安靜華

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原030024）

1 小浪底引黃工程概況

山西省小浪底引黃工程是從垣曲縣小浪底水庫庫區(qū)取水，引水至涑水河流域，受水區(qū)為運城市的垣曲縣、絳縣、聞喜縣、夏縣、鹽湖區(qū)等五縣（區(qū)）的工農(nóng)業(yè)及城市生活用水。引水干線全長約59.1km，包括進水口、輸水隧洞、提水泵站等建筑物，設(shè)計最大引水流量為22m3/s。

引水干線布置有2條隧洞，其中1#隧洞布置在進水塔和揚水泵站之間，為壓力隧洞，長5.57km；2#隧洞布置在提水泵站至干線末端的呂莊水庫之間，為無壓隧洞，長52.77km，其中，巖石洞段長40.89m，土洞段長11.88km，設(shè)計輸水流量為17.6522m3/s。

2 土洞段地質(zhì)條件

土洞段地質(zhì)條件分為兩種情況：

樁號47+235～52+475洞段，洞長5.24km，埋深為45～125m，隧洞主要通過地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積物和上更新統(tǒng)洪積物，巖性為卵石混合土、級配不良礫、級配不良砂夾低液限黏土、低液限粉土互層，在洞線附近以卵石混合土、級配不良礫、級配不良砂層為主。據(jù)鉆孔取樣室內(nèi)土工試驗資料，其干密度平均值為1.59g/cm3；天然壓縮系數(shù)av1-2平均值為0.23MPa-1；飽和壓縮系數(shù)av1-2平均值為0.28mPa-1，多具中等壓縮性；飽和壓縮模量Es1-2平均值為5.6mPa，多無濕陷性；垂直滲透系數(shù)平均值為6.05×10-5cm/s，多具弱透水性；凝聚力平均值為17.5kPa；內(nèi)摩擦角平均值為17.9°。本段隧洞主要位于地下水位附近或以下，但在上部較厚的黏土層以上存在上層滯水。

樁號52+475～59+115洞段，洞長6.64m，埋深為10～100m，隧洞主要通過地層為第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）低液限黏土夾級配不良砂、級配不良礫和卵石混合土。隧洞附近以低液限黏土層為主。據(jù)探井取樣室內(nèi)土工試驗資料，其干密度平均值為1.58g/cm3；天然壓縮系數(shù)av1-2平均值為0.10mPa-1，多具中等壓縮性；飽和壓縮系數(shù)av1-2平均值為0.14MPa-1，多具中等壓縮性；飽和壓縮模量Es1-2平均值為14.3MPa；多無濕陷性；水平滲透系數(shù)平均值為4.91×10-5cm/s，垂直滲透系數(shù)平均值為6.96×10-5cm/s，多具弱透水性；凝聚力平均值為20.4kPa，內(nèi)摩擦角平均值為18.5°。本段隧洞主要位于地下水位以上，上部存在上層滯水。

3 土洞段施工方法及斷面的確定

根據(jù)上述隧洞的地質(zhì)地層特點的不同，適合該隧洞施工方法一般有人工開挖法和全機械化盾構(gòu)法。

人工開挖法，本段隧洞總長11.88km，需設(shè)置3條施工支洞。隧洞斷面采用方便施工的城門洞型，凈斷面尺寸寬×高為3.8m×5.2m。開挖采用全斷面或小臺階一次成洞，并及時進行支護，人工風(fēng)鏟松動，2m3裝載機裝渣，斜井出渣，洞內(nèi)出渣采用有軌運輸，電瓶機車牽引礦車到井底，再由卷揚機牽引礦車到洞外。一次支護采用鋼格柵模筑混凝土加鋼筋網(wǎng)，厚150mm，二次襯砌為厚500mm的C25鋼筋混凝土。

根據(jù)本工程隧洞地質(zhì)條件，宜選用復(fù)合式盾構(gòu)施工法。5.24km的卵石混合土洞段采用泥水加壓盾構(gòu)工作模式，6.64km低液限黏土洞段采用土壓平衡盾構(gòu)工作模式。隧洞斷面根據(jù)盾構(gòu)機的工作原理及結(jié)構(gòu)形式采用圓形斷面，凈斷面為D4.6m，開挖斷面為D5.4m，襯砌管片厚度為40cm，混凝土強度等級為C40。隧洞承受的內(nèi)水壓為10m水頭（即1kg/cm2）。

盾構(gòu)法開挖隧洞一個工作循環(huán)的工藝過程為：

5.24 km的卵石混合土洞段出渣采用管道將泥漿排出洞外，需設(shè)出渣支洞1條；6.64km低液限黏土洞段采用皮帶輸送機將土渣裝入礦車，電瓶機車牽引礦車到洞口外。盾構(gòu)機完成施工后，在硐室內(nèi)拆卸后運輸出洞，需設(shè)拆卸支洞1條。土洞段施工布置見圖1。

圖1 土洞段施工布置示意圖

4 土洞段施工方案比較

盾構(gòu)法施工的優(yōu)點是開挖速度快，開挖、出渣、襯砌、灌漿循環(huán)作業(yè)，具有連續(xù)性，且適用于有地下水的環(huán)境，月掘進進尺200～600m。本工程采用盾構(gòu)施工法與人工開挖法相比可以減少施工支洞1條，可減少交通、臨時建筑物和施工供水、供電線路等臨建工程量，缺點是盾構(gòu)法掘進單米成本造價高，需拆卸支洞（長354m）和出渣支洞（長240m）2條。盾構(gòu)機從制造到運抵工地安裝開始掘進按14個月考慮，掘進月進尺按400m考慮，掘進時間為29個月，拆卸出洞時間為3個月，總工期為46個月。

人工開挖施工法的優(yōu)點是相對投資小，施工靈活，施工工藝成熟，缺點是施工面控制洞長較短，施工支洞較多，6.64km低液限黏土洞段，位于地下水位以上，施工條件尚可，而5.24km砂礫石洞段，洞線位于地下水位以下或附近，人工施工相當(dāng)困難，成洞條件差，施工存在一定風(fēng)險。盾構(gòu)法與人工開挖法的技術(shù)經(jīng)濟比較見表1。

表1 土洞段盾構(gòu)法與人工開挖法主要施工技術(shù)經(jīng)濟比較表

綜上所述，盾構(gòu)施工法與人工開挖法相比，具有施工技術(shù)先進、可靠、風(fēng)險小等優(yōu)點，本工程推薦采用復(fù)合式盾構(gòu)施工法。

5 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在軟巖或土質(zhì)地層的全斷面機械化地下工程施工中，越來越多的采用盾構(gòu)法，如泥水加壓盾構(gòu)（又稱泥漿盾構(gòu)，Slurrymachine）、土壓平衡盾構(gòu)（Earth Press Balance，簡稱 EPB）等。當(dāng)隧洞穿越巖石和各種土質(zhì)的混合地層時，采用混合式盾構(gòu)施工。就本隧洞而言，人工開挖法從工程造價以及施工工期上均略優(yōu)于盾構(gòu)施工法，但從施工難度以及整個工程來看，由于該段隧洞部分位于地下水位以下，人工開挖法風(fēng)險較大，不可預(yù)見的因素較多；而盾構(gòu)施工風(fēng)險相對較小，施工速度快，但一次性投資較大，設(shè)備制造、運輸工期較長，因此，對于地質(zhì)條件復(fù)雜的長隧洞來說，施工方法的選擇是非常重要的，值得深入研究和探討。