山西省中部引黄工程深埋长隧洞施工方案的比选

邓娟玲

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原030024）

1 工程概况

山西省中部引黄工程供水范围包括忻州市、吕梁市和临汾市的15个县（市、区），其中忻州市有保德县；吕梁市有兴县、临县、柳林县、离石区、中阳县、石楼县、交口县、孝义市、汾阳市9县（市、区）；临汾市有隰县和汾西县2县。

工程由取水枢纽和输水线路组成。取水枢纽由取水口进水塔、无压隧洞、暗涵、泵站及厂房、洞穿钢管、压力管线、出水池组成。

输水线路由总干线、西干线、东干线、汾孝支线、交汾支线及汾西支线等组成。隧洞长度达308.877km，其中总干线4条隧洞，长194.527km（3#隧洞长119.17km）；东干线隧洞1条，长28.763km；西干线1条隧洞，长85.587km。

本文对于埋深较大、长度较长的总干线3#隧洞部分洞段（桩号83+544.8～134+412.3）和东干线隧洞，进行了施工方案的比选。

2 主要工程地质条件

工程区位于黄河流域，以吕梁山脉中脊为界，西部为入黄支流水系，东部为汾河水系，除东干尾部及其支流外，均处于入黄支流水系。

工程跨越多个地貌单元。包括：偏关临县峁状黄土丘陵区、黑陀山黑茶山西麓梁状黄土丘陵区、云中山芦芽山褶皱断裂高中山区、吕梁山南段侵蚀构造中山区、隰县乡宁破碎黄土塬区、韩侯岭拱隆侵蚀台地区等。

总干3#隧洞：围岩岩性为土洞、斜长角闪岩、石英岩、灰岩、白云岩、泥灰岩、页岩，Ⅱ类围岩长约19.1km、Ⅲ类围岩长约60.0km、Ⅳ类围岩长约2.0km、Ⅴ类围岩长约38.1km，大部分洞段岩溶水地下水位位于洞线以下，可能存在层间水，变质岩洞段地下水位位于洞顶以上，但受地下水影响可能较小。

东干隧洞：围岩岩性为变流纹岩、片麻岩、石英岩状砂岩段、灰岩、白云岩、泥灰岩、页岩，大部分洞段位于地下水位以下，存在施工涌水问题。

3 隧洞施工方案比较

目前来讲，隧洞施工方法为钻爆法和TBM法，其主要是依据工程地质和水文地质，并结合地形条件、隧洞长度和施工技术水平等因素综合考虑分析确定。

3.1 钻爆法与TBM法的优缺点

钻爆法适用范围广、不受隧道断面尺寸和形状限制，对各类围岩均能适用，当地质条件变化时，各种参数和施工工艺可随之变化，具有施工设备组装和工地之间转移方便、重复利用率高等优点，因此在工程实践中，应用相当广泛。但他的缺点是施工工序多、安全性差、掘进速度慢、通风条件差。

TBM施工技术近年来在长隧洞施工中得到了广泛的应用，特别是山西省万家寨引黄工程已多次采用TBM施工，并取得了成功的经验。采用TBM施工，具有作业人员少，掘进速度快，成洞质量好，施工安全和综合经济性好等许多优点。但工程地质与水文地质条件极差，如溶洞多又大、断层多又宽、渗水、涌水、泥石流，长距离破碎带等组合岩层，采用TBM法的风险极大。

3.2 钻爆法与TBM法工期的比较

1）钻爆法方案

总干3#隧洞桩号83+544.8～134+412.3段，总长50.868km，共布置施工支洞15条（20#～34#），支洞长度583～1277m，支洞倾角17.67°～23.08°，支洞总长13.877km；东干线隧洞共布置支洞7条（1#～7#），支洞长度394～1236m，支洞倾角20.51°～30.10°，支洞总长6.262km。

钻爆法施工的最长一个工作面控制主洞加施工支洞3.5km，为本工程的控制工期，参照类似工程的施工进尺，综合进尺按照70m/月考虑，主体工程施工期50个月，施工准备期3个月，总工期53个月。

2）TBM法施工方案

TBM施工洞段围岩岩性主要为灰岩、白云岩、泥灰岩及部分变质岩，硬质岩占绝大多数，线路涉及的硬质岩段其饱和抗压强度多在40～100MPa之间，而TBM最适宜的施工范围在30～120MPa之间，岩性较适合TBM施工，但部分洞段位于地下水位以下，而且线路上以泥灰岩为主的软质岩段强度低，有地下水影响时易产生机身下沉、包机头等现象，同时，该洞段有多处断层，影响掘进及工期。

根据隧洞埋深、地质资料及设计断面，在总干3#隧洞桩号83+544.8～134+412.3段长50.868km以及东干长28.763km采用TBM施工，总干拟采用2台TBM对向掘进，东干拟采用1台TBM自下游向上游掘进。总干3#隧洞TBM施工段主洞埋深300m以上，东干隧洞主洞埋深400m以上，根据TBM施工经验，进洞坡度控制在10%以下，根据地形情况，3#隧洞1#TBM施工段支洞长2.6km，支洞坡度9.6%；3#隧洞2#TBM施工段支洞长2.4km，支洞坡度9.0%；东干隧洞3#TBM施工段支洞长1.8km，支洞坡度8.7%。

由于支洞较长，支洞也考虑TBM掘进，东干主洞长28.763km、支洞长1.8km，作为TBM施工控制工期，综合考虑从TBM生产、运输到安装进洞及预制管片建厂需要周期12个月，参照类似工程的掘进强度，主洞按月进尺750m、支洞按月进尺1000m考虑，主体工程施工期需40个月，总工期52个月。

4 技术经济比较

从TBM对岩性的适宜性来看基本满足要求，但断层及地下水等地质问题的存在增加了TBM施工的风险；从工期来看由于TBM进洞支洞较长，影响了TBM施工段的总工期，仅比钻爆法节省工期1个月；根据总投资比较，虽然TBM方案较钻爆法减少了施工支洞20.139km，但增加了TBM进洞支洞7.2km、通风竖井2.35km及预制管片厂，因此TBM方案较钻爆法方案投资增加9.46亿元（未计入施工占地费用，总占地相差22.5hm2，占地费用相差占投资比重较小）。

综合以上分析，推荐钻爆法施工方案。

5 结束语

隧洞施工方案合理的选择，不仅对降低工程造价、缩短工期、提高工程质量及施工安全有重大的影响，而且对工程能否提前发挥效益具有重大意义。