高 峰，田 錚，建國(guó)威

(1.陜西華海水利工程有限公司，陜西 西安 710003；2.陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710000)

0 引言

水利工程建設(shè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，即保障了糧食安全，改善了生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也促進(jìn)了工農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高人民的生活質(zhì)量。本文以四川眉山市龔家堰水庫擴(kuò)建工程中的馬馬山隧洞工程為例，淺析了小斷面軟圍巖的較短引水隧洞的施工優(yōu)選方案，針對(duì)施工中的種種復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，提出施工的具體措施，對(duì)銑挖法在本類工程施工中所具有的先進(jìn)性、優(yōu)越性進(jìn)行了實(shí)例探究。通過經(jīng)濟(jì)和效益分析，闡述了本工法在工程施工成本、進(jìn)度、安全性及環(huán)境影響等方面控制中所發(fā)揮的重要作用。以期為幫助其他施工隊(duì)伍解決同類施工中相關(guān)問題提供綜合性工程參考。

1 工程概況

四川省眉山市龔家堰水庫位于岷江下游左岸一級(jí)支流王店河上游河段，是東風(fēng)渠灌區(qū)內(nèi)眉山市彭山區(qū)已成的一座小(1)型囤蓄水庫，大壩位于黃豐鄉(xiāng)共和村，距彭山城區(qū)約7.0 km。工程于1958年4月動(dòng)工興建， 1959年12月竣工。壩址以上控制集水面積 7.3 km2，多年平均來水量 296×104m3，總庫容323×104m3。水庫設(shè)計(jì)控灌面積5.13萬畝，受水源條件限制和灌區(qū)未配套建設(shè)，僅實(shí)現(xiàn)灌溉面積1.26萬畝。近年來，隨著城市的發(fā)展，水庫又承擔(dān)了城市供水任務(wù)。龔家堰水庫擴(kuò)建后是一座具有灌溉和彭山城區(qū)供水為主，兼顧?quán)l(xiāng)村人畜供水等綜合利用功能的中型水利工程。

龔家堰水庫擴(kuò)建工程渠道工程Ⅲ標(biāo)為彭眉支渠，從右干渠末端分水后向南經(jīng)倪家溝、 大叢林隧洞折向西南采用渡槽跨深井溝，渠道繼續(xù)向南前行，經(jīng)羅家溝渡槽、大沖頭渡槽、 祖家溝渡槽，至馬馬山隧洞出口止(招標(biāo)階段線路修正后，渠末樁號(hào)PMZ4+237.43)。 渠道工程Ⅲ標(biāo)的彭眉支渠渠首設(shè)計(jì)水位460.69 m，渠首設(shè)計(jì)流量0.75 m3/s，加大流量0.98 m3/s，控灌面積1.37萬畝?？傞L(zhǎng)度4.237 km，其中明渠5處，長(zhǎng)度1.362 km，占32.13%；暗渠2處，總長(zhǎng)度0.555 km，占13.09%；布置隧洞5座，長(zhǎng)1.247 km，占29.42%；布置渡槽4 座，長(zhǎng)0.756 km，占17.84%；倒虹管1座，水平長(zhǎng)0.311 km，占7.34%。

水力要素：設(shè)計(jì)流量0.75 m3/s，加大流量0.98 m3/s， 設(shè)計(jì)水深0.52 m3/s， 加大水深0.63 m3/s。

圍巖情況：進(jìn)口段，長(zhǎng)度50 m，地形坡度5°～15°，第四系堆積卵礫石土厚3.2～11.0 m，洞室埋深7.0～15.0 m。洞室在粉砂質(zhì)泥巖的強(qiáng)風(fēng)化下限附近通過，圍巖為V類。洞身段，長(zhǎng)度365.27 m，隧洞橫穿山丘，垂直理深10.0～24.0 m，第四系堆積粘土夾卵石厚度8～15 m，洞室在粉砂質(zhì)泥巖弱風(fēng)化的中部通過，巖層產(chǎn)狀N8°E/SE<4°，圍巖為IV類。出口段，長(zhǎng)125 m，地形坡度5°～15°，以第四系堆積粘土夾卵石和強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖為主，圍巖類別為Ⅳ、V類。

2 隧洞施工方案比較

本工程隧洞圍巖以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，現(xiàn)以Ⅳ類圍巖開挖方式為例說明我部的開挖方案及措施，對(duì)Ⅲ、Ⅴ類圍巖的開挖參照Ⅳ類圍巖開挖方式進(jìn)行施工。

根據(jù)進(jìn)度、圍巖及場(chǎng)地其它條件，馬馬山隧洞可選擇的開挖掘進(jìn)有鉆爆法、破碎錘開挖、銑挖法等施工方法。

2.1 鉆爆法施工特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：鉆爆法施工適用范圍廣，可以開挖各種形狀、尺寸、大小的地下洞室，比較靈活，可以很快地開始開挖施工。既可采用比較簡(jiǎn)單便宜的施工設(shè)備，也可采用先進(jìn)、高效的施工設(shè)備。既可以適應(yīng)堅(jiān)硬完整的圍巖，也可以適應(yīng)較為軟弱破碎的圍巖。

缺點(diǎn)：由于采用炸藥爆破，造成有害氣體，對(duì)通風(fēng)要求較高。一般開挖隧洞，單頭推進(jìn)長(zhǎng)度不能超過2 km，否則不能及時(shí)散煙，就會(huì)影響工期。鉆爆法由于采用爆炸，在人口密集地區(qū)不能采用，因?yàn)檎饎?dòng)可能影響附近的建筑或居民生活。圍巖較軟時(shí)一次支護(hù)成型輪廓難以控制。

2.2 破碎錘開挖施工特點(diǎn)

單純的采用破碎錘開挖，超欠挖控制不均衡，超挖現(xiàn)象比較嚴(yán)重，并且開挖效率低。

2.3 銑挖法開挖施工特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：使用銑挖機(jī)開挖隧道，適用范圍廣，特別比較適用于在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖條件下的隧道開挖，減小了對(duì)圍巖的擾動(dòng)，避免由于爆破振動(dòng)而造成的巖石強(qiáng)度降低，巖石結(jié)構(gòu)松動(dòng)，巖石結(jié)構(gòu)局部破裂等不利情況；有利于保護(hù)巖體原有的自承能力，不易造成大面積變形及局部塌方；適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以挖掘任意形狀和尺寸的斷面；可選擇的銑挖機(jī)快速換裝系統(tǒng)，可在30秒種之內(nèi)實(shí)現(xiàn)挖斗與銑挖機(jī)的更換，突破以鉆孔爆破的循環(huán)施工方式，實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)；利用銑挖機(jī)開挖隧道便于控制超欠挖，實(shí)現(xiàn)隧道輪廓的精確成型，特別隧道局部施工時(shí)。

缺點(diǎn)：適用范圍相對(duì)較小，對(duì)于圍巖強(qiáng)度較高的隧道，開挖效率低或無法開挖；開挖石方的成本相對(duì)較高；開挖時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的粉塵。

2.4 施工方案比選分析

銑挖機(jī)施工適用于在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖條件下的隧道開挖，減小了對(duì)圍巖的擾動(dòng)，減少對(duì)周圍村莊的擾動(dòng)；該方法工作效率高，便于控制超欠挖，實(shí)現(xiàn)隧道輪廓的精確成型，更具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。故選用AXW-100B銑挖機(jī)進(jìn)行施工。

3 銑挖法施工方案及方法

3.1 銑挖機(jī)掘進(jìn)

本工程隧洞斷面較小，采用全斷面施工開挖方法。按照從上往下、自中間向周邊的順序進(jìn)行施工；如掌子面距周邊距離很近，由于切削鼓不是垂直于巖面，施工中可能存在死角，需要人工用風(fēng)鎬鑿除。拱腳處的開挖由專人指揮，不可超挖，預(yù)留 10～20 cm 厚隨后用風(fēng)鎬鑿除，保證鋼架安裝時(shí)拱腳落在實(shí)處。開挖完后，由測(cè)量人員對(duì)開挖尺寸進(jìn)行量測(cè)，對(duì)于欠挖部分繼續(xù)用銑挖機(jī)沿隧道輪廓線進(jìn)行修邊，且滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。另外還應(yīng)注意不要使切削鼓碰撞或銑挖已成型的初期支護(hù)和靠近掌子面開挖輪廓線附近的超前支護(hù)，避免使已作支護(hù)擾動(dòng)、破壞(見圖1)。

圖1 銑挖機(jī) 圖2 銑挖機(jī)工作出渣作業(yè)

3.2 支護(hù)方式

每循環(huán)開挖結(jié)束后，對(duì)局部穩(wěn)定差的巖體及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)錨桿支護(hù)，噴錨支護(hù)滯后開挖作業(yè)面不大于30 m。先初噴3 cm厚混凝土，按設(shè)計(jì)要求制作及施工錨桿(Φ22，L=2.0 m)，再掛拱部鋼筋網(wǎng)(φ6，20×20 cm的方網(wǎng))，最后再噴5 cm厚混凝土。墻部臨時(shí)支護(hù)按先施作系統(tǒng)錨桿(Φ22，L=2.0 m)，再掛網(wǎng)，最后噴5 cm厚混凝土，必要時(shí)采用I10工字鋼架進(jìn)行支撐，鋼拱架間距為1～1.5 m，φ20鋼筋做連接筋，環(huán)向間距0.4～0.4 m。Ⅲ類圍巖臨時(shí)支護(hù)采用隨機(jī)錨桿配合掛(φ6，20×20 cm)鋼筋網(wǎng)，再進(jìn)行素噴混凝土，厚度為10 cm。Ⅴ類圍巖臨時(shí)支護(hù)采用I10工字鋼支撐，掛φ6，20×20 cm的鋼筋網(wǎng)，系統(tǒng)錨桿(Φ22，L=2.0 m)，最后噴5 cm混凝土。

3.3 出渣

隧洞斷面較小，銑挖機(jī)前置鏟斗，通過皮帶輪將土方運(yùn)輸至農(nóng)用車，然后農(nóng)用車在將土方運(yùn)至洞外指定碴場(chǎng)(見圖2)。

4 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析

針對(duì)本工程項(xiàng)目特點(diǎn)，項(xiàng)目部采用了銑挖機(jī)進(jìn)行引水隧道開挖，從施工效果來看，對(duì)圍巖擾動(dòng)較小，能很好的控制對(duì)周圍居民的影響，減少安置費(fèi)用。在施工中節(jié)約了成本，加快了工期，受到業(yè)主單位好評(píng)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，下面以本項(xiàng)目中隧洞之一馬馬山隧洞的施工為例，從成本、進(jìn)度、安全性及環(huán)境影響方面進(jìn)行分析如下。

4.1 成本分析

(1)精確控制了開挖面，解決了超欠挖問題，降低了工程成本造價(jià)。馬馬山隧道采用銑挖機(jī)施工方法，隧道暗洞長(zhǎng)540.27 m，由于采用了銑挖法，精確控制了開挖掌子面，有效解決了隧洞施工中的超挖問題，平均超挖可控制在5 cm內(nèi)，比爆破開挖及破碎錘開挖法超挖可減少5 cm，可減少超挖量0.227 m3/m,總可減少超挖量122.64 m3，根據(jù)工程造價(jià)362.38元/m3，可節(jié)約4.44萬元。

圖3 不同開挖方法的超挖量對(duì)比圖 圖4 銑挖法施工成本節(jié)約情況

(2)減少了機(jī)械和材料使用數(shù)量，降低了成本。根據(jù)馬馬山工程施工基本情況，可提前15天完工，掘進(jìn)機(jī)械及配套出渣設(shè)備租賃使用費(fèi)為35 000元/月，則可節(jié)約機(jī)械費(fèi)用1.75萬元。經(jīng)計(jì)算，每延米可節(jié)省混凝土約0.227 m3，共可節(jié)省122.64 m3，按照噴射砼費(fèi)用計(jì)算可節(jié)省費(fèi)用約8.1萬元。機(jī)械和材料節(jié)約成本費(fèi)用合計(jì)9.85萬元。

(3)減少了施工作業(yè)人員，降低了人工費(fèi)。本工程馬馬山隧洞施工，提前工期15天，每天施工人員6人，平均400元/日，則可節(jié)約人工費(fèi)用3.6萬元。

4.2 進(jìn)度分析

鉆爆法等其它施工方法工期約為57 d，銑挖法施工平均每天掘進(jìn)13 m，工期為42 d，工期提前約15 d。為整個(gè)項(xiàng)目的按要求完工提供保障。

4.3 安全性及環(huán)境影響分析

對(duì)圍巖擾動(dòng)較小，保護(hù)了圍巖的承載力，避免了結(jié)構(gòu)破碎松動(dòng)，強(qiáng)度減低。降低了圍巖局部變形和塌方的風(fēng)險(xiǎn)程度，有效的控制了安全事故的發(fā)生。

銑挖法施工操作人員距離掌子面較遠(yuǎn)，出渣采用皮帶輪裝卸，保護(hù)了施工人員，提高了施工安全性。

銑挖法掘進(jìn)中，洞室粉塵通過采用相關(guān)工程技術(shù)措施后，遠(yuǎn)小于鉆爆法爆破所形成的煙塵和粉塵，減少了有害氣體排放，改善了施工環(huán)境，降低了職業(yè)病發(fā)生的程度，保障了施工人員職業(yè)健康。

本工法施工，振動(dòng)小，煙粉塵排出量較少，對(duì)周邊居民及設(shè)施擾動(dòng)有限，基本不會(huì)影響周邊環(huán)境。

5 結(jié)語

本工程針對(duì)小斷面短距離軟圍巖引水隧洞，采用銑挖機(jī)開挖方法進(jìn)行施工，開挖輪廓平順，有效地控制了常見的超挖問題，節(jié)約了工程成本、縮短了工期。同時(shí)減少了有害氣體的排放，改善了施工環(huán)境，對(duì)周邊居民區(qū)擾動(dòng)小。為整個(gè)項(xiàng)目的順利完成提供了保障。