钻爆法超长施工支洞设计

王 磊

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

钻爆法超长施工支洞设计

王 磊

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

新疆KS隧洞自然长度283.41km，是目前世界在建最长的输水隧道，采用“以TBM为主，钻爆法为辅”的施工方案，划分为11个TBM施工段和14个钻爆法施工段。11个TBM施工段共布置11条施工支洞，其中缓斜井10条，竖井1条。KS隧洞平均埋深428m，最大埋深774m，283.41km长的洞线地面高程在560-1350m之间，整体地形平缓，起伏不大，布置缓斜井的地形条件较差，通过对大坡度施工支洞的调查研究，最终确定了本工程施工支洞的纵坡和断面尺寸，在施工中取得了良好效果。

水利工程；施工支洞；调查研究大坡度；超长

1 工程概况

新疆北部某输水工程等级为Ⅰ等，工程规模为大(1)型工程。KS隧洞是该工程的重要组成部分，自然长度283.41km，是目前世界在建最长的输水隧道隧洞，平均埋深428m，最大埋深774m，为无压洞，纵坡采用1/2583。KS隧洞采用“以TBM为主，钻爆法为辅”的施工方案，其中TBM掘进长度226.75km，分为11个TBM施工段，开挖洞径为7.00m，建筑物级别为1级。

11个TBM施工段共布置11条施工支洞，支洞类型分为TBM进入洞和TBM中间洞。TBM进入洞是指TBM段起始点的施工通道，TBM掘进机拆分件由此进入，共布置6条，均布置为缓斜井(倾角>6°)。TBM中间洞是指由于TBM施工段落的长度较长，除每段的TBM进入通道外，在段落中部布置一条中间通道，缩短TBM施工洞段的供电、通风距离、物料运输的距离、提前采用钻爆法施工主洞，TBM掘进机通过中间通道后，可以利用TBM进入洞进行已完成掘进段的永久混凝土衬砌，缩短工期，中间的洞共布置5条，其中4条缓斜井，1条竖井。所有施工支洞在工程完建后作为KS运行期检修和通风通道，建筑物级别为3级。

11条施工支洞中有10条缓斜井和1条竖井；10条缓斜井中有8条采用钻爆法施工，有2条采用TBM施工。8条采用钻爆法施工的支洞设计是文章的主要内容。

2 地形地质条件

KS隧洞位于准噶尔盆地古尔班通古特沙漠东部，穿越阿尔泰山南坡和东天山北坡之间所夹的低山区、低山丘陵区。海拔高程560-1350m，地形起伏不大。低山区，高差50-150m，局部高差300m；低山丘陵区，高差10-20m，局部高差40m，主要为戈壁荒漠区。

KS隧洞段通过的地层主要为：古生界志留系(S)片理化凝灰岩；泥盆系(D)凝灰质砂岩、凝灰岩夹凝灰角砾岩、钙质砂岩夹炭质页岩；石炭系(C)凝灰质砂岩、钙质砂砾岩、炭质粉砂岩、安山岩、火山角砾岩、砂岩夹炭质页岩、凝灰岩夹角砾熔岩、凝灰砾岩夹炭质粉砂岩、石英斑岩、熔结凝灰岩、凝灰岩夹凝灰角砾岩、安山玢岩、片理化凝灰岩，均属厚层状和块状中-坚硬岩；其次为华力西期(γ)侵入花岗岩、石英闪长岩，属坚硬岩。尾部分布少量中生界二叠系(P)砂岩、砂砾岩夹泥岩互层；三叠系(T)泥岩夹砂岩、砂砾岩互层，属中厚层状软-较软岩。

3 纵坡设计

本工程隧洞沿线除进口段和卡拉麦里山分别发育有低矮的小山梁群、且地形有较大的起伏外，其它地段的地面总体较为平坦、开阔，高差起伏不大。因此，本工程施工支洞为减小长度，必须增大纵坡。

经过对超长大坡度施工支洞陡具有代表性的辽宁北部某供水工程及引汉济渭工程两项工程进行调查，共统计了30条施工支洞，结果见表1。

表1 大坡度施工支洞调查统计表

续表1 大坡度施工支洞调查统计表

根据表1中的统计数据分析如下：

1)其中18条支洞综合纵坡分布在8%-11%之间，占支洞总数的60%，并且支洞综合纵坡与洞长有直接的关系，洞长越长综合纵坡相对较缓。

2)长度在2.0km以下的施工支洞共20条，占支洞总数的66.67%。

3)辽宁北部某供水工程新增的5'号支洞洞长1251m，综合纵坡达到14.5%，该洞在施工过程中曾发生过刹车失灵等安全问题，施工方将运输车辆全部更换成全驱军队专用车，但仍运行困难。

4)辽宁北部某供水工程的12号支洞长1870m，综合纵坡12.66%，经调查，该施工支洞正常运行。

5)洞长>2.0km的支洞共10条，占支洞总数的33.33%，其中综合纵坡>10%的支洞共2条，占总数的6.67%。

6)引汉济渭工程4号支洞长5786m，综合纵坡10.78%。

根据上述分析结果，长度>2.0km、综合纵坡>10%的施工支洞运行经验较少，但考虑到目前施工设备性能的不断提高、施工经验的积累；主洞施工时采用皮带机出渣，汽车主要运输施工物资，运输量不大；采取有效的安全措施，并经过专家咨询，KS隧洞TBM施工段的8条钻爆法施工支洞坡度确定为12%，纵断面设计为200m长12.9%的陡坡+20m长3%的缓坡，见图1。长度统计见表2。

图1 施工支洞纵坡组合示意图

序号支洞编号与主洞夹角/°与主洞交点桩号/m埋深/m综合纵坡/%长度/m备注1P17913+500187121315TBM1中间洞2P29043+000232121689TBM2中间洞3T19058+153216121656TBM2和3进入洞4P2+5568+753223121720TBm3中间洞5P47598+500347122567TBM4中间洞6T286117+153382122987TBM4和5进入洞7T2+55137+000465123852TBM6进入洞8T581270+393275122047TBM11进入洞

4 断面设计

本工程施工支洞横断面尺寸确定的主要因素如下：

4.1 TBM大件运输

本工程TBM掘进机均在洞内组装，TBM组装硐室布置在支洞与主洞交叉口的两侧，主要大件尺寸见表3。大件经TBM进入洞运输至组装硐室，主洞完建后，TBM掘进机原地拆卸，拆卸后的大件经TBM中间洞运至洞外。

表3 TBM主要大件尺寸及重量

图2 施工支洞陡坡段、缓坡段横断面示意图

4.2 便于支洞施工

本工程施工支洞坡度较大，支洞出渣最简便的方式为侧卸式装载机与自卸车并排装渣。施工常用的15t自卸车宽2.5m，高3.45m；侧卸式装载机宽2.95m，高3.5m，斗容量2.5m3，侧卸高度4.0m，经施工现场调研，此施工方案的最小开挖宽度为6.7m。

4.3 主洞施工时的设备布置

主洞施工施工期间，施工支洞动身内布置有出渣皮带机、行车道、2条直径2.2m的风管(TBM中间洞布置1条)、各种管路和供电线路等设施。皮带机包括附属装置总宽度1.436m，与洞壁的安全距离0.5m。

分析上述各种因素，施工支洞的横断面尺寸由主洞施工控制，根据风管尺寸、出渣皮带机的布置、汽车尺寸和洞内错车要求，施工支洞陡坡段断面净尺寸6.7m×6.8m(宽×高，城门洞型)，缓坡段设置错车道，断面净尺寸8.5m×6.8m(宽×高，城门洞型)。Ⅱ-Ⅲ类围岩洞段采用喷锚支护；Ⅳ-Ⅴ类围岩洞段一次支护采用喷锚支护，永久支护采用0.3-0.4m厚钢筋混凝土衬砌。

5 安全措施

采取的安全措施如下：

1)在出渣期间安排专人负责交通指挥，对进出洞的车辆进行统一调度，除值班人员一律不得在隧洞内停留。

2)混凝土路面施做防滑措施，加强道路养护工作，将路面的水引排至右侧水沟内，保持路面干燥，随时清除撒落路面的石头或其它尖锐物体，避免对运输车辆造成损伤。

3)加强洞内通风，确保照明充足，保证洞内视线良好。

4)确保洞内各交界处设置转弯标志、警示灯，并设置专人负责该处的运输安全。

5)定期对所有行走设备刹车制动、传动系统、变速系统进行细致而全面的检查保养，坚决杜绝超载现象。

6)施工作业地段正常行驶速度不得超过10km/h，回车时不得超过5km/h，非作业地段正常运行不超过20km/h，严禁超载、超速、超高、超宽行驶。

7)洞内运输过程中不应停车，确需在井身停车时要用三角木打阻车器，且操作司机不得擅自离开。

8)每间隔200m设置坡度为3%的错车道，并设置警示标志、安全会车标志、防撞墙及防撞墩，且设置水平缓冲带。

9)出渣期间每车配置2名驾驶员，严禁驾驶员疲劳驾驶。

6 结 语

目前8条施工支洞均已全部开工，其中T1支洞(长1656m)和T2(2987m)已完工，最长的T2+施工支洞已施工至3147m。在实际施工过程中，所有施工支洞均运行安全，无任何安全事故，围岩条件较好的T2施工支洞于2015年9月初免爆法施工进洞，同年11月中旬炸药到位后开始从洞身0+100m桩号开始正常钻爆施工，于2016年12月低贯通，正常施工后平均进尺210m/月，高峰进尺256m/月。

[1]中华人民共和国水利部.SL 303-2004水利水电工程施工组织设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2]中华人民共和国水利部.SL 642-2013水利水电地下工程施工组织设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[3]康世荣，陈东山.水利水电工程施工组织设计手册[M].北京：中国水利电力出版社，1990：29-36.

Ultra-long Construction Tunnel Design with Drill and Blast Method

WANG Lei

(Xinjiang Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation, Design and ResearchInstitute, Urumqi 830000, China)

The natural length of KS tunnel in Xinjiang is 283.41km and is the longest diversion tunnel in the world today, a construction scheme of “taking TBM as the main, taking the drill and blast method as a supplement” is adopted for it, being divided into 11 construction sections of TBM totaling of 14 construction tunnels laid, of which, 10 gently inclined shaft and one vertical shaft. The average depth embedded of KS tunnel is 428m, the largest depth laid is 774m, the elevation of ground surface on tunnel line in 283.41km is between 560 meters and 1350 meters, the topography is gentle, less undulant, to lay gentle shaft in poor topographic conditions, through survey and study on construction tunnel in sheep slope, finally, to decide the longitude slope and section dimensions of the construction tunnel, achieving good results in the construction of the project.

hydraulic project; construction drift; survey and study; steep slope; super-long

1007-7596(2017)07-0047-05

2017-06-18

王磊(1983-)，男，新疆乌鲁木齐人，工程师，从事水利水电工程设计工作。

TV554.1

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