文得根水庫至烏蘭浩特段輸水隧洞施工方案比選

劉牧沖，韓闖

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

文得根水庫至烏蘭浩特段輸水隧洞施工方案比選

劉牧沖，韓闖

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

引綽濟(jì)遼工程是自綽爾河引水，向沿線興安盟、通遼市各旗縣（市、區(qū)）城區(qū)及工業(yè)園區(qū)供水為主的大型引水工程，工程由文得根樞紐水源工程及長度389.52 km的輸水線路工程組成。其中，文得根樞紐至烏蘭浩特段2號輸水隧洞長度58.505 km。文中主要介紹了工程前期設(shè)計(jì)階段2號輸水隧洞施工方案的提出、比選、分析、論證以及最優(yōu)方案確定的過程。

引綽濟(jì)遼；輸水隧洞；施工；方案比選

1 工程概況

引綽濟(jì)遼工程是自綽爾河引水到西遼河，向沿線興安盟、通遼市各旗縣（市、區(qū)）城區(qū)及工業(yè)園區(qū)供水為主要開發(fā)任務(wù)的大型引水工程，由水源工程及輸水工程組成。水源工程為文得根水利樞紐工程。輸水工程起點(diǎn)為文得根樞紐，終點(diǎn)為通遼地區(qū)莫力廟水庫，線路全長389.52 km。

文得根樞紐至烏蘭浩特段輸水工程供水對象為烏蘭浩特工業(yè)園區(qū)，該段線路長度71.323 km，由1號、2號輸水隧洞和特默河暗涵及洮兒河倒虹吸組成，輸水線路年輸水量為4.88×108m3，設(shè)計(jì)流量為18.58 m3/s，其中2號輸水隧洞全長58.505 km。

2 工程地質(zhì)條件

2號輸水隧洞工程區(qū)位處內(nèi)蒙—興安褶皺系（Ⅱ）二連浩特褶皺帶（Ⅱ4），斷裂構(gòu)造總體不太發(fā)育，無區(qū)域性斷裂、活動斷裂穿越。

線路沿線地層有二疊系下統(tǒng)清風(fēng)山組（P1q）、大石寨（P1d）、侏羅系中統(tǒng)新民組（J2x）、侏羅系上統(tǒng)瑪尼吐組（J3mn）、白音高老組（J3b）、燕山期侵入巖（γ52）、華力西期侵入巖（γ43），巖性主要為厚層—巨厚層狀凝灰?guī)r、凝灰角礫巖、酸性熔巖、凝灰砂礫巖、變質(zhì)砂巖、板巖、安山巖，侵入巖為致密塊狀花崗巖、花崗斑巖，以及部分第四系河流沖洪積層和坡殘積層。

線路沿線地下水按其埋藏條件和含水介質(zhì)類型主要分為河谷第四系松散巖類孔隙潛水及基巖風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙水兩類。

線路沿線圍巖類別為Ⅴ類圍巖約占11%，Ⅳ類圍巖約占15%，Ⅲ類圍巖約占54%，II類20%。

3 施工方案擬定

2號輸水隧洞工程區(qū)地形相對平緩，隧洞埋深不大，具備設(shè)置施工支洞的條件，采用鉆爆法進(jìn)行開挖施工是可行的；同時(shí)，隧洞線路較長，且沿線圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主（約占74%），巖石以凝灰?guī)r、砂巖、花崗巖為主，抗壓強(qiáng)度50～100 MPa，沿線無較大斷層，也基本適應(yīng)TBM掘進(jìn)機(jī)的施工要求。根據(jù)隧洞洞線布置并結(jié)合工程區(qū)地形、地質(zhì)條件，擬定了TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案（含TBM機(jī)型比選）和鉆爆法施工方案進(jìn)行比選。

4 施工方案設(shè)計(jì)

4.1 TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案設(shè)計(jì)

4.1.1 TBM設(shè)備機(jī)型比選

方案重點(diǎn)對敞開式TBM和雙護(hù)盾式TBM進(jìn)行比選。影響掘進(jìn)機(jī)選型的主要因素是工程及水文地質(zhì)，本段輸水隧洞地質(zhì)及水文條件均適合兩種掘進(jìn)機(jī)機(jī)型進(jìn)行施工，則選型結(jié)果主要由工期及投資決定。

1）雙護(hù)盾式TBM機(jī)型方案。雙護(hù)盾式TBM機(jī)型方案輸水主洞采用預(yù)制管片一次支護(hù)型式。

方案布置上，2號輸水主洞采用2臺雙護(hù)盾式TBM施工，分別承擔(dān)24.87 km和26.15 km開挖支護(hù)任務(wù)，TBM施工段總長度51.02 km。本方案共設(shè)置5條施工支洞，做為開挖出渣、混凝土襯砌、施工材料運(yùn)輸通道。其中3號、5號支洞分別作為TBM始發(fā)通道，1號、3號支洞作為TBM施工結(jié)束步出通道，為考慮減少出渣運(yùn)距和供風(fēng)、供水等后配套長度，在TBM施工段中部分別布置了2號、4號支洞，施工支洞全長5 040.39 m。

施工工期上，該方案TBM掘進(jìn)可以做到掘進(jìn)與襯砌同步進(jìn)行，綜合月進(jìn)尺指標(biāo)采用每月550 m，關(guān)鍵線路為TBM步入施工支洞施工（10個(gè)月）→組裝洞土建施工及TBM組裝調(diào)試（5個(gè)月）→TBM掘進(jìn)及中途轉(zhuǎn)場（47個(gè)月），總工期合計(jì)62個(gè)月。

雙護(hù)盾式TBM機(jī)型方案工程靜態(tài)總投資為30.47億元。

2）敞開式TBM機(jī)型方案。敞開式TBM機(jī)型方案主洞支護(hù)采用錨噴一次支護(hù)+現(xiàn)澆混凝土襯砌二次支護(hù)型式。

方案布置上，2號輸水主洞采用2臺敞開式TBM施工，施工支洞布置與雙護(hù)盾機(jī)型方案相同，共設(shè)置5條施工支洞。同時(shí)，為縮短后期襯砌工期，每臺TBM施工段布置4處豎井作為混凝土襯砌、施工材料運(yùn)輸通道。施工支洞全長5 040.39 m，豎井全長809.30 m。

施工工期上，采用敞開式TBM施工程序?yàn)橄染蜻M(jìn)后襯砌支護(hù)，掘進(jìn)速度指標(biāo)為每月600 m，單工作面襯砌速度為每月150 m，關(guān)鍵線路為施工支洞施工（10個(gè)月）→組裝洞土建施工及TBM組裝調(diào)試（5個(gè)月）→TBM掘進(jìn)及中途轉(zhuǎn)場（32個(gè)月）→主洞襯砌（15個(gè)月），總工期合計(jì)62個(gè)月。

敞開式TBM機(jī)型方案工程靜態(tài)總投資為28.01億元。

3）推薦TBM機(jī)型。通過對兩種TBM機(jī)型的施工方案比較，兩種方案在技術(shù)上均是可行的。經(jīng)濟(jì)上，敞開式TBM機(jī)型方案較雙護(hù)盾式機(jī)型方案投資少2.46億。TBM設(shè)備選型推薦采用敞開式TBM作為掘進(jìn)設(shè)備。

4.1.2 施工布置及施工交通

TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案主要根據(jù)施工支洞、豎井布置情況及料場位置進(jìn)行工區(qū)劃分及相應(yīng)臨建配套設(shè)施的布置。共布置5條施工支洞和8處施工豎井，劃分18個(gè)工區(qū)，施工永久占地總面積約為45 hm2，臨時(shí)占地總面積約為325 hm2。場內(nèi)施工道路利用現(xiàn)有道路7.5 km，改擴(kuò)建道路23.60 km，新建道路34.50 km，總里程65.60 km。

4.1.3 施工工期及投資

該方案施工總工期為62個(gè)月，工程靜態(tài)總投資為28.01億元。

4.2 鉆爆法聯(lián)合施工方案設(shè)計(jì)

1）施工支洞布置。根據(jù)2號輸水隧洞布置情況及沿線地形、地質(zhì)條件以及控制主洞施工長度等條件，共設(shè)置13條施工支洞，做為開挖出渣、混凝土襯砌、施工材料運(yùn)輸通道。施工完成后，根據(jù)工程管理要求，對2號、4號、6號、8號、10號、12號等6條施工支洞保留、改造，在運(yùn)行期作為永久檢修通道，并可起到通風(fēng)補(bǔ)氣的作用，其余施工支洞全部封堵。施工支洞全長11 020.31 m。

2）施工布置及施工交通。該方案共劃分18個(gè)工區(qū)，施工永久占地總面積約為75 hm2，臨時(shí)占地總面積約為288 hm2。場內(nèi)施工道路利用現(xiàn)有道路7.53 km，改擴(kuò)建道路12.99 km，新建道路36.28 km，總里程56.80 km。

3）施工工期及投資。該方案施工總工期為62個(gè)月，工程靜態(tài)總投資為26.91億元。

5 施工方案比選及結(jié)論

施工方案的比選主要從施工條件、水保、環(huán)保、移民、施工工期及工程投資等方面進(jìn)行論述。

5.1 施工條件

1）施工的難易性。鉆爆法施工方案施工技術(shù)上簡單成熟，引水隧洞埋深不大，工程區(qū)地形相對較為平緩，具備施工支洞的布置條件；但施工過程相對以人工為主，安全系數(shù)及機(jī)械化程度較低，施工人員的體力勞動強(qiáng)度較大。

TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案部分洞段采用TBM施工，掘進(jìn)的同時(shí)完成破巖、出渣、支護(hù)等流水線作業(yè)，機(jī)械化程度高，減少了洞內(nèi)人員的數(shù)量，降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度；但使用TBM施工，同樣也存在一定的問題，譬如設(shè)備一次性投資大、制造周期長、設(shè)備重量大，轉(zhuǎn)移和裝卸運(yùn)輸相對困難，對工人操作的要求標(biāo)準(zhǔn)較高；TBM施工對地質(zhì)地層狀況變化情況比較敏感，對于破碎帶、斷層、塌陷、涌水等地段的施工適應(yīng)性較差，具有一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2）施工安全性。鉆爆法施工方案容易造成應(yīng)力集中，引起圍巖失穩(wěn)破壞，施工環(huán)境的安全性較差。TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案開挖方式為機(jī)械破巖，超挖量小，對圍巖擾動小，使隧洞施工相對更安全。

因此，從施工安全性以及對勞動者的保護(hù)方面看，TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案較優(yōu)。

5.2 水保、環(huán)保及移民方面

為滿足施工工期等方面要求，兩方案均布置了13處施工通道，相應(yīng)施工占地及道路布置情況基本相當(dāng)，在對移民、水保環(huán)境等方面的影響差別不大。但TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案中8條豎井不參與開挖出渣，相應(yīng)工區(qū)不需要設(shè)置棄渣場，僅在3號、5號支洞口工區(qū)集中設(shè)置棄渣場，有利于水保及環(huán)保措施實(shí)施，相對于鉆爆法施工方案各工區(qū)均設(shè)棄渣場的分散式布置方式，TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案相對較優(yōu)。

5.3 施工工期

從工期方面比較，兩個(gè)方案施工工期相同，均能夠保證輸水工程與水源工程同期竣工，滿足供水要求。

5.4 工程投資

從投資方面比較，鉆爆法施工方案26.91億元，TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案28.01億元，相差1.10億元（4.08%）。

5.5 方案比選結(jié)論

綜合分析，鉆爆法雖然施工簡單靈活，對地層巖性變化適應(yīng)性強(qiáng)，工程總體投資相對節(jié)省，但開挖速度相對較慢、環(huán)境污染大，作業(yè)環(huán)境較差，勞動安全衛(wèi)生條件較差。TBM掘進(jìn)機(jī)施工開挖速度快、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)保、對圍巖影響較小。雖然工程總體投資與鉆爆法比較略大，但投資水平相當(dāng)，僅相差4.08%。

因此，2號輸水隧洞施工最終推薦采用敞開式TBM+鉆爆法聯(lián)合施工方案。

6 結(jié)語

近些年來，TBM設(shè)備在各工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，施工工藝、技術(shù)日臻完善，施工經(jīng)驗(yàn)愈加成熟。同時(shí)，大直徑的TBM設(shè)備已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)了施工成本的大幅降低。引綽濟(jì)遼工程作為國家十三五規(guī)劃的172項(xiàng)重大水利工程之一，其重要性不言而喻，合理的施工方案是工程成功建設(shè)的關(guān)鍵。目前，該工程處于前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，通過大量、深入且細(xì)致的工作，設(shè)計(jì)推薦了最優(yōu)的施工方案，為工程建設(shè)的順利實(shí)施提供了有力的技術(shù)保障。

TV672

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2017-02-10