kù)灌區(qū)二期工程、龍?zhí)了畮?kù)及灌區(qū)工程、亭子口灌區(qū)工程共十個(gè)項(xiàng)目正在抓緊開(kāi)展前期工作將在十三五期間全部開(kāi)工建設(shè)。這16個(gè)172項(xiàng)目建成后四川年引水量將新增159億立方米，解決2966萬(wàn)人的飲水安全問(wèn)題，涉及灌面2898萬(wàn)畝，其中新增灌面1042萬(wàn)畝，將實(shí)現(xiàn)四川水利人再造一個(gè)都江堰灌區(qū)的夢(mèng)想。

2、四川172重大水利項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)引用

四川172重大水利項(xiàng)目中渠系工程概況深丘地帶的紅層地區(qū)（以沙巖泥巖頁(yè)巖或互層，屬軟巖或較軟巖），在渠系工程中隧洞和渡槽占了很大比例，如毗河供水一期工程以灌概和城鎮(zhèn)供水為主，設(shè)計(jì)灌面125.49萬(wàn)畝，一期工程設(shè)計(jì)引用

四川已開(kāi)工建設(shè)的6個(gè)172項(xiàng)目，主要為已有水源的灌區(qū)工程，如升鐘水庫(kù)灌區(qū)二期工程、武都引水二期灌區(qū)工程、毗河供水一期工程，這些灌區(qū)大都分布在四川的淺丘或流量22m3/s，投資66.3億元，干支渠總長(zhǎng)384.41km，其中隧洞286座，長(zhǎng)165.2km；渡槽100座，長(zhǎng)38.21km。武都引水二期灌區(qū)工程以灌概和城鎮(zhèn)供水為主，設(shè)計(jì)灌面105.32萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)引用流量26m3/s，投資49.1億元，干渠總長(zhǎng)108.13km，其中隧洞66座，長(zhǎng)58.88km；渡槽18座，長(zhǎng)6.33km。升鐘水庫(kù)灌區(qū)二期工程以灌概和城鎮(zhèn)供水為主，設(shè)計(jì)灌面72.81萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)引用流量16.5m3/s，投資49.1億元，干渠總長(zhǎng)51.78km，其中隧洞57座，長(zhǎng)34.14km；渡槽3座，長(zhǎng)445m，整個(gè)172工程的建設(shè)進(jìn)度和施工安全完全取絕于這些長(zhǎng)隧洞和高大長(zhǎng)渡槽的施工速度。

3、懸臂式掘進(jìn)機(jī)在172項(xiàng)目中的首次應(yīng)用

在172項(xiàng)目上馬以前，四川灌區(qū)工程中的隧洞均采用鉆爆法掘進(jìn)，近年來(lái)隨著懸臂式掘進(jìn)機(jī)工效的提高和采購(gòu)價(jià)格的降低，在172項(xiàng)目的隧洞工程掘進(jìn)中已得到廣泛的應(yīng)用，懸臂式掘進(jìn)機(jī)又稱巷道掘進(jìn)機(jī)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)剝離巖體、裝載運(yùn)出、機(jī)器本身的行走調(diào)動(dòng)以及噴霧除塵等功能，即集切割、裝載、運(yùn)輸、行走于一身；具有運(yùn)行靈活、效率高、開(kāi)挖斷面整齊、超欠挖量少的優(yōu)點(diǎn)。毗河引水一期工程為正在開(kāi)工建設(shè)的172重大水利項(xiàng)目，其中最長(zhǎng)的隧洞為龍泉山隧洞長(zhǎng)11.8公里，為四川省最長(zhǎng)的灌區(qū)輸水隧洞，是整個(gè)工程的關(guān)健性工程；處于我省丘陵、紅層地區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)采用傳統(tǒng)的鉆爆法施工，三類圍巖月進(jìn)尺為120m，四三類圍巖月進(jìn)尺為 90m，五類圍巖月進(jìn)尺為60m ，總工期為48個(gè)月。2015年5月開(kāi)工后，承包商在毗河七個(gè)施工分部共用了北方重工EBZ型七臺(tái)、三一重工三臺(tái)、徐工四臺(tái)、山西佳美三臺(tái)、山河智能二臺(tái)共19臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工，現(xiàn)已貫通白蠟溝、窯灣、紅花山、梨子灣、蓮花溝、馬鞍山、波斯山、大興寨、龍家溝、王家溝、筆架山、陳家溝、郭家灣、李家灣等16個(gè)隧洞，其中七分部在長(zhǎng)溝隧洞最大日進(jìn)尺達(dá)15m，最大月進(jìn)尺達(dá)375m，平均月進(jìn)尺在200m左右。不僅工程進(jìn)度大大加快，對(duì)圍巖的繞動(dòng)和超挖得到了很好的控制。

4、采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工的利弊

4.1 當(dāng)隧洞掘進(jìn)采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工后，其施工進(jìn)度大大加快，對(duì)圍巖的繞動(dòng)也大大減少利于圍巖穩(wěn)定，減少了塌方的安全風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)挖邊界采用激光制導(dǎo)定位，超挖和欠挖量得到了有效控制，開(kāi)挖斷面成形很好，利于臨時(shí)支護(hù)的實(shí)施；由于無(wú)爆破產(chǎn)生的有害氣體，從而減少了隧洞的通風(fēng)壓力，有效地改善了隧洞的施工環(huán)境。

4.2 當(dāng)隧洞掘進(jìn)采用掘進(jìn)機(jī)施工后，產(chǎn)生的洞挖石碴與采用鉆爆法施工產(chǎn)生的洞碴有很大不同，主要表現(xiàn)為顆粒小，抗剪指標(biāo)很低，內(nèi)摩擦角通常只有120至140，用于填方渠道時(shí)，內(nèi)外坡比要放得很緩或堤身另外加筋。作為棄碴時(shí)對(duì)碴場(chǎng)支擋結(jié)構(gòu)的土壓力明顯增大，擋碴墻的穩(wěn)定斷面要加大。

4.3 當(dāng)隧洞開(kāi)挖斷面為20m2左右圍巖為中軟巖時(shí)，最適合采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工。當(dāng)圍巖太硬（抗壓強(qiáng)度大于60Mpa）時(shí)用懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，對(duì)截齒磨損太快不經(jīng)濟(jì)，當(dāng)開(kāi)挖洞徑太?。ㄐ∮?.5m）時(shí)不滿足掘進(jìn)機(jī)作業(yè)空間；當(dāng)開(kāi)挖斷面太大（大于30m2）時(shí)可采取分層開(kāi)挖作業(yè)。

4.4 懸臂式掘進(jìn)機(jī)通用性強(qiáng)，重復(fù)利用率高，與隧洞長(zhǎng)短、彎直、斷面形狀關(guān)系不大，主要部件均已在國(guó)內(nèi)合資生產(chǎn)，設(shè)備維修方便快捷。

4.5 采用掘進(jìn)機(jī)施工后，避免了火工材料的采購(gòu)、運(yùn)輸、保管和使用。

5、采用掘進(jìn)機(jī)施工對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的影響

5.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般認(rèn)為洞頂以上上伏基巖厚度大于2至3倍洞徑時(shí)才能成洞，根據(jù)四川172工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)采用掘進(jìn)機(jī)施工時(shí)洞頂上上伏基巖厚度大于1倍洞徑時(shí)均能成洞，利于早進(jìn)洞晚出洞。

5.2 若采用掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的洞碴要用于填方渠道渠堤時(shí)，由于很細(xì)（最大粒徑小于10cm），內(nèi)摩擦角很?。▋?nèi)摩擦角一般在120至140之間），要維持常規(guī)石碴邊坡，堤身要加筋，

否則要放緩堤坡，增加占地當(dāng)一定要用洞碴作填筑料時(shí)，用不用掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖宜作經(jīng)濟(jì)比較。

5.5 現(xiàn)行水利工程概預(yù)算定額還沒(méi)有掘進(jìn)機(jī)施工的相關(guān)單價(jià)和取費(fèi)定額，各工程在編制工程概預(yù)算時(shí)主要參考公路或鐵路部門的相關(guān)定額，水利工程概預(yù)算定額應(yīng)針對(duì)水利工程特點(diǎn)及時(shí)加以補(bǔ)充。

6、結(jié)語(yǔ)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在四川172重大水利項(xiàng)目中的首次應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)鉆爆法施工的重大突破，工程設(shè)計(jì)也要轉(zhuǎn)變思路積極配合，它的推廣和應(yīng)用必將大大提高水利工程的建設(shè)速度、質(zhì)量和施工安全度，為172項(xiàng)目的順利推進(jìn)和按期完成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)今后水利工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)管理和現(xiàn)場(chǎng)施工必將產(chǎn)生重大影晌。

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作者簡(jiǎn)介：

高山（1995--），男，四川成都人，四川大學(xué)水利水電學(xué)院，從事巖土工程專業(yè)。

李洪濤（1979--），男，四川成都人，四川大學(xué)水利水電學(xué)院，博士，從事水利水電工程專業(yè)。

高明軍（1965--），男，四川眉山人，四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)。