新疆某长距离输水隧洞5#施工支洞选择与布置

赵锦程

（新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000）

1 工程概况

新疆某长距离输水隧洞工程规模为大（1）型工程，其主要建筑物为1级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。该输水隧洞全长92km，采用TBM与钻爆法相结合的施工方法，其中钻爆段总长46km。5#施工施工支洞位于主洞交点桩号为57+345m处，控制两个钻爆法工作面，上游段长2.19km，下游段长1.4km，总长3.59km。考虑到地形地质条件、出渣方式、工期及投资等方面，现对5#施工支洞进行竖井、缓斜井2种施工方案进行比选。平面布置如图1。

图1 5#施工支洞平面布置

2 工程地质条件

地表一般分布第四系上更新统～全新统洪积含砾粉土层，厚0.5～1m。下覆基岩岩性主要为下白垩统土黄-红黄色泥岩，局部夹砂岩、泥质粉砂岩及少量泥质砂砾岩，泥岩呈巨厚层状，断层和节理裂隙不发育，地下水埋深23.6m，洞身多处于地下水以下，以渗水、滴水为主，局部竖井段存在线状流水；地下水对混凝土具有硫酸盐型强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构均具中等腐蚀性。该段属极软岩，强风化层厚3～5m，弱风化层厚11～15m，洞身处于新鲜岩体内，泥岩的自由膨胀率一般为50%～60%，属弱膨胀岩，宜产生塑性变形，属Ⅴ类围岩。

3 5#施工支洞竖井方案

3.1 竖井设计

5#竖井布置为单竖井，凿井完成后，进行垂直转水平施工临时改绞，施工井底车场、硐室及两侧主洞。竖井井筒直径6.6m，埋深81m。井颈段长24m，井颈段钢筋混凝土衬砌厚度0.7m，其余井身段钢筋混凝土衬砌厚度0.45～0.65m，井颈底部设置壁座，伸入岩石0.8m。考虑到钻爆段竖井出渣量、物料运输量均较小，可利用凿井设备施工主洞、改绞简单等优点，竖井完建转入主洞施工后，本工程采用 “双吊桶出渣+单罐笼运输人员和物料”的提升方案，主洞开挖完成后可将出渣吊桶更换为混凝土吊罐，运输洞衬混凝土。主洞施工时，竖井主要的运输量为出渣，施工物料如喷护混凝土、钢筋和钢材的运输量较小，采用2JKZ-3.6×1.85凿井提升机，配一对4m3吊桶出渣，每个循环出渣结束后，将吊桶更换为一对4m3底卸式吊桶运输混凝土，钢筋、锚杆和钢支撑等材料。井筒断面为圆形，布置一对吊桶、单罐笼、2根直径0.8m通风管、梯子间、管子间及各类电缆，井筒空余面积回风。竖井横断面如图2。

图2 5#竖井横断面

3.2 竖井施工

5#竖井井挖采用4臂伞钻配HYD-200型液压凿岩机造孔，中深孔光面全断面爆破。CX55B型电动挖掘机配合HZ-6型中心回转式抓岩机将石渣装入吊桶。两套单钩提升，主提升采用2JKZ-3.6×1.85绞车，配4.0m3座钩式吊桶，主要用于提渣、混凝土吊桶和伞钻；副提升采用JKZ-2.8×2.2绞车，配4.0m3座钩式吊桶，主要用于提升人员，辅助提渣。吊桶将矸石提升至翻矸平台，通过翻矸台主、副溜槽将矸石溜至地面，ZL-50装载机装15t自卸汽车运至弃渣场。

主洞采用钻爆法施工，两侧工作面石渣采用自卸汽车运输至井底，装入吊桶提升至地面卸载，自卸汽车运渣至弃渣场。物料及人员采用罐笼由提升机下放至井底，吊机转汽车运输至钻爆法工作面。

竖井施工线路为：施工准备工程—井筒施工—主井井架架设—主井井筒装备安装—主洞开始施工。

4 5#施工支洞缓斜井方案

4.1 缓斜井设计

缓斜井断面型式采用马蹄型断面，断面净尺寸5.0m×5.958m（宽×高，半圆城门洞型）。缓坡段设置错车道，断面净尺寸7.1m×5.958m。纵断面组成为200m（12.9%）陡坡段+20m（3%）缓坡段，综合纵坡12%，井底布置30m长纵坡为零的洞段，缓斜井长640m。洞身内布置有行车道、2条直径1.0m的风管、各种管路和供电线路等设施。电缆及管子布置在洞壁上，电缆采用挂钩固定在井壁上，位于管子上方，管子布置在缓斜井底板的管座上。缓斜井横断面如图3。

图3 5#缓斜井横断面

4.2 缓斜井施工

施工支洞洞挖采用手风钻钻孔爆破开挖，2m3装载机装15t自卸车运至洞外弃渣场。主洞采用钻爆法施工，出渣采用自卸汽车由工作面直接运至洞外弃渣场；物料及施工人员由汽车从洞外运至工作面。

施工线路为：施工准备工程—缓斜井进口开挖及锁口—缓斜井洞身施工—进口及连接段衬砌—主洞施工。

5 工程施工方案比选

本文从工程施工支洞布置形式、出渣方式、工期及投资等方面进行比较，如表1。

表1 5#施工支洞方案对比

续表1

通过对竖井、缓斜井两种方案进行对比分析：①地质条件较差，洞身围岩以Ⅴ类为主，岩层倾角缓，有利于竖井施工，而缓斜井方案易塌方；②竖井施工可边打边衬，利于施工安全，缓斜井衬砌至少距离掌子面30m，且施工干扰较大；③主洞施工出现较大涌水时，缓斜井方案利于人员安全；竖井埋深较浅，在做好排水措施、人员逃生安全措施的情况下，也可保证施工安全；④竖井施工工程量小，井筒工期短、进度风险可控；缓斜井施工工程量大，工期较长，且受地质条件和长度影响，进度风险较高；⑤竖井方案投资低，增加投资的风险较低；缓斜井方案投资高，且增加投资的风险较高。

因此，本工程推荐采用竖井方案。

6 结语

（1）新疆某长距离输水隧洞工程软岩洞段，采用钻爆法对该洞段输水隧洞进行施工。以5#施工支洞为例，对竖井方案及缓斜井方案的布置形式、出渣方式、工期及投资均进行了研究。

（2）通过对竖井、缓斜井两种方案进行分析比较，竖井施工工程量小，工期短，投资低，进度风险可控，本工程推荐采用竖井方案。