王曙華，張安平

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

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掘進(jìn)機(jī)在三仙湖水庫工程泄洪隧洞施工中的應(yīng)用探討

王曙華，張安平

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

遂寧市安居區(qū)三仙湖水庫在施工階段選用掘進(jìn)機(jī)施工隧洞。本文以樞紐工程放空供水泄洪隧洞為例，介紹了掘進(jìn)機(jī)的選型設(shè)計(jì)和施工優(yōu)、缺點(diǎn)，總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，為今后水工隧洞的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

三仙湖水庫工程 水工隧洞 設(shè)計(jì)與施工 掘進(jìn)機(jī) 鉆爆法

1 工程概況

三仙湖水庫位于四川省遂寧市安居區(qū)東禪鎮(zhèn)三岔溝村，是一座以灌溉及安居城區(qū)供水為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村人畜供水等綜合利用的中型水利工程，設(shè)計(jì)灌溉面積0.344萬hm2，年供水總量2185×104m3。水庫正常蓄水位320.00m，總庫容1742×104m3，興利庫容1362×104m3，大壩采用碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩，最大壩高41.0m。三仙湖水庫由樞紐工程、補(bǔ)水工程、灌溉工程和供水工程等組成。放空供水泄洪隧洞布置在右壩肩，除用作水庫正常放空外，還參與供水與泄洪任務(wù)。隧洞由進(jìn)口段、閘門豎井段、洞身段和出口消能段等組成，隧洞全長265.4m，出口采用錐形閥控制下泄流量。

2 方案比選

在初步設(shè)計(jì)階段，三仙湖水庫采用鉆爆法進(jìn)行隧洞施工的設(shè)計(jì)方案，在2013年7月工程動(dòng)工后，比選了掘進(jìn)機(jī)施工隧洞的設(shè)計(jì)方案。

掘進(jìn)機(jī)是20世紀(jì)50年代初在美國發(fā)展起來的地下工程施工機(jī)械，70年代日趨成熟，至今已成為一種高科技水平的隧洞施工機(jī)械。我國在20世紀(jì)80年代后期，水利工程建設(shè)開始引進(jìn)國外技術(shù)，先進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)連同管理經(jīng)驗(yàn)由國外承包商首先引入國內(nèi)水利水電工程的建設(shè)中。全國各地已有許多工程采用過掘進(jìn)機(jī)施工，目前吉林中部城市供水工程、西藏旁多灌溉輸水洞工程等均采用掘進(jìn)機(jī)施工。

隧洞施工采用掘進(jìn)機(jī)和鉆爆法兩種方式相比較，隧洞開挖工程量相同，工程直接投資相同，從經(jīng)濟(jì)角度兩種方案并無明顯優(yōu)劣。采用掘進(jìn)機(jī)施工隧洞單向平均進(jìn)尺可保證8.00m/d～10.00m/d，采用鉆爆法施工隧洞單向平均進(jìn)尺僅3.00m/d～5.00m/d，從工期進(jìn)度角度掘進(jìn)機(jī)有明顯優(yōu)勢。使用鉆爆法施工隧洞產(chǎn)生振動(dòng)、煙塵等對周邊環(huán)境和施工人員安全影響較大，使用掘進(jìn)機(jī)施工隧洞可有效避免類似情況。

綜合考慮工期、施工質(zhì)量、施工新工藝等因素，三仙湖水庫采用掘進(jìn)機(jī)代替鉆爆法施工放空供水泄洪隧洞，為今后水工隧洞的設(shè)計(jì)和施工提供經(jīng)驗(yàn)參考。

3 掘進(jìn)機(jī)選型

隧洞沿線的地質(zhì)構(gòu)造和底層巖性是決定掘進(jìn)機(jī)施工適應(yīng)性的主要因素，也是掘進(jìn)機(jī)選型和控制施工速度的主要依據(jù)。三仙湖水庫放空供水泄洪隧洞洞身圍巖為J3s2層紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖，巖層產(chǎn)狀N65°～75°W/SW∠1°～3°，新鮮粉砂質(zhì)泥巖段巖體完整性較好，但粉砂質(zhì)泥巖為軟質(zhì)巖，巖體強(qiáng)度極低，圍巖穩(wěn)定性較差，巖體抗風(fēng)化力較弱，成洞條件較差，圍巖類別為Ⅳ類。砂巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度平均為33.67MPa，粉砂質(zhì)泥巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度平均為7.97MPa。隧洞洞身設(shè)計(jì)為圓型有壓隧洞，根據(jù)水力計(jì)算，隧洞內(nèi)直徑為2.20m，外直徑為3.20m。

首先本工程圍巖整體性較好，宜采用開敞式掘進(jìn)機(jī)，其次圍巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度為5MPa～50MPa之間，可采用低、中功率的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，同時(shí)結(jié)合隧洞斷面尺寸和其他工程類比，本工程選定EBZ160A型掘進(jìn)機(jī)施工放空供水泄洪隧洞。

4 掘進(jìn)機(jī)優(yōu)、缺點(diǎn)

三仙湖水庫放空供水泄洪隧洞貫通后，總結(jié)了掘進(jìn)機(jī)施工水工隧洞的優(yōu)、缺點(diǎn)如下：

4.1 掘進(jìn)機(jī)施工的優(yōu)點(diǎn)

(1)效率高：連續(xù)作業(yè)，能保證破巖、出渣、支護(hù)一條龍作業(yè)，并且在掘進(jìn)過程中可同時(shí)進(jìn)行錨固、鋼支撐、噴射混凝土等初期支護(hù)，提高作業(yè)效率。就該隧洞而言，在無停電、維修等制約條件下，采用掘進(jìn)機(jī)施工隧洞單向平均進(jìn)尺可保證8.00m/d～10.00m/d；

(2)開挖施工質(zhì)量好：超挖量少，內(nèi)壁光滑，不存在凹凸現(xiàn)象，隧洞襯砌后成型面完整。隧洞掘進(jìn)完成后現(xiàn)場見圖1；

圖1 放空供水泄洪隧洞掘進(jìn)完成現(xiàn)場

(3)對巖石的擾動(dòng)?。壕蜻M(jìn)機(jī)采用鉆頭削切的方式破巖，相比爆破法對隧洞周邊圍巖的破壞性小，成洞要求更低，降低初期支護(hù)費(fèi)用，保證施工人員的安全；

(4)作業(yè)環(huán)境好：掘進(jìn)過程中全程采用濕法作業(yè)，且采用高性能的集塵器，不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，除非必要的保養(yǎng)維護(hù)外，可連續(xù)作業(yè)，對洞內(nèi)施工人員的健康起到極大的保護(hù)作用。

4.2 掘進(jìn)機(jī)施工的缺點(diǎn)

(1)設(shè)備成本高：選定EBZ160A型掘進(jìn)機(jī)價(jià)值380多萬元；

(2)操作技術(shù)員要求高：操作員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)并結(jié)業(yè)，且進(jìn)入工作面適應(yīng)期需要3d～5d；

(3)維護(hù)費(fèi)用高：當(dāng)掘進(jìn)較硬圍巖時(shí)，易造成截齒超前磨損，影響掘進(jìn)效率，需更換新的截齒；

(4)在隨后的三仙湖水庫補(bǔ)水渠隧洞施工過程中，發(fā)現(xiàn)EBZ160A型掘進(jìn)機(jī)在隧洞進(jìn)尺超過600m的情況下，掘進(jìn)機(jī)切割功率變小，不能對砂巖進(jìn)行正常切割，隧洞單向平均進(jìn)尺僅2.00m/d～4.00m/d。咨詢生產(chǎn)廠家后得到回復(fù)，該類型掘進(jìn)機(jī)是通過高壓輸電線路直接接到掘進(jìn)機(jī)上，長距離高壓線會(huì)導(dǎo)致電壓衰減，要解決長隧洞的施工進(jìn)度緩慢問題，需在600m左右設(shè)置高壓升壓器。

根據(jù)國內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的使用情況，已建工程中未提及在長隧洞施工由于電壓衰減而產(chǎn)生的情況，所以三仙湖水庫工程中掘進(jìn)機(jī)的使用存在值得探討的地方。

5 結(jié)語

截至2013年7月三仙湖水庫工程開工建設(shè)，四川省的水利工程隧洞還沒有采用掘進(jìn)機(jī)施工過，以前均采用鉆爆法施工。三仙湖水庫工程作為四川省開工建設(shè)的重點(diǎn)中型水利工程，以放空供水泄洪隧洞作為工程實(shí)例，對掘進(jìn)機(jī)施工水工隧洞進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證了在水工隧洞采用掘進(jìn)機(jī)施工是可行的、合適的，同時(shí)也總結(jié)了掘進(jìn)機(jī)施工的優(yōu)、缺點(diǎn)，并且發(fā)現(xiàn)在施工過程中還存在掘進(jìn)機(jī)施工組織設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)、施工經(jīng)驗(yàn)不足等問題。

掘進(jìn)機(jī)施工水工隧洞在四川省水利工程中還處于起步摸索階段，在施工當(dāng)中還存在各種有待于解決的問題，通過對本工程掘進(jìn)機(jī)施工水工隧洞的建設(shè)實(shí)例探討，為今后的水工隧洞設(shè)計(jì)和施工提供經(jīng)驗(yàn)參考。

〔1〕SL279-2016，水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

〔2〕熊啟鈞.取水輸水建筑物叢書——隧洞[M].北京：中國水利水電出版社，2009.■

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