掘进机在三仙湖水库工程泄洪隧洞施工中的应用探讨

王曙华，张安平

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)



掘进机在三仙湖水库工程泄洪隧洞施工中的应用探讨

王曙华，张安平

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)

遂宁市安居区三仙湖水库在施工阶段选用掘进机施工隧洞。本文以枢纽工程放空供水泄洪隧洞为例，介绍了掘进机的选型设计和施工优、缺点，总结工程经验，为今后水工隧洞的设计和施工提供参考。

三仙湖水库工程 水工隧洞 设计与施工 掘进机 钻爆法

1 工程概况

三仙湖水库位于四川省遂宁市安居区东禅镇三岔沟村，是一座以灌溉及安居城区供水为主，兼顾乡镇、农村人畜供水等综合利用的中型水利工程，设计灌溉面积0.344万hm2，年供水总量2185×104m3。水库正常蓄水位320.00m，总库容1742×104m3，兴利库容1362×104m3，大坝采用碾压式沥青混凝土心墙石渣坝，最大坝高41.0m。三仙湖水库由枢纽工程、补水工程、灌溉工程和供水工程等组成。放空供水泄洪隧洞布置在右坝肩，除用作水库正常放空外，还参与供水与泄洪任务。隧洞由进口段、闸门竖井段、洞身段和出口消能段等组成，隧洞全长265.4m，出口采用锥形阀控制下泄流量。

2 方案比选

在初步设计阶段，三仙湖水库采用钻爆法进行隧洞施工的设计方案，在2013年7月工程动工后，比选了掘进机施工隧洞的设计方案。

掘进机是20世纪50年代初在美国发展起来的地下工程施工机械，70年代日趋成熟，至今已成为一种高科技水平的隧洞施工机械。我国在20世纪80年代后期，水利工程建设开始引进国外技术，先进的掘进机施工技术连同管理经验由国外承包商首先引入国内水利水电工程的建设中。全国各地已有许多工程采用过掘进机施工，目前吉林中部城市供水工程、西藏旁多灌溉输水洞工程等均采用掘进机施工。

隧洞施工采用掘进机和钻爆法两种方式相比较，隧洞开挖工程量相同，工程直接投资相同，从经济角度两种方案并无明显优劣。采用掘进机施工隧洞单向平均进尺可保证8.00m/d～10.00m/d，采用钻爆法施工隧洞单向平均进尺仅3.00m/d～5.00m/d，从工期进度角度掘进机有明显优势。使用钻爆法施工隧洞产生振动、烟尘等对周边环境和施工人员安全影响较大，使用掘进机施工隧洞可有效避免类似情况。

综合考虑工期、施工质量、施工新工艺等因素，三仙湖水库采用掘进机代替钻爆法施工放空供水泄洪隧洞，为今后水工隧洞的设计和施工提供经验参考。

3 掘进机选型

隧洞沿线的地质构造和底层岩性是决定掘进机施工适应性的主要因素，也是掘进机选型和控制施工速度的主要依据。三仙湖水库放空供水泄洪隧洞洞身围岩为J3s2层紫红色粉砂质泥岩夹薄层砂岩，岩层产状N65°～75°W/SW∠1°～3°，新鲜粉砂质泥岩段岩体完整性较好，但粉砂质泥岩为软质岩，岩体强度极低，围岩稳定性较差，岩体抗风化力较弱，成洞条件较差，围岩类别为Ⅳ类。砂岩单轴饱和抗压强度平均为33.67MPa，粉砂质泥岩单轴饱和抗压强度平均为7.97MPa。隧洞洞身设计为圆型有压隧洞，根据水力计算，隧洞内直径为2.20m，外直径为3.20m。

首先本工程围岩整体性较好，宜采用开敞式掘进机，其次围岩单轴饱和抗压强度为5MPa～50MPa之间，可采用低、中功率的掘进机进行施工，同时结合隧洞断面尺寸和其他工程类比，本工程选定EBZ160A型掘进机施工放空供水泄洪隧洞。

4 掘进机优、缺点

三仙湖水库放空供水泄洪隧洞贯通后，总结了掘进机施工水工隧洞的优、缺点如下：

4.1 掘进机施工的优点

(1)效率高：连续作业，能保证破岩、出渣、支护一条龙作业，并且在掘进过程中可同时进行锚固、钢支撑、喷射混凝土等初期支护，提高作业效率。就该隧洞而言，在无停电、维修等制约条件下，采用掘进机施工隧洞单向平均进尺可保证8.00m/d～10.00m/d；

(2)开挖施工质量好：超挖量少，内壁光滑，不存在凹凸现象，隧洞衬砌后成型面完整。隧洞掘进完成后现场见图1；

图1 放空供水泄洪隧洞掘进完成现场

(3)对岩石的扰动小：掘进机采用钻头削切的方式破岩，相比爆破法对隧洞周边围岩的破坏性小，成洞要求更低，降低初期支护费用，保证施工人员的安全；

(4)作业环境好：掘进过程中全程采用湿法作业，且采用高性能的集尘器，不会产生有害气体，除非必要的保养维护外，可连续作业，对洞内施工人员的健康起到极大的保护作用。

4.2 掘进机施工的缺点

(1)设备成本高：选定EBZ160A型掘进机价值380多万元；

(2)操作技术员要求高：操作员必须经过专业培训并结业，且进入工作面适应期需要3d～5d；

(3)维护费用高：当掘进较硬围岩时，易造成截齿超前磨损，影响掘进效率，需更换新的截齿；

(4)在随后的三仙湖水库补水渠隧洞施工过程中，发现EBZ160A型掘进机在隧洞进尺超过600m的情况下，掘进机切割功率变小，不能对砂岩进行正常切割，隧洞单向平均进尺仅2.00m/d～4.00m/d。咨询生产厂家后得到回复，该类型掘进机是通过高压输电线路直接接到掘进机上，长距离高压线会导致电压衰减，要解决长隧洞的施工进度缓慢问题，需在600m左右设置高压升压器。

根据国内外掘进机的使用情况，已建工程中未提及在长隧洞施工由于电压衰减而产生的情况，所以三仙湖水库工程中掘进机的使用存在值得探讨的地方。

5 结语

截至2013年7月三仙湖水库工程开工建设，四川省的水利工程隧洞还没有采用掘进机施工过，以前均采用钻爆法施工。三仙湖水库工程作为四川省开工建设的重点中型水利工程，以放空供水泄洪隧洞作为工程实例，对掘进机施工水工隧洞进行检验，验证了在水工隧洞采用掘进机施工是可行的、合适的，同时也总结了掘进机施工的优、缺点，并且发现在施工过程中还存在掘进机施工组织设计不严谨、施工经验不足等问题。

掘进机施工水工隧洞在四川省水利工程中还处于起步摸索阶段，在施工当中还存在各种有待于解决的问题，通过对本工程掘进机施工水工隧洞的建设实例探讨，为今后的水工隧洞设计和施工提供经验参考。

〔1〕SL279-2016，水工隧洞设计规范[S].

〔2〕熊启钧.取水输水建筑物丛书——隧洞[M].北京：中国水利水电出版社，2009.■

TV554.2∶U455.31

B

2095-1809(2017)04-0035-02