大伙房水庫輸水工程引水隧道施工技術(shù)應(yīng)用分析

韓 濤

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，沈陽 110166)

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大伙房水庫輸水工程引水隧道施工技術(shù)應(yīng)用分析

韓 濤

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，沈陽 110166)

輸水工程是水庫設(shè)施的重點(diǎn)組成部分之一，而引水隧道則是輸水工程的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其可以大大縮短供水距離，但具有施工難度大、技術(shù)要求高、投資成本高等特點(diǎn)。文章以遼寧大伙房水庫輸水工程中的引水隧道施工為實(shí)例，介紹了鉆爆及TBM掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用情況及注意事項(xiàng)，為以后類似的施工提供了必要的技術(shù)參考。

大伙房；輸水工程；引水隧道；TBM；鉆爆；掘進(jìn)

0 引 言

隨著中國各級(jí)政府環(huán)保壓力的逐步增大，加強(qiáng)水利工程建設(shè)已成為當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施投資的重點(diǎn)區(qū)域之一，各地的大型水庫建設(shè)也進(jìn)入高峰期。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)：進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國共投資建設(shè)庫容在1 億 m3以上、壩高超過30m的大型水庫超過120座，加上之前已有的水庫工程，其發(fā)電總量達(dá)到2.03億kW時(shí)，使超過2.15億人免受洪水威脅，增加灌溉農(nóng)田數(shù)量0.11 億 hm2，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著[1]。因此，在當(dāng)前國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境不景氣的今天，水利設(shè)施投資已成為拉動(dòng)內(nèi)需的重要引擎。

1 工程概況

大伙房水庫位于遼寧撫順市境內(nèi)，建設(shè)于1954年4月，至今已有超過70a歷史。該水庫總庫容達(dá)到21.87 億 m3，最大蓄水面積114 km2。大伙房水庫是一座防洪、灌溉、發(fā)電、供水、養(yǎng)魚等綜合性大型水利工程。在2006年，為滿足撫順、沈陽、遼陽、營口、盤錦等地的用水需求，相關(guān)部門決定啟動(dòng)大伙房水庫輸水工程建設(shè)，設(shè)計(jì)打造一條長85 km的輸水隧洞將蘇子河的水引入水庫，之后由水庫的輸水系統(tǒng)分別向上述地區(qū)供水，估算年總供水量可達(dá)17.86 億 m3，工程概算投資額為105億元。

2 引水隧洞施工技術(shù)選擇

目前，隧道(隧洞)施工主要有傳統(tǒng)的鉆爆法、盾構(gòu)法、明挖法以及新出現(xiàn)的TBM掘進(jìn)法等幾種，下面主要對(duì)鉆爆及TBM法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 鉆爆法的主要優(yōu)缺點(diǎn)

鉆爆法是利用風(fēng)鎬或鑿巖臺(tái)車在隧洞中打眼，之后利用毫秒爆破、預(yù)裂爆破、光面爆破等技術(shù)進(jìn)行開挖，是目前最為常見的隧道開挖技術(shù)之一。

鉆爆法的優(yōu)點(diǎn)主要有：①適用于各種地質(zhì)條件和地下水條件；②斷面尺寸和形式可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行靈活調(diào)整；③通過分部開挖及輔助工法，可有效控制地表塌陷；④各項(xiàng)技術(shù)成熟，目前市場(chǎng)已有齊全的配套設(shè)備，施工成本低，較為經(jīng)濟(jì)。但鉆爆法施工步驟繁瑣，且要求施工人員多，存在較多的安全隱患，給施工管理帶來較大壓力[2]。

2.2 TBM掘進(jìn)法的優(yōu)缺點(diǎn)介紹

TBM中文全稱為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種集掘進(jìn)、支護(hù)、出渣等工序于一體的大型工程機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于鐵路、水電、礦山等隧洞建設(shè)工程，見圖1所示。

TBM掘進(jìn)法的主要優(yōu)點(diǎn)有：①施工速度較快，可顯著縮短工期，尤其是在穩(wěn)定圍巖中長距離隧道施工時(shí)其優(yōu)勢(shì)更加明顯；②由于無需爆破，因此對(duì)圍巖破壞較小，保證了圍巖穩(wěn)定性，有利于支護(hù)作業(yè)；③無需繁瑣工序，且一線施工人員較少，作業(yè)環(huán)境好，施工安全性得到顯著提高。但TBM掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)輸、安裝、租賃等費(fèi)用較高，且對(duì)圍巖性質(zhì)要求較高，在軟弱圍巖中會(huì)遇到支護(hù)問題；當(dāng)巖石硬度超過200MPa后刀具磨損較快，且開挖速度較低，會(huì)使經(jīng)濟(jì)效益大大降低。

圖1 TBM掘進(jìn)機(jī)

綜合工程實(shí)際情況，保證施工的“經(jīng)濟(jì)適用”原則，經(jīng)專家組研究討論決定大伙房輸水工程最終采用“鉆爆法+TBM法”分段施工，其中TBM技術(shù)掘進(jìn)的總距離為18.5 km，剩余部分采用鉆爆法完成。

3 引水隧道施工技術(shù)應(yīng)用分析

根據(jù)實(shí)際用水需求設(shè)計(jì)大伙房輸水工程的引水流量為70m3/s，據(jù)此設(shè)計(jì)隧道開挖洞徑范圍在6.5～8.0m，主洞斷面為馬蹄形。

3.1 鉆爆法施工技術(shù)分析

鉆爆法效果的好壞重點(diǎn)是爆破參數(shù)的選擇，為盡量減少巖石的開挖，設(shè)計(jì)在Ⅱ類和Ⅲ類圍巖地段采用全斷面光面爆破形式開挖；在Ⅳ類和Ⅴ類圍巖地段采用正臺(tái)階法開挖。其主要的施工工序?yàn)榕谘墼O(shè)計(jì)→鉆孔→裝藥→起爆→支護(hù)→出渣等，下面重點(diǎn)介紹炮眼設(shè)計(jì)和裝藥[3]。

3.1.1 炮眼設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用氣腿式鑿巖機(jī)(Ⅳ類和Ⅴ類圍巖)和鑿巖臺(tái)車(Ⅱ類和Ⅲ類圍巖)鉆孔，設(shè)計(jì)裝藥孔直徑范圍在42～48mm，非裝藥鉆孔直徑為60～65mm。其他各項(xiàng)尺寸參數(shù)見表1。因光面爆破的需要，氣腿式鑿巖機(jī)需打“V”型掏槽眼，具體布置形式見下圖1所示。

表1 各類鉆孔的具體參數(shù)

圖2 Ⅳ類和Ⅴ類圍巖的炮眼布置示意圖

在Ⅱ類和Ⅲ類巖層段，鉆孔采用垂直斷面打進(jìn)，設(shè)計(jì)周邊眼間距600mm，輔助眼間隔800～900mm，掏槽眼間隔250～350mm。布置形式和圖2左類似，在此不再詳細(xì)敘述。

3.1.2 裝藥設(shè)計(jì)

裝藥量直接決定了光面爆破的威力及效果，因巖層巖性、鉆孔深度及位置、孔徑大小的不同，其裝藥量也會(huì)有所差別。本項(xiàng)目采用乳化炸藥進(jìn)行爆破，在水量較大地段采用乳化防水炸藥，雷管種類為毫秒延期雷管。大伙房引水隧洞不同巖性及鉆孔的具體裝藥量[4]見表2。

表2 大伙房不同巖性及鉆孔的裝藥量

3.2 TBM掘進(jìn)技術(shù)分析

為節(jié)約工期，專家組設(shè)計(jì)在大伙房水庫引水隧洞巖層較軟且地質(zhì)條件好的連續(xù)地段采用TBM掘進(jìn)技術(shù)(見下圖3)，文章重點(diǎn)敘述在較差地質(zhì)條件下TBM技術(shù)的應(yīng)對(duì)措施。

3.2.1 在軟弱破碎圍巖地段的技術(shù)措施

本工程采用了變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)型TBM掘進(jìn)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)在軟弱圍巖掘進(jìn)時(shí)低速低擾動(dòng)；此外控制掘進(jìn)速度，一般采用每循環(huán)1/2～1/4短行程。還需對(duì)撐靴洞壁采用臨時(shí)枕木或混凝土等加固技術(shù)[5]。

3.2.2 在斷層地段的技術(shù)措施

在斷層等不良地段可對(duì)刀盤前15～20m距離采取超前小導(dǎo)管或打超前錨桿處理，可有效控制圍巖刀盤護(hù)盾的變形。本項(xiàng)目采用的TBM掘進(jìn)機(jī)自帶的錨桿鉆機(jī)可完成前方30m范圍內(nèi)的錨桿作業(yè)。在斷層及水量較大時(shí)，增加TBM扭矩至70%，將推力降低至4kN。若遇到刀盤被卡情況應(yīng)停止作業(yè)，進(jìn)行超前預(yù)注漿，并且在圍巖間隙內(nèi)穿插φ22mm鋼筋[6]。

4 結(jié) 語

大伙房水庫輸水工程歷時(shí)3 a，通過結(jié)合鉆爆法和TBM掘進(jìn)法，取得了較好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，工程投入使用后各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，大大緩解了周邊城市的用水緊張現(xiàn)狀。隧洞掘進(jìn)工程對(duì)設(shè)計(jì)方案、施工技術(shù)及隊(duì)伍素質(zhì)都有很高的要求，需業(yè)主、設(shè)計(jì)方到施工方必須都達(dá)到一定專業(yè)水平，此外還要充分結(jié)合工程實(shí)際情況，做到各項(xiàng)工作因地制宜。

[1]張鏡劍，傅冰駿.隧道掘進(jìn)機(jī)在我國應(yīng)用的進(jìn)展[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007(02)：42-46.

[2]劉挺.電法在大伙房水庫引水隧道探測(cè)中的應(yīng)用研究[D].長春：東北大學(xué)，2007.

[3]張軍偉，梅志榮，高菊茹，等.大伙房輸水工程特長隧洞TBM選型及施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010(10)：25-29.

[4]連惠利.砂礫石地質(zhì)引水隧道的開挖及支護(hù)施工技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2015(10)：31-34.

[5]龔秋明，王繼敏.錦屏二級(jí)水電站1#、3#引水隧洞TBM施工預(yù)測(cè)與施工效果對(duì)比分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011(08)：19-23.

[6]張文強(qiáng).長大隧道三岔口施工技術(shù)在實(shí)踐中的選擇與應(yīng)用分析[J].隧道建設(shè)，2012(03)：84-87.

2016-07-28

韓濤()，男，河北青縣人，助理工程師，從事水利運(yùn)行調(diào)度。

1007-7596(2016)09-0117-03

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