尚小軍 付曼蓉

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710001）

1 工程概況

引漢濟(jì)渭工程從調(diào)水區(qū)漢江干流和支流子午河上分別修建水源工程黃金峽水利樞紐和三河口水利樞紐，通過穿越秦嶺山脈的輸水隧洞調(diào)水至關(guān)中周至縣境內(nèi)的黃池溝。

引漢濟(jì)渭輸配水干線工程從關(guān)中配水節(jié)點(diǎn)黃池溝起，供水對(duì)象為關(guān)中地區(qū)渭河兩岸的西安市、咸陽市、渭南市、楊凌區(qū)4個(gè)重點(diǎn)城市和所轄的13個(gè)縣級(jí)城市和2個(gè)工業(yè)園區(qū)以及西咸新區(qū)的5個(gè)新城。輸配水干線工程由黃池溝配水樞紐、南干線、過渭干線、渭北東分干線、渭北西支線、渭北北支線及黑河金盆水庫連接洞組成。南干線承擔(dān)西安、渭南兩個(gè)重點(diǎn)城市和戶縣、灃西新城、灃東新城、長安、臨潼及華縣等的輸水任務(wù)，線路全長175.72km，始端設(shè)計(jì)流量43m3/s。

南干線采用無壓流輸水為主，壓力流輸水為輔的方案。全線采用全封閉方式輸水，其中箱涵工程40.37km，管道工程21.95km，隧洞工程99.78km（16座），倒虹吸工程27座，渡槽工程3座，管橋工程1座。

2 南干線工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

2.1 地形地貌

沿線主要經(jīng)過中低山、洪積（扇）平原、河谷階地、黃土臺(tái)塬四個(gè)地貌類型。

2.2 地層巖性

由太古界太華群、前震旦系寬坪群變質(zhì)巖、燕山期花崗巖、第三系沉積巖及第四系松散堆積層組成。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

主要發(fā)育于中低山中，主要構(gòu)造形跡有褶皺、斷層和裂隙三類。

2.4 水文地質(zhì)條件及物理地質(zhì)現(xiàn)象

（1）水文地質(zhì)條件

工程區(qū)內(nèi)的地下水分為基巖裂隙水和第四系孔隙潛水。基巖裂隙水主要賦存于沿線的基巖中，第四系孔隙潛水主要賦存于沿線洪積平原、河谷階地及黃土臺(tái)塬的第四系松散堆積層中。地下水位埋深一般低于設(shè)計(jì)建筑物底部，僅在跨河建筑物、土質(zhì)隧洞部分地段高于建筑物，對(duì)建筑物有一定的影響。

（2）物理地質(zhì)現(xiàn)象

不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要有崩塌、滑坡及黃土沖溝、落水洞。崩塌主要發(fā)育于秦嶺中低山較陡斜坡中，而線路在此段基本以隧洞形式通過，對(duì)線路影響不大；滑坡主要分布于秦嶺中低山及黃土塬邊緣，除1#、2#處對(duì)建筑物有影響外，其余滑坡對(duì)建筑物均無影響；黃土沖溝及落水洞對(duì)建筑物無影響。

2.5 隧洞工程地質(zhì)問題評(píng)價(jià)（見表1）

表1 南干線無壓流方案各隧洞存在的主要工程地質(zhì)問題

3 南干線段隧洞鉆爆法和盾構(gòu)法方案比選

黃池溝～子午水廠段隧洞設(shè)計(jì)流量分為43m3/s和23m3/s，共8條隧洞，總長33.25m。洞室以巖石為主，地下水位一般低于洞底高程，橫斷面采用圓拱直墻形。

子午水廠～南馬水廠段隧洞設(shè)計(jì)流量分為 14.5m3/s和5.9m3/s，共8條隧洞，總長66.53km，結(jié)合地質(zhì)條件和地下水位埋深情況，13#、14#隧洞采用馬蹄形斷面，9#、10#、11#、12#、15#、16#若隧洞采用盾構(gòu)法則用圓形斷面，若采用鉆爆法則用馬蹄形斷面。

1#、4#、7#、8#隧洞圍巖主要為花崗巖和二云石英片巖，為巖石洞段，采用鉆爆法施工；2#、3#、5#、6#、13#、14#隧洞為黃土隧洞，長度不超過2km，采用常規(guī)的土洞施工方法；9#～12#、15#、16#隧洞為黃土或砂質(zhì)粘土隧洞，隧洞長度除9#、16#隧洞外，其余隧洞均超過8km，最長隧洞為12#隧洞，長度32.449km，六條隧洞最大埋深均超過100m，且地下水位均高于洞頂，最高達(dá)75m，因此，對(duì)9#～12#、15#、16#隧洞進(jìn)行鉆爆法和盾構(gòu)法方案比選。

3.1 鉆爆法施工

（1）施工支洞布置

本著減少支洞數(shù)量節(jié)約投資的原則，根據(jù)地形地質(zhì)條件，10#、11#、12#、15#隧洞分別布置施工支洞2、2、9、1座。施工支洞斷面尺寸為6.0m×5.0m，圓拱直墻形斷面。

（2）巖石洞段施工

①開挖施工

隧洞開挖前先進(jìn)行出口邊坡開挖、支護(hù)，邊坡開挖采用潛孔鉆配手風(fēng)鉆鉆爆破孔、人工裝藥自上而下梯段爆破開挖。隧洞采用光面爆破法開挖。

②支護(hù)

隧洞開挖后應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù)。在遇到嚴(yán)重風(fēng)化的圍巖或遇到斷層破碎帶時(shí)采用及時(shí)掛網(wǎng)噴砼或鋼拱架支護(hù)，必要時(shí)進(jìn)行超前錨桿或超前灌漿進(jìn)行加固。

③施工通風(fēng)

進(jìn)出口工區(qū)采用單機(jī)壓入式通風(fēng)。支洞工區(qū)進(jìn)入正洞后需向兩邊開挖，洞口處設(shè)置一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，用三通管及風(fēng)量調(diào)節(jié)閥為兩個(gè)作業(yè)面調(diào)節(jié)供風(fēng)。為保證通風(fēng)效果，在洞底處設(shè)置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，風(fēng)管使用1.0m直徑柔性管道。

④施工供電

考慮到低壓長距離供電時(shí)，電壓下降過大，可將10kV高壓電纜引入洞內(nèi)，在洞內(nèi)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置變壓器降至400/230V使用。洞內(nèi)沿程照明及風(fēng)機(jī)用電設(shè)專用變壓器。

⑤施工排水

出口向上游方向開挖的順坡工段，沿洞底一側(cè)開挖0.4m×0.4m排水溝，自流排水。從進(jìn)口和支洞向下游方向開挖的逆坡工段，每隔200m在洞底一側(cè)開挖1個(gè)2m3集水井，每個(gè)井設(shè)置1臺(tái)水泵進(jìn)行不間斷抽排。

⑥襯砌

隧洞開挖完成后，采用模板臺(tái)車完成洞身混凝土澆筑?；炷吝\(yùn)輸均采用6m3混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，混凝土入倉采用混凝土泵送。底板混凝土澆筑部位采用平板式混凝土振搗器，采用人工灑水養(yǎng)護(hù)。

⑦隧洞灌漿

回填灌漿在隧洞襯砌完成后進(jìn)行，采用填壓式灌漿法。固結(jié)灌漿在每段回填灌漿結(jié)束后進(jìn)行，用手風(fēng)鉆在預(yù)埋灌漿管中鉆孔，灌漿采用移動(dòng)式施工臺(tái)架，注漿設(shè)備選用帶自動(dòng)記錄儀的灌漿泵。

表2 鉆爆法和盾構(gòu)法方案比較表

⑧不良地質(zhì)情況的處理

在勘探預(yù)報(bào)有可能出現(xiàn)的集中涌水段，采用超前鉆孔預(yù)注漿的方法進(jìn)行封堵。在隧洞圍巖周圍形成止水層，最終達(dá)到切斷通道、封堵水路、固結(jié)圍巖的目的。此方法適用于一般出現(xiàn)在斷層、破碎帶或節(jié)理裂隙發(fā)育洞段的線狀滲水，涌水壓力不高，但涌水面大，出水量多的洞段。

對(duì)于突然發(fā)生的集中涌水段，須在離事故突發(fā)點(diǎn)一定安全距離處設(shè)置止?jié){墻，止?jié){墻采用素混凝土現(xiàn)場澆注，并要和周圍巖體連接牢固。

⑨土方洞段施工

根據(jù)地質(zhì)情況，土洞有水段地下水高于洞頂，成洞條件差，需要在洞軸線兩側(cè)打降水井排水。

3.2 盾構(gòu)法施工

（1）盾構(gòu)機(jī)選型

盾構(gòu)機(jī)按開挖模式可分為敞開式與密閉式兩種。敞開式適用于地層條件簡單、自主性好且無地下水的地層；密閉式適用于地層變化復(fù)雜、自立條件差、地下水較豐富的地層。根據(jù)本工程隧洞工程地質(zhì)及水文情況和工程特點(diǎn)，選用密閉式盾構(gòu)機(jī)。密閉式盾構(gòu)機(jī)又分為泥水式和土壓式兩類。泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)較適應(yīng)于較粗顆粒地層及水壓較高的地層，通過泥漿在砂土地層形成泥膜，以保持開挖面的穩(wěn)定；土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)較適應(yīng)于粉細(xì)顆粒地層，切削的渣土易獲得塑性流動(dòng)性和不透水性。隧洞圍土的組成大部分為黃土和壤土，屬細(xì)顆粒地層，故宜選用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)。

根據(jù)各隧洞的長度及相互位置,初步考慮9#、10#隧洞采用1臺(tái)盾構(gòu)機(jī),從10#隧洞出口向9#隧洞進(jìn)口方向掘進(jìn),掘進(jìn)長度13.49km,隧洞內(nèi)徑4.3m,管片厚度0.35m,刀盤直徑5m,開挖直徑5.28m；11#隧洞選用1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，從出口向進(jìn)口方向掘進(jìn)，掘進(jìn)長度9.24km,隧洞內(nèi)徑4.3m,管片厚度0.35m,刀盤直徑5m,開挖直徑5.28m；12#隧洞選用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，1臺(tái)從進(jìn)口向下游方向掘進(jìn),掘進(jìn)長度9.02km,隧洞內(nèi)徑3.6m,管片厚度0.35m,刀盤直徑D=4.3m,開挖直徑4.58m,另1臺(tái)從出口向上游方向掘進(jìn)，掘進(jìn)長度23.35km，隧洞內(nèi)徑3m,管片厚度0.35m,刀盤直徑D=3.7m,開挖直徑3.98m;15#、16#隧洞選用1臺(tái)盾構(gòu)機(jī),從16#隧洞出口向15#隧洞進(jìn)口方向掘進(jìn),掘進(jìn)長度10.55km,隧洞內(nèi)徑3m,管片厚度0.35m,刀盤直徑3.7m,開挖直徑3.98m。

（2）盾構(gòu)機(jī)安裝調(diào)試

洞外場地比較開闊，盾構(gòu)機(jī)組裝在洞外進(jìn)行，可減少在洞內(nèi)設(shè)組裝洞，減少施工難度和工程量。主機(jī)等部件運(yùn)至安裝場地，采用龍門吊進(jìn)行組裝，組裝完成后進(jìn)行刀盤、后配套以及輔助設(shè)備等的安裝，并與主機(jī)聯(lián)合調(diào)試好后，才能準(zhǔn)備掘進(jìn)。

施工前采用鉆爆法開挖進(jìn)洞，以便于設(shè)備調(diào)整、定位及首發(fā)掘進(jìn)。主機(jī)和后配套組裝調(diào)試完成，從始發(fā)洞開始掘進(jìn)。安裝后部出渣用連續(xù)皮帶機(jī)，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)和連續(xù)皮帶機(jī)的聯(lián)合調(diào)試，調(diào)試結(jié)束后，可開始試掘進(jìn)。

（3）主洞開挖

開挖施工程序?yàn)椋憾纯谇謇怼茨樦ёo(hù)→鉆爆法開挖步進(jìn)洞→洞外盾構(gòu)機(jī)及其后配套組裝→掘進(jìn)機(jī)步進(jìn)→開始掘進(jìn)施工→全洞貫通→盾構(gòu)機(jī)拆除。

在掘進(jìn)施工時(shí)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，同時(shí)啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸，將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)，切削下來的渣土充滿泥土倉，此時(shí)開動(dòng)螺旋輸送機(jī)將切削下來的渣土排送到皮帶輸送帶上，將渣土轉(zhuǎn)載于出渣設(shè)備上。

（4）施工通風(fēng)

在洞口布置壓入式通風(fēng)機(jī)，進(jìn)行壓入式通風(fēng)，洞內(nèi)每約1.5km設(shè)置通風(fēng)機(jī)進(jìn)行加壓。風(fēng)管使用柔性管道。

（5）施工供電

施工期供電采用高壓電纜入洞，高壓電纜末端接至盾構(gòu)機(jī)后配套上自帶變壓器一側(cè)，通過它向盾構(gòu)機(jī)及其后配套供電。皮帶機(jī)、洞內(nèi)沿程照明及風(fēng)機(jī)用電設(shè)專用變壓器，在高壓電纜上安裝進(jìn)口三通頭引接。為確保隧道通風(fēng)、排水及照明用電，洞外設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組，在電網(wǎng)意外停電時(shí)應(yīng)急使用。

（6）出渣方式

出渣采用有軌運(yùn)輸運(yùn)行方式，渣土通過盾構(gòu)機(jī)傳輸膠帶送至礦車出渣，每列由電瓶車牽引梭礦車出渣至洞外，再由2m3裝載機(jī)配10t自卸汽車轉(zhuǎn)渣至棄渣場。

（7）管片拼裝

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一環(huán)距離后，通過管片拼裝機(jī)通縫或錯(cuò)縫拼裝襯砌管片。為了給盾構(gòu)機(jī)換刀密封，需要2km～3km設(shè)置豎井或者支洞。南干線 9#、10#、11#、12#、15#、16#隧洞鉆爆法與盾構(gòu)法方案比選情況見表2。

經(jīng)過分析比較，南干線 9#、10#、11#、12#、15#、16#隧洞宜采用盾構(gòu)法施工。陜西水利

[1]王文成.引漢濟(jì)渭輸配水干線工程項(xiàng)目建議書[R].陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，2014.

[2]張鳳祥.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.