在建國家重點水利標志性工程之首
——滇中引水工程

趙 毅

(中鐵隧道局集團有限公司， 廣東 廣州 511458)

1 工程意義

滇中地區(qū)是云南省政治、經濟、文化中心，地處金沙江、瀾滄江、紅河、南盤江四大水系分水嶺，水資源短缺，旱災頻繁，是長江流域著名的干旱缺水區(qū)之一。

滇中引水工程是國務院批準的《長江流域綜合規(guī)劃(2012—2030年)》提出的解決滇中地區(qū)嚴重缺水問題的特大型調水工程。實施該工程可有效緩解滇中地區(qū)較長時期內的缺水矛盾，改善受水區(qū)河道、高原湖泊生態(tài)及水環(huán)境狀況，對促進云南省經濟社會協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

工程任務以城鎮(zhèn)生活與工業(yè)供水為主，兼顧農業(yè)和生態(tài)用水。按水平年2040年，滇中引水工程渠首多年平均引水量為44.03億m3。其中，城鎮(zhèn)生活7.93億m3、工業(yè)24.38億m3，農業(yè)灌溉5.00億m3，向湖泊環(huán)境補水6.72億m3。

滇中引水工程是云南省可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎工程，也是國家2020年前開工建設的172項重大水利工程中的10大標志性工程之首。工程建成投入運行后可以從根本上解決滇中區(qū)的水資源短缺問題，具有顯著的經濟、社會和生態(tài)效益。

2 工程概況

2.1 總體概況

滇中引水工程由水源工程、輸水總干渠工程組成。水源工程自石鼓鎮(zhèn)上游約1.5 km的金沙江右岸引水，經長1.26 km引水渠沉沙后，通過長約2.9 km隧洞和0.8 km涵管輸水至位于沖江河右岸竹園村上游的地下泵站，提水至香爐山隧洞進口。泵站最大提水凈揚程為219.16 m，共安裝12臺水泵機組，總裝機12×41 MW，其中備用機組2臺。地下泵房洞室開挖尺寸為217 m×24 m×48.15 m(長×寬×高)，泵站多年平均耗電量為25.6億kW·h。輸水工程自香爐山進口向南至大理，然后轉向東，經楚雄至昆明，轉向東南至玉溪、紅河； 總干渠總長663.23 km，劃分為大理Ⅰ段、大理Ⅱ段、楚雄段、昆明段、玉溪段及紅河段等6 段，由輸水隧洞、暗涵、渡槽、倒虹吸等輸水建筑物組成，其中隧洞長度占92.03%。香爐山隧洞進口渠首設計流量為135 m3/s，入楚雄、昆明、玉溪、紅河設計流量分別為120、95、40、20 m3/s； 總干渠末端流量為20 m3/s。滇中引水工程總布置圖如圖1所示。

2.2 香爐山隧洞工程概況

大理Ⅰ段為滇中引水工程總干渠的起始段,香爐山隧洞位于大理Ⅰ段的首部,自泵站出水池開始向南,經香爐山穿越崇山峻嶺到達松桂鎮(zhèn),可行性研究階段該段線路總長63. 426 km。香爐山隧洞地理位置示意圖如圖2 所示。

香爐山隧洞埋深汝南河槽谷以北一般為600～1 000 m，最大埋深約1 138 m； 槽谷以南埋深一般為900～1 200 m，最大埋深約1 512 m。隧洞起點設計水位為2 035 m，隧洞縱坡為1/1 800。隧洞斷面為圓形，結合施工及地質條件，隧洞分別采用鉆爆法和TBM法2種施工方法施工。其中，TBM段隧洞擬采用開敞式TBM施工，現澆混凝土襯砌，開挖斷面直徑為9.8 m； 其過水斷面結合襯砌要求確定： Ⅲ1類圍巖隧洞直徑為9.3 m，Ⅲ2類圍巖隧洞直徑為8.5 m，Ⅳ、Ⅴ類圍巖直徑為8.4 m； 鉆爆段隧洞直徑為8.3 m。

香爐山隧洞是滇中引水工程全線最具代表性的深埋長隧洞，為滇中引水工程控制性工程，輸水水位2 035.00～2 000.35 m。由于隧洞線路長、埋深大，經施工布置、工期影響、經濟分析及環(huán)境影響等綜合比較，對活動斷層、軟巖等不良地質段采用鉆爆法施工，地質條件較好的玄武巖、灰?guī)r、基性巖脈段采用TBM施工，布置11條施工支洞(6條施工斜井、3條施工平洞、1條旁通洞)，施工工期為96個月。香爐山隧洞分段施工方法見表1。

圖2 香爐山隧洞地理位置示意圖

樁號(DLⅠ)起始終止主洞分段長度/km施工方法00+00005+0005.00鉆爆法(進口、1#支洞共3個工作面)05+00009+5004.50鉆爆法(1-1#支洞共2個工作面)09+50016+5657.07鉆爆法(2#、3#、3-1#支洞共6個工作面)16+56523+2406.68TBM法(TBMa-1)23+24028+8005.56鉆爆法(4#、5#支洞共4個工作面)28+80053+68024.88TBM法(TBMa-2和TBMb-2)53+68053+9800.30鉆爆法(旁通洞共2個工作面)53+98057+7953.82TBM法(TBMb-1)57+79562+4494.65鉆爆法(8#支洞及出口共3個工作面)

2.3 香爐山隧洞工程地質

2.3.1 地形地貌

香爐山隧洞地處橫斷山北部高山峽谷區(qū)與滇中高原盆地山原區(qū)交接部位，區(qū)內地貌受構造控制，山脈及主要水系走向呈近南北向，高山、深谷、盆地相間排列。

2.3.2 區(qū)域構造背景

香爐山隧洞自北西向南東依次穿過松潘-甘孜褶皺系(Ⅲ)及揚子準地臺(Ⅰ)的二級構造單元中甸褶皺帶(Ⅲ1)、麗江臺緣褶皺帶(Ⅰ1)； 三級構造單元依次為東旺-巨甸褶皺束(Ⅲ11)、三壩褶皺束(Ⅲ13)及鶴慶-洱海臺褶束(Ⅰ11)。香爐山隧洞橫跨“川滇菱形塊體”的“川西北塊體”及“滇中塊體”2個次級塊體。

2.3.3 主要斷裂及其活動性

香爐山隧洞兩側150 km范圍內深大斷裂共23條，其中龍蟠-喬后斷裂以西地區(qū)斷裂以北西向為主，以東地區(qū)斷裂以北東、北北東向為主。這些斷裂大多延伸長、切割深，屬于區(qū)域性大斷裂或深大斷裂帶。

2.3.4 地層巖性

據統(tǒng)計，線路穿(跨)越變質巖、巖漿巖、沉積巖及第四系覆蓋層長度分別為12.696、25.104、24.269、0.380 km，線路占比分別為11.08%、40.20%、38.86%、0.61%。

2.3.5 巖溶與水文地質

隧洞線路區(qū)地處滇西北青藏高原東南部，屬高原溫濕氣候區(qū)，四季溫差不大，年降雨量為600～900 mm，氣候條件及水動力條件適宜巖溶發(fā)育。根據水文地質結構及巖溶化地層和隔水層組的分布、地下水排泄點和泉群的位置，將香爐山隧洞區(qū)劃分為6個規(guī)模較大的巖溶水系統(tǒng)，其中與香爐山隧洞直接相關的主要有Ⅰ白漢場、Ⅱ拉什海、Ⅳ鶴慶西山的Ⅳ-5及Ⅴ清水江—劍川等4個巖溶水系統(tǒng)。

3 工程重難點

3.1 巖溶水文地質與水環(huán)境影響問題

1)香爐山隧洞沿線地表碳酸鹽分布較廣，地表可溶巖地層長度為29.048 km，占比46.51%； 隧洞穿越可溶巖地層長度為17.843 km，占比28.57%。沿線巖溶強烈發(fā)育區(qū)主要分布于白漢場、太安、汝寒坪、鶴慶西山、劍川東山等地。

2)香爐山隧洞地表涉及4大巖溶水系統(tǒng)，隧洞周邊的鶴慶、劍川、麗江及拉什海盆地巖溶大且分布密集，隧洞下穿可能對巖溶水形成一定程度疏干進而引發(fā)地下水環(huán)境影響問題。

3.2 深埋狀態(tài)下的硬巖巖爆、軟巖大變形及高外水壓力問題

香爐山隧洞穿越馬耳山脈，山體高聳，隧洞普遍深埋，最大埋深為1 512 m。隧洞埋深大于600 m的洞段長42.031 km，單洞占比67.3%； 埋深大于1 000 m的洞段長21.517 km，單洞占比34.45%。

3.2.1 硬巖巖爆問題

香爐山隧洞發(fā)生中強爆可能性較大的洞段有6段(見表2)，累計長4.454 km，占隧洞總長的7.13%。

表2 香爐山隧洞發(fā)生中強巖爆可能性較大洞段分布表

3.2.2 軟巖大變形問題

主要軟巖地層及斷裂破碎帶分布洞段隧洞埋深多在500 m以上，最大埋深為1 512 m，強度應力比(S值)一般為0.30～0.05，普遍易于產生嚴重—極嚴重擠壓變形，少量輕微及中等擠壓變形，香爐山隧洞軟巖擠壓大變形匯總成果見表3。據統(tǒng)計，易發(fā)生極嚴重變形洞段長5.883 km，占比46.2%； 嚴重變形洞段長3.870 km，占比30.4%； 中等變形洞段長0.468 km，占比3.7%； 輕微變形洞段長2.048 km，占比16.1%。

表3 香爐山隧洞軟巖擠壓大變形預測分析匯總成果表

3.2.3 高外水壓力問題

香爐山隧洞沿線地下水埋深一般數十m至400余m，局部地段具承壓性，隧洞深埋段地下水水頭一般400 m以上，最大達1 478 m。香爐山隧洞有28段存在高外水壓力，主要分布于向斜核部及北東向、近東西向及南北向斷裂帶洞段、深部灰?guī)r及玄武巖洞段。

3.3 隧洞其他工程地質問題

3.3.1 含煤、膨脹土等特殊巖土工程地質問題

香爐山隧洞在樁號DLⅠ41+767～+902及樁號DLⅠ51+785～53+247段穿越黑泥哨組(P2h)地層，累計長1.597 km； 在樁號DLⅠ60+107～+257及DLⅠ61+211～+565段穿越松桂組(T3sn)地層，累計長0.504 km。隧洞穿越上述地層含煤洞段時洞室圍巖穩(wěn)定問題突出，同時還存在有毒有害氣體與腐蝕性地下水問題。

3.3.2 隧洞淺埋段及穿越覆蓋層洞段圍巖穩(wěn)定問題

香爐山隧洞后段(獅子山以南至出口)穿越多條東北向沖溝，沖溝兩側山體低矮，總體地勢平緩，地面高程為2 080～2 020 m，隧洞埋深一般為30～80 m，少量穿越沖溝段埋深小于30 m(3倍洞徑)，局部還在覆蓋層中穿越。據統(tǒng)計，淺埋段累計長545 m，約占隧洞總長的0.87%； 穿越覆蓋層洞段累計長380 m，約占隧洞總長的0.61%。覆蓋層以沖洪積碎卵礫石土為主，成分混雜，均一性差，隧洞成洞困難； 淺埋段頂板巖體較薄，還可能產生冒頂和地表水的灌入問題。樁號DLⅠ61+274～DL61+327段穿越上鶴高速公路，隧洞頂板與高速路面(路面高程為2 033 m)高差僅30 m，且均為覆蓋層，若工程應對不當會存在隧洞塌頂并導致高速路基塌陷的問題。

4 工程關鍵技術

4.1 特殊不良地質洞段施工技術

本標段的不良地質洞段較多，其中Ⅳ～Ⅴ類占比近60%以上，主要存在軟巖大變形、高地應力巖爆區(qū)、大區(qū)域活動構造、活動斷裂破碎帶、可溶巖段、高壓富水區(qū)、出口淺埋段及積福村渡槽段樁基的溶洞回填處理等地質難題，基本涵蓋了隧道施工的重要不良地質。對于不良地質段施工，總的原則是先探明地質情況進行風險源辨識，判明不良地質的類型、大小和影響范圍，擬定具有針對性的現場實施方案，執(zhí)行方案，施工驗證并跟蹤監(jiān)控量測，最后形成總結以指導下一步的施工。具體施工方案如下。

4.1.1 軟巖大變形段施工方案

鉆爆法施工中主要采用如下措施： 1)加強超前地質預測預報； 2)加強超前支護措施； 3)施工階段加強初期支護強度和剛度，根據“以抗為主，抗放結合”的原則確定支護參數； 4)及時封閉成環(huán)措施； 5)預留足夠的變形空間； 6)二次襯砌結構加強； 7)加強監(jiān)控量測。

TBM法施工過程中采取以下處理措施： 1)若變形較小且適當擴挖不會使TBM受困，可采用TBM擴孔功能適當擴挖，從而加大開挖直徑，以預留足夠的變形量使TBM機體與圍巖之間保持合理的間隙，可避免TBM被困，同時還可防止圍巖后期變形對隧道凈空的影響； 2)在TBM未受困時，可采用超前大管棚配合TBM掘進方式穩(wěn)步通過； 3)TBM的針對性設計和超強的脫困轉矩； 4)TBM后配套通過后加強支護，初期支護補強，及時襯砌，盡可能控制變形； 5)若TBM被卡或受困需脫困時，可利用平導或迂回導坑對TBM解困，再采用超前注漿加固+超前大管棚結合方式平穩(wěn)推進，通過后加強初期支護。

軟巖大變形段施工歷來是隧道施工的難題，目前國內還沒有完全掌握控制軟巖大變形的有效措施，需要參建各方共同研究，繼續(xù)完善設計和施工方案，以滿足施工安全、質量和工期等要求。

4.1.2 高外水壓力下涌水突泥處理施工方案

針對涌水段施工所采取的主要措施如下： 1)加強探水； 2)排水泄壓； 3)超前預注漿堵水； 4)備足抽排水設備； 5)優(yōu)化洞內排水條件； 6)應急預案。

4.1.3 穿越斷層、構造破碎帶、活動斷裂帶施工方案

這些地段施工中需加強超前地質預報、采用超前管棚、超前注漿、徑向注漿、加強支護等相互配合形成穩(wěn)定圈，即采用超前加固后再施工的措施。

4.1.4 高地應力及巖爆段施工方案

4.1.4.1 輕微巖爆(薄片狀破壞，有少量彈射，深度一般不超過50 cm)

主要針對拱部120°范圍進行掛網、加密錨桿施工，同時做好應力釋放短孔，并對出露圍巖進行噴水，以適當改變巖石力學性質，降低巖石的脆性，將需釋放的能量轉變?yōu)闊崮埽?如巖爆形成圍巖崩坍體積較大，現場應及時采取L1區(qū)應急噴漿系統(tǒng)進行噴混支護，必要時利用mcnally系統(tǒng)加強支護。此外，采用柔性防護網代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋網，同時利用漲殼式預應力中空錨桿能有效、快速地控制巖爆引起的坍塌規(guī)模，達到快速支護、確保施工安全的目的。

4.1.4.2 中等巖爆(出現較強烈的彈射型破壞，破壞深度在50～150 cm)

有效利用刀盤噴水系統(tǒng)及護盾后方高壓水管對巖面噴水軟化圍巖，促使應力釋放和調整； 仰拱塊以上施作φ6.5 mm柔性鋼絲網，網格間距為15 cm×15 cm； 利用設備附屬錨桿鉆機(或人工手持風鉆)拱部180°范圍施作φ25 mm漲殼式預應力中空注漿錨桿，長度為3.5 m，間距為1.5 m×1.5 m，錨桿墊板尺寸為20 cm×20 cm×10 mm(長×寬×厚)； 采用H125/H150型鋼拱架全圓支護，縱向間距為0.9 m； 噴納米防鋼纖維混凝土，厚度為15 cm。

4.1.4.3 強烈?guī)r爆(出現彈射型破壞，或破壞深度超過150 cm)

強烈?guī)r爆需要進行超前應力解除爆破，孔內爆破后未開挖巖體形成的破碎區(qū)基本位于60°范圍內(左側11點、右側1點位置)，并且頂拱位置預留一定的開挖厚度，以免后續(xù)掘進開挖過程中因巖體軟弱不均造成刀盤偏壓； 在刀盤正前方采取人工鉆孔形式進行施作，鉆孔數量約20個，孔徑為50 mm，孔深為4 m，扣除刀盤厚度1 m，有效孔深為3 m，必要時可通過加接鉆桿的方式增加孔深。

4.1.5 有害氣體、腐蝕水段施工方案

隧道施工過程中應加強監(jiān)測，及時掌握異常氣體的成分、濃度及對人體的危害程度，加強施工通風、加強相關人員的勞動保護，必要時應配備凈化過濾裝置，并應及時通知相關單位，以便處理。

4.2 TBM安全快速掘進施工技術

4.2.1 TBM掘進模式

若圍巖較硬，推進壓力先達到額定值，此時應以推力變化為參照選擇掘進參數，控制推進壓力不超過額定值； 若圍巖節(jié)理發(fā)育、裂隙較多或遇破碎帶、斷層帶等時，主要以轉矩變化并結合推進壓力參數選擇掘進參數，特別是在巖石軟弱條件下一般采用轉矩和貫入度控制掘進，同時兼顧各種參數變化。TBM主司機應觀察并及時調整控制掘進參數，關鍵參數將被自動記錄和存儲，以便于隨后的調取查詢。

4.2.2 掘進參數的選擇和調整

掘進參數的選擇也是影響軟弱圍巖施工的主要因素。掘進參數是指刀盤轉速、刀盤轉矩、刀盤推力、掘進速度、撐靴系統(tǒng)的撐緊壓力等，合理地選擇和調整掘進參數可以有效減少剝落和坍塌。

4.2.3 TBM施工時幾個特殊情況下的TBM操作參數要求

1)刀盤掌子面坍塌時： 會在監(jiān)視器屏幕上看到皮帶機上的巖碴有很多大塊，并且皮帶機上的巖碴突增，皮帶機壓力指示明顯升高，必須立即停止TBM推進，繼續(xù)轉動刀盤和皮帶機，防止皮帶機被卡或拉傷。如果碴量仍不能下降，應立即使刀盤后退3～5 cm，嚴重時繼續(xù)后退刀盤，直到上述參數恢復正常，方可恢復TBM推進。

2)護盾后發(fā)生坍塌時： 如果坍塌不嚴重，可繼續(xù)推進至設計開挖斷面尺寸，再停止掘進并進行支護； 如果坍塌嚴重，應立即停機進行支護，待支護完成后方可掘進。

通過建立和健全設備狀態(tài)監(jiān)測和故障預報系統(tǒng)，可以提前捕捉到故障信息并進行分析預報，指導維護、修理、保養(yǎng)工作，保障設備良好運轉，有效提高設備利用率。

4.3 地下滲涌水處理專項施工技術

本標段TBM穿越可溶巖累計約10 km，占比約38.9%，巖溶強烈發(fā)育區(qū)主要位于鶴慶西山Ⅳ-5與清水江—劍川Ⅴ-2兩個巖溶水子系統(tǒng)。從環(huán)保、生態(tài)和隧洞內流量控制考慮，為避免隧洞內有較多滲漏，減小隧洞施工期抽排水對地下水環(huán)境的影響及對隧洞施工的影響，對地下水采用既封堵又疏導的方式，遵循“以堵為主，限量排放”的處理原則。對開挖后滲水洞段，在隧洞周圍布置徑向孔進行灌漿，形成封閉的止水圈，提高圍巖的整體強度和抗?jié)B性能，以減小作用在襯砌上的外水壓力及控制對地下水環(huán)境的影響，具體如下：

1)裸洞，滲水量q≤3 m3/(d·m)(滲水滴水狀態(tài))時不進行灌漿封堵，襯砌后全圓布置排水孔(3 m×3 m，梅花形，深2 m)。

2)部分灌漿，滲水量q>3 m3/(d·m)時先用普通灌漿封堵，襯砌后全圓布置排水孔(3 m×3 m，梅花形，深2 m)。

3)部分灌漿，滲水量q>3～5 m3/(d·m)時改用磨細水泥灌漿封堵，q>5 m3/d·m時改用化學灌漿封堵，襯砌后全圓布置排水孔(3 m×3 m，梅花形，深2 m)。

4.4 TBM脫困處理專項方案

TBM受困前后應嚴格按照要求施作超前地質預報，為準確判定掌子面前方圍巖、受困原因及處理措施提供依據。TBM在不良地質段不停機、少停機或短停機，采用連續(xù)低速率、低貫入度的掘進參數掘進，增強初期支護參數，及時封閉軟弱巖體，減少后期變形卡機。

本標段TBM設計上應配置較強的脫困轉矩及破巖脫困能力，并通過護盾伸縮提供脫困臨界面； 增加刀盤的開口率，以便掌子面大量坍塌體能及時輸出，減少刀盤壓力； TBM配置超前處理措施及作業(yè)空間，滿足超前鉆機鉆孔、超前注漿以及應急支護系統(tǒng)等針對本工程地質特點所做的專題設計。

4.5 隧洞掘進與襯砌同步施工技術

隧洞掘進與襯砌同步施工技術重點解決TBM快速掘進與平行或同步襯砌施工二者的相互干擾和影響，特別是在軌道運輸、皮帶機連續(xù)出渣、施工通風、管線布置等施工組織問題上的相互干擾和影響，以保證TBM掘進與二次襯砌施工進度高效匹配。根據TBM掘進與二次襯砌同步施工的特點與難點，吸收和借鑒國內外同類工程施工和管理的成熟技術，結合以往施工經驗，選擇可靠性高、可操作性強的施工技術方案，將TBM、后配套、仰拱棧橋臺車、邊頂拱臺車、連續(xù)皮帶系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)進行聯(lián)動匹配設計。

4.6 F12活動大斷裂施工技術

根據招標文件，香爐山隧洞主洞TBM在DLⅠ53+700～54+000段穿越鶴慶-洱源斷裂帶及影響帶(F12)，先施工旁通洞繞行至斷裂帶內部，采用鉆爆法對該段進行施工，然后TBM直接步進通過，預計處理周期為14個月，即TBM需停機等待14個月。因此，該設計方案初步計劃采用TBM的針對性設計和超強的脫困能力結合超前大管棚及超前注漿加固進行強制通過的方案，若TBM完全受困再采用脫困處理或旁通繞洞的方式處理。

4.7 超長距離獨頭通風施工技術

本標段香爐山隧洞通過7#支洞采用TBM向上游施工，通過8#支洞同時向上下游鉆爆施工，結合本標段施工總平面布置及隧洞整體通風布置特點，共布設7#、8#支洞2個進風通道，其中7#支洞為TBM掘進提供供風通道，通風距離為23 000 m，8#支洞分別為上下游2個鉆爆工作面供風，上游供風距離為3 344 m，下游供風距離為1 662 m。7#支洞TBM獨頭掘進通風23 km，為超長距離獨頭通風，是本工程施工的重難點和安全管理重點，且國內目前無該工況距離下的特長距離通風先例，因此應重點對該段通風進行專門的調研和配置計算。

風筒與風機連接段200 m范圍風筒采用加強風管，以減少風機啟動時瞬間增大的氣錘壓力防止損壞風管，整體采用獨頭壓入式和中間接力的方案。布置詳見圖3—4。

圖3 標段整體通風布置圖

圖4 接力通風示意圖

4.8 TBM掘進超長距離連續(xù)運輸施工技術

本標段TBM施工主要通過7#支洞斜井運輸系統(tǒng)運至交叉口，再進行換裝進入主洞運輸系統(tǒng)，以保證TBM掘進支護過程中使用的錨桿、網片、拱架、噴漿料、襯砌混凝土等材料最大需求量供應。

出渣運輸采用連續(xù)皮帶系統(tǒng)輸送至洞外，再通過自卸汽車運至指定的棄渣場。其中，連續(xù)皮帶驅動采用“3+2+2+1”的模式進行驅動動力，即3×500 kW前驅組、2處2×500 kW中驅組和1×500 kW尾驅動實現整個連續(xù)皮帶的連續(xù)運轉。

洞外軌線全部鋪裝至各半成品堆放區(qū)及攪拌站接料口位置，混凝土直接接至灌內，材料區(qū)布置1個10 t門吊進行材料、油料、刀具配件的吊裝。洞內采用四軌三線布置有軌運輸線路，軌距為970 mm，采用43 kg/m鋼軌，軌排采用H150型鋼和I16工字鋼組合，軌排間距為0.8 m，鋪裝后再采用拉筋連成整體軌排，增加運輸線路的穩(wěn)定性。

4.9 TBM及配套設施針對性設計

4.9.1 超前地質預報

1)TBM前向三維激發(fā)極化超前地質探測系統(tǒng)。三維激發(fā)極化探測系統(tǒng)通過建立TBM的前向探測模式，利用多同性源陣列激發(fā)極化法，三維反演成像方法，實現掌子面前方30 m內含水體以及富水巖溶的三維成像及定位。布置詳見圖5。

圖5 刀盤發(fā)射電極布置

2)TBM三維地震波法超前地質探測系統(tǒng)。主要包括檢波器、震源、主機3大部分，檢波器布置在刀盤后12～32 m位置； 震源布置在到盤后48～60 m位置，每組間距約3 m，安裝位置位于臺車中上部，如圖6所示。

圖6 三維地震搭載整體效果圖

4.9.2 超前鉆機(含管棚鉆機)設計

超前鉆機系統(tǒng)布置在主梁尾部，具有獨立的環(huán)形齒圈梁、回轉機構、控制系統(tǒng)等，可用于超前錨桿、超前管棚等的超前支護鉆孔作業(yè)； 同時，配備有獨立的超前注漿泵，在需要時可對刀盤前方圍巖進行超前注漿支護，注漿泵定位于設備橋區(qū)域。非工作狀態(tài)時，超前鉆機可嵌藏在主梁頂部平臺的下側，左、右兩側齒圈常態(tài)化安裝在主梁尾部，不影響正常的施工作業(yè)； 需要進行超前鉆孔作業(yè)時，拆除頂部封板，利用舉升油缸將超前鉆機舉升至工作位置，完成齒圈的快速搭載，連接管線后即可進行超前鉆孔作業(yè)。上、下側齒圈全部安裝后，可實現360°超前鉆孔作業(yè)并滿足φ108 mm超前大管棚的施工。

4.9.3 TBM后配套末端匹配同步襯砌設計

在后配套拖車尾部設置清渣專用皮帶機，帶寬為500 mm，皮帶機傾角約為15°，采用花紋皮帶并選用小槽角，防止物料打滑。將隧洞底部淤泥清理至清渣皮帶機，運輸并落入后配套皮帶機。后配套清渣皮帶布置如圖7所示。

圖7 后配套清渣皮帶布置圖

為了便于襯砌臺車行走，在后配套拖車尾部設置襯砌臺車的拖拉泵站，主要功能是為臺車行走提供動力； 同時，此處增加1個強排水泵，排水能力達到4 000 m3/h。

5 工期及工程進度

滇中引水工程大理Ⅰ段3標自2018年10月開工，計劃于2026年8月完工，總工期96個月。

6 工程參建單位

建設單位： 云南省滇中引水工程建設管理局。

設計單位： 長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司。

施工單位： 中鐵隧道局集團有限公司(滇中引水工程大理Ⅰ段3 標)、中國水利水電第十四工程局有限公司(滇中引水工程大理Ⅰ段2 標)等。

監(jiān)理單位： 中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司。