高乃東，陳中竹，寧鵬飛

(吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)春130021)

0 引言

吉林省中部城市引松供水工程輸水總干線采用自流輸水，從豐滿水庫(kù)取水口向西南經(jīng)過永吉縣城南側(cè)，穿過溫德河、岔路河，從星星哨水庫(kù)上游通過，至飲馬河處設(shè)置分水口，分水入飲馬河，自流入石頭口門水庫(kù)，經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)后向長(zhǎng)春市東部城區(qū)、九臺(tái)市、德惠市供水。輸水總干線隧洞豐滿水庫(kù)取水口～飲馬河自然段長(zhǎng)近72 km，隧洞比降1/4300，采用圓形斷面設(shè)計(jì)，平均成洞洞徑6.8 m，主要采用3臺(tái)敞開式TBM施工，分別為TBM1段、TBM2段TBM3段。TBM開挖洞徑7.97 m，在豐滿水庫(kù)進(jìn)口、溫德河、岔路河和末端采用鉆爆法施工。

1 TBM選型分析

1.1 TBM選型原則

中部城市引松供水工程設(shè)計(jì)對(duì)TBM的選型主要考慮如下原則，見圖1。

TBM的選型原則有10點(diǎn):①工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件;②斷面形狀和大小;③環(huán)境因素;④支護(hù)襯砌類型;⑤洞線走向及坡度;⑥工期、造價(jià);⑦安全施工要求;⑧輔助工法和其它動(dòng)力設(shè)備條件;⑨工人技術(shù)素質(zhì);⑩其它。

圖1 TBM選型原則圖

1.2 TBM主機(jī)選擇分析

隧洞工程主要應(yīng)用開敞式、單護(hù)盾和雙護(hù)盾式TBM，它們的特點(diǎn)見表1，而適用于硬巖條件下的是開敞式和雙護(hù)盾式TBM。

表1 3種TBM特點(diǎn)比較

工程上采用雙護(hù)盾TBM還是采用開敞式TBM，是設(shè)計(jì)論證的一個(gè)關(guān)鍵問題。TBM選型諸多因素中，地質(zhì)條件、襯砌型式、隧洞用途和造價(jià)是重點(diǎn)，但更為為關(guān)鍵的是地質(zhì)條件。

研究國(guó)內(nèi)外資料和經(jīng)驗(yàn)，分析相關(guān)數(shù)據(jù)圖表，依據(jù)巖體RMR數(shù)值判斷，是掘進(jìn)機(jī)選型的一種經(jīng)驗(yàn)方法。其主要理論觀點(diǎn)是開敞式TBM適合較好的巖石，護(hù)盾式TBM更適合破碎軟弱巖石;開敞式TBM在破碎巖石條件下?lián)窝ルy以工作，護(hù)盾式TBM可利用管片向前推進(jìn)，并有管片保護(hù)。TBM性能與圍巖類別關(guān)系見圖2。

圖2 不同型式的TBM性能與圍巖類別關(guān)系圖

而本工程的圍巖分類見表2。

表2 本工程圍巖類別與RMR分值對(duì)照表

經(jīng)分析，TBM1段Ⅱ、Ⅲ圍巖占89.2%，TBM2段Ⅱ、Ⅲ圍巖占84.8%，TBM3段Ⅱ、Ⅲ圍巖占73.6%，本工程3臺(tái)TBM按不同類別的圍巖長(zhǎng)度加權(quán)計(jì)算RMR分值，均在70以上。從國(guó)外的TBM選型經(jīng)驗(yàn)來看(圖2)，本工程TBM1、TBM2和TBM3段采用敞開式TBM是比較合適的。

3 施工布置

總干線豐滿水庫(kù)取水口～飲馬河分水口段71 992 m主要采用開敞式TBM法施工，分3臺(tái)TBM施工段，共設(shè)8條施工平支洞和1處施工豎井，分別為 1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#施工平支洞和小河沿豎井，其中3#、6#支洞為永久檢修支洞，其他均為臨時(shí)施工交通洞。

3.1 TBM分段

總干線豐滿水庫(kù)取水口～飲馬河段總長(zhǎng)約72 km，1臺(tái)性能優(yōu)良的全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)主機(jī)大軸承的使用壽命一般為1.5萬(wàn)～2.0萬(wàn)h，其他大型結(jié)構(gòu)件一般使用的壽命可掘進(jìn)40～50 km，大修期限一般為13～20 km。

根據(jù)地質(zhì)地形條件，溫德河位于樁號(hào)23+448-24+304m，平均埋深在20m左右，Ⅳ、Ⅴ類圍巖為連續(xù)860 m，比重較大，且有斷層Fw17-2。岔路河位于樁號(hào)48+534-50+222，平均埋深為40 m左右，Ⅳ、Ⅴ類圍巖共220 m，且有斷層Fw24-1、斷層Fw24-2和斷層Fw3。飲馬河隧洞出口以前其他洞段埋深相對(duì)較深，圍巖類別相對(duì)較好。

針對(duì)工程具體情況，掘進(jìn)機(jī)大軸承和大齒圈的壽命需保證完全掘通一條隧洞。由總干線豐滿水庫(kù)取水口～飲馬河段工程的具體情況及目前掘進(jìn)機(jī)的主要構(gòu)件的使用壽命，豐滿水庫(kù)取水口到溫德河段以TBM1為主，鉆爆輔助開挖;溫德河到岔路河段以TBM2為主，鉆爆輔助開挖;岔路河到飲馬河段以TBM3為主，鉆爆輔助開挖。

3.2 支洞布置原則及方案

TBM中間輔助支洞布置主要考慮了以下5個(gè)原則:①便于在施工段中間對(duì)TBM全面進(jìn)行檢修、維護(hù)與保養(yǎng);②縮短供電距離，減少電壓降，確保供電的可靠性;③縮短出渣皮帶長(zhǎng)度和料物運(yùn)輸距離，降低工程造價(jià);④縮短通風(fēng)距離，減少風(fēng)量損失，保證通風(fēng)效果;⑤完成掘進(jìn)段可先行二次模筑混凝土襯砌。

基于以上5項(xiàng)原則，總干線豐滿水庫(kù)取水口～飲馬河段TBM施工共設(shè)置8條平支洞和一處施工豎井，分別為:TBM1段3#支洞、2#支洞、1#支洞;TBM2段 6#支洞、5#支洞、4#支洞;TBM3 段 8#支洞、7#支洞和小河沿豎井。

豐滿水庫(kù)取水口～飲馬河隧洞TMB施工支洞見表3。

表3 豐滿水庫(kù)取水口～飲馬河隧洞TBM施工支洞表

4 結(jié)論

在土地退化、資源短缺、環(huán)境脆弱的今天，當(dāng)隧洞長(zhǎng)度過長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用隧洞掘進(jìn)機(jī)法施工。掘進(jìn)機(jī)的選型則主要考慮地質(zhì)情況，在對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行深入分析后，對(duì)Ⅱ、Ⅲ圍巖占掘進(jìn)機(jī)開挖長(zhǎng)度70%以上，或巖體RMR數(shù)值評(píng)價(jià)在70分以上，要優(yōu)先考慮敞開式掘進(jìn)機(jī)。

長(zhǎng)大隧洞掘進(jìn)機(jī)法施工相對(duì)于鉆爆法可以減少施工支洞的布置數(shù)量，但要充分了解工程的地質(zhì)、地形條件，充分認(rèn)識(shí)掘進(jìn)機(jī)性能。在掘進(jìn)機(jī)效率充分發(fā)揮的同時(shí)，利用鉆爆法處理淺埋、破碎帶等不良地質(zhì)地段。

［1］王夢(mèng)恕，等.巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工及工程實(shí)例［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2004.

［2］張照煌，李福田.全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［3］中國(guó)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì).調(diào)水工程應(yīng)用技術(shù)研究與實(shí)踐［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2009.

［4］袁光裕.水利工程施工:第三版［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.

［5］水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè):第二版.第二卷(施工技術(shù))［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1997.