文得根水库至乌兰浩特段输水隧洞施工方案比选

刘牧冲，韩闯

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

文得根水库至乌兰浩特段输水隧洞施工方案比选

刘牧冲，韩闯

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

引绰济辽工程是自绰尔河引水，向沿线兴安盟、通辽市各旗县（市、区）城区及工业园区供水为主的大型引水工程，工程由文得根枢纽水源工程及长度389.52 km的输水线路工程组成。其中，文得根枢纽至乌兰浩特段2号输水隧洞长度58.505 km。文中主要介绍了工程前期设计阶段2号输水隧洞施工方案的提出、比选、分析、论证以及最优方案确定的过程。

引绰济辽；输水隧洞；施工；方案比选

1 工程概况

引绰济辽工程是自绰尔河引水到西辽河，向沿线兴安盟、通辽市各旗县（市、区）城区及工业园区供水为主要开发任务的大型引水工程，由水源工程及输水工程组成。水源工程为文得根水利枢纽工程。输水工程起点为文得根枢纽，终点为通辽地区莫力庙水库，线路全长389.52 km。

文得根枢纽至乌兰浩特段输水工程供水对象为乌兰浩特工业园区，该段线路长度71.323 km，由1号、2号输水隧洞和特默河暗涵及洮儿河倒虹吸组成，输水线路年输水量为4.88×108m3，设计流量为18.58 m3/s，其中2号输水隧洞全长58.505 km。

2 工程地质条件

2号输水隧洞工程区位处内蒙—兴安褶皱系（Ⅱ）二连浩特褶皱带（Ⅱ4），断裂构造总体不太发育，无区域性断裂、活动断裂穿越。

线路沿线地层有二叠系下统清风山组（P1q）、大石寨（P1d）、侏罗系中统新民组（J2x）、侏罗系上统玛尼吐组（J3mn）、白音高老组（J3b）、燕山期侵入岩（γ52）、华力西期侵入岩（γ43），岩性主要为厚层—巨厚层状凝灰岩、凝灰角砾岩、酸性熔岩、凝灰砂砾岩、变质砂岩、板岩、安山岩，侵入岩为致密块状花岗岩、花岗斑岩，以及部分第四系河流冲洪积层和坡残积层。

线路沿线地下水按其埋藏条件和含水介质类型主要分为河谷第四系松散岩类孔隙潜水及基岩风化网状裂隙水两类。

线路沿线围岩类别为Ⅴ类围岩约占11%，Ⅳ类围岩约占15%，Ⅲ类围岩约占54%，II类20%。

3 施工方案拟定

2号输水隧洞工程区地形相对平缓，隧洞埋深不大，具备设置施工支洞的条件，采用钻爆法进行开挖施工是可行的；同时，隧洞线路较长，且沿线围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主（约占74%），岩石以凝灰岩、砂岩、花岗岩为主，抗压强度50～100 MPa，沿线无较大断层，也基本适应TBM掘进机的施工要求。根据隧洞洞线布置并结合工程区地形、地质条件，拟定了TBM+钻爆法联合施工方案（含TBM机型比选）和钻爆法施工方案进行比选。

4 施工方案设计

4.1 TBM+钻爆法联合施工方案设计

4.1.1 TBM设备机型比选

方案重点对敞开式TBM和双护盾式TBM进行比选。影响掘进机选型的主要因素是工程及水文地质，本段输水隧洞地质及水文条件均适合两种掘进机机型进行施工，则选型结果主要由工期及投资决定。

1）双护盾式TBM机型方案。双护盾式TBM机型方案输水主洞采用预制管片一次支护型式。

方案布置上，2号输水主洞采用2台双护盾式TBM施工，分别承担24.87 km和26.15 km开挖支护任务，TBM施工段总长度51.02 km。本方案共设置5条施工支洞，做为开挖出渣、混凝土衬砌、施工材料运输通道。其中3号、5号支洞分别作为TBM始发通道，1号、3号支洞作为TBM施工结束步出通道，为考虑减少出渣运距和供风、供水等后配套长度，在TBM施工段中部分别布置了2号、4号支洞，施工支洞全长5 040.39 m。

施工工期上，该方案TBM掘进可以做到掘进与衬砌同步进行，综合月进尺指标采用每月550 m，关键线路为TBM步入施工支洞施工（10个月）→组装洞土建施工及TBM组装调试（5个月）→TBM掘进及中途转场（47个月），总工期合计62个月。

双护盾式TBM机型方案工程静态总投资为30.47亿元。

2）敞开式TBM机型方案。敞开式TBM机型方案主洞支护采用锚喷一次支护+现浇混凝土衬砌二次支护型式。

方案布置上，2号输水主洞采用2台敞开式TBM施工，施工支洞布置与双护盾机型方案相同，共设置5条施工支洞。同时，为缩短后期衬砌工期，每台TBM施工段布置4处竖井作为混凝土衬砌、施工材料运输通道。施工支洞全长5 040.39 m，竖井全长809.30 m。

施工工期上，采用敞开式TBM施工程序为先掘进后衬砌支护，掘进速度指标为每月600 m，单工作面衬砌速度为每月150 m，关键线路为施工支洞施工（10个月）→组装洞土建施工及TBM组装调试（5个月）→TBM掘进及中途转场（32个月）→主洞衬砌（15个月），总工期合计62个月。

敞开式TBM机型方案工程静态总投资为28.01亿元。

3）推荐TBM机型。通过对两种TBM机型的施工方案比较，两种方案在技术上均是可行的。经济上，敞开式TBM机型方案较双护盾式机型方案投资少2.46亿。TBM设备选型推荐采用敞开式TBM作为掘进设备。

4.1.2 施工布置及施工交通

TBM+钻爆法联合施工方案主要根据施工支洞、竖井布置情况及料场位置进行工区划分及相应临建配套设施的布置。共布置5条施工支洞和8处施工竖井，划分18个工区，施工永久占地总面积约为45 hm2，临时占地总面积约为325 hm2。场内施工道路利用现有道路7.5 km，改扩建道路23.60 km，新建道路34.50 km，总里程65.60 km。

4.1.3 施工工期及投资

该方案施工总工期为62个月，工程静态总投资为28.01亿元。

4.2 钻爆法联合施工方案设计

1）施工支洞布置。根据2号输水隧洞布置情况及沿线地形、地质条件以及控制主洞施工长度等条件，共设置13条施工支洞，做为开挖出渣、混凝土衬砌、施工材料运输通道。施工完成后，根据工程管理要求，对2号、4号、6号、8号、10号、12号等6条施工支洞保留、改造，在运行期作为永久检修通道，并可起到通风补气的作用，其余施工支洞全部封堵。施工支洞全长11 020.31 m。

2）施工布置及施工交通。该方案共划分18个工区，施工永久占地总面积约为75 hm2，临时占地总面积约为288 hm2。场内施工道路利用现有道路7.53 km，改扩建道路12.99 km，新建道路36.28 km，总里程56.80 km。

3）施工工期及投资。该方案施工总工期为62个月，工程静态总投资为26.91亿元。

5 施工方案比选及结论

施工方案的比选主要从施工条件、水保、环保、移民、施工工期及工程投资等方面进行论述。

5.1 施工条件

1）施工的难易性。钻爆法施工方案施工技术上简单成熟，引水隧洞埋深不大，工程区地形相对较为平缓，具备施工支洞的布置条件；但施工过程相对以人工为主，安全系数及机械化程度较低，施工人员的体力劳动强度较大。

TBM+钻爆法联合施工方案部分洞段采用TBM施工，掘进的同时完成破岩、出渣、支护等流水线作业，机械化程度高，减少了洞内人员的数量，降低了作业人员的劳动强度；但使用TBM施工，同样也存在一定的问题，譬如设备一次性投资大、制造周期长、设备重量大，转移和装卸运输相对困难，对工人操作的要求标准较高；TBM施工对地质地层状况变化情况比较敏感，对于破碎带、断层、塌陷、涌水等地段的施工适应性较差，具有一定的技术风险。

2）施工安全性。钻爆法施工方案容易造成应力集中，引起围岩失稳破坏，施工环境的安全性较差。TBM+钻爆法联合施工方案开挖方式为机械破岩，超挖量小，对围岩扰动小，使隧洞施工相对更安全。

因此，从施工安全性以及对劳动者的保护方面看，TBM+钻爆法联合施工方案较优。

5.2 水保、环保及移民方面

为满足施工工期等方面要求，两方案均布置了13处施工通道，相应施工占地及道路布置情况基本相当，在对移民、水保环境等方面的影响差别不大。但TBM+钻爆法联合施工方案中8条竖井不参与开挖出渣，相应工区不需要设置弃渣场，仅在3号、5号支洞口工区集中设置弃渣场，有利于水保及环保措施实施，相对于钻爆法施工方案各工区均设弃渣场的分散式布置方式，TBM+钻爆法联合施工方案相对较优。

5.3 施工工期

从工期方面比较，两个方案施工工期相同，均能够保证输水工程与水源工程同期竣工，满足供水要求。

5.4 工程投资

从投资方面比较，钻爆法施工方案26.91亿元，TBM+钻爆法联合施工方案28.01亿元，相差1.10亿元（4.08%）。

5.5 方案比选结论

综合分析，钻爆法虽然施工简单灵活，对地层岩性变化适应性强，工程总体投资相对节省，但开挖速度相对较慢、环境污染大，作业环境较差，劳动安全卫生条件较差。TBM掘进机施工开挖速度快、优质、安全、环保、对围岩影响较小。虽然工程总体投资与钻爆法比较略大，但投资水平相当，仅相差4.08%。

因此，2号输水隧洞施工最终推荐采用敞开式TBM+钻爆法联合施工方案。

6 结语

近些年来，TBM设备在各工程领域得到了广泛的应用，施工工艺、技术日臻完善，施工经验愈加成熟。同时，大直径的TBM设备已实现国产化，进而促进了施工成本的大幅降低。引绰济辽工程作为国家十三五规划的172项重大水利工程之一，其重要性不言而喻，合理的施工方案是工程成功建设的关键。目前，该工程处于前期规划设计阶段，通过大量、深入且细致的工作，设计推荐了最优的施工方案，为工程建设的顺利实施提供了有力的技术保障。

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2017-02-10