王永生

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，300222，天津）

一、工程概述

重慶市觀景口水利樞紐由水庫(kù)工程和輸水工程組成。輸水工程主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水為200年一遇。主要建筑物包括隧洞、倒虹吸（由埋管、管橋、有壓隧洞、豎井等組成）、暗涵、分水口、節(jié)制閘、退水閘及沿線的排水、排氣、放空閥井等附屬建筑物。

二、初步設(shè)計(jì)及變更

1.初步設(shè)計(jì)

2015年8月，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院對(duì)中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司編制完成的《重慶市觀景口水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》進(jìn)行技術(shù)審查。2015年10月，獲水利部批復(fù)。

批復(fù)的輸水線路總長(zhǎng)24.97km，主要輸水建筑物19座，其中無(wú)壓隧洞7座、倒虹吸3座、暗涵7座、渡槽2座；泵站樞紐1座；控制建筑物12座，其中分水口6座、檢修排水口4座、退水閘1座、節(jié)制閘1座。其中輸水隧洞長(zhǎng)度占比接近80%，均采用傳統(tǒng)鉆爆法施工。

2.設(shè)計(jì)變更

（1）施工方法變更

2016年3月，重慶市水利局組織專家對(duì)中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司編制的《重慶市觀景口水利樞紐工程輸水線路工程隧洞施工方法變更報(bào)告》進(jìn)行了技術(shù)審查及批復(fù)。該報(bào)告對(duì)輸水線路未做調(diào)整，從安全和工期等因素考慮，將隧洞施工方法從鉆爆法變更為頂管施工方案，工期相應(yīng)從40個(gè)月優(yōu)化為34個(gè)月。

（2）輸水線路變更

頂管施工可以穿越鉆爆法無(wú)法穿越的淺埋段，2018年10月，重慶市水利局對(duì)中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司提出的《觀景口水利樞紐工程輸水線路變更設(shè)計(jì)報(bào)告》進(jìn)行了審批，對(duì)姜家分水口以后輸水線路進(jìn)行了變更，縮短了原輸水線路，總長(zhǎng)優(yōu)化為21.53 km（不含泵站系統(tǒng)）。

三、輸水線路工程總布置

輸水線路經(jīng)過(guò)區(qū)域?yàn)榇|“平行嶺谷”區(qū)，狹長(zhǎng)的條形山脈與相對(duì)寬闊的丘陵相間分布，先后穿越大致平行的4座山及鴨溪河、二圣河、魚溪河等3條河流，地形較為復(fù)雜。

實(shí)施的輸水線路工程起點(diǎn)為泵站出水池，終點(diǎn)是重慶市南岸區(qū)茶園水廠，總體走向近東西偏北，線路總長(zhǎng)21.53 km（不含泵站系統(tǒng)）。輸水線路沿線分別預(yù)留姜家鎮(zhèn)、二圣鎮(zhèn)、惠民鎮(zhèn)6個(gè)分水口，滿足沿線供水灌溉功能要求。輸水線路以隧洞為主，跨越河道、溝谷采用倒虹吸等交叉建筑物。輸水線路變更后，可分為線路不變段和變更段。其中，線路不變段維持初步設(shè)計(jì)線路，自泵站出水池至姜家分水口，總長(zhǎng)6.53 km；線路變更段自姜家分水口至茶園區(qū)觀景口水廠，15.31 km。兩段布置分述如下。

1.出水池至姜家分水口

出水池位于泵站后山頂上，長(zhǎng)40 m、寬25 m，平臺(tái)高程301 m。姜家分水口位于姜家豬場(chǎng)附近，3號(hào)無(wú)壓洞進(jìn)口處，該段線路需要跨越?jīng)_溝和鴨溪河。

出水池后以1號(hào)倒虹吸跨越出水池下游山下沖溝，通過(guò)埋管形式與1號(hào)無(wú)壓隧洞進(jìn)口的1號(hào)連接井連接，走線北西。1號(hào)無(wú)壓隧洞穿過(guò)三疊系下統(tǒng)嘉陵江組、中統(tǒng)雷口坡組灰?guī)r地層和侏羅系泥巖、砂巖等地層，全長(zhǎng)2 436.52 m，在槐園的S415附近接2號(hào)無(wú)壓洞，2號(hào)無(wú)壓洞總長(zhǎng)1 225 m，隧洞穿越地層巖性與1號(hào)隧洞相近，2號(hào)隧洞出口接2號(hào)倒虹吸跨越鴨溪河后在姜家鎮(zhèn)大竹林村附近接入3號(hào)無(wú)壓洞，線路基本呈東西向布置。

2.姜家分水口至觀景口水廠

首先施工的2號(hào)無(wú)壓隧洞，采用頂管穿越了灰?guī)r、砂巖、泥巖等不同地層，同鉆爆法相比，隧洞埋深小，對(duì)地層擾動(dòng)小，在穿越省道S415時(shí)，最小埋深約3 m，順利穿越，未見(jiàn)異常。為縮短輸水線路長(zhǎng)度，節(jié)約投資，根據(jù)2號(hào)隧洞成功的施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)對(duì)3號(hào)隧洞進(jìn)口以后的輸水線路進(jìn)行了優(yōu)化，線路縮短4.78 km。

優(yōu)化后本段線路水平投影總長(zhǎng)15.31 km，其中無(wú)壓暗涵3段，水平投影長(zhǎng)共計(jì)0.626 km；無(wú)壓隧洞6段，水平投影長(zhǎng)共計(jì)11.022 km；倒虹吸3處，水平投影長(zhǎng)共計(jì)3.662 km，其中含有壓隧洞2段，水平投影長(zhǎng)1.572 km。沿線輸水隧洞長(zhǎng)度占比82%。輸水工程線路具體布置如下：

起點(diǎn)位于3號(hào)隧洞進(jìn)口的4號(hào)連接井，其后順接3號(hào)無(wú)壓隧洞，隧洞長(zhǎng)3 224 m，為輸水線路單洞長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條，兩頭對(duì)頂，獨(dú)頭最大頂進(jìn)長(zhǎng)度1.7 km。出3號(hào)隧洞后，以倒虹吸（埋管形式）跨越二圣河，采用暗涵通過(guò)兩岸較寬闊臺(tái)地，二圣河左岸暗涵末端順接4號(hào)無(wú)壓隧洞，隧洞長(zhǎng)1 276 m。4號(hào)隧洞出口設(shè)5號(hào)連接井，再接5號(hào)無(wú)壓隧洞至老洞溝右岸，為避開(kāi)老洞溝左岸老槽房處房屋群，5號(hào)隧洞出口位于老洞溝右岸黑灣處，再以暗涵、倒虹吸穿老洞溝，倒虹吸末端接6號(hào)無(wú)壓隧洞，隧洞長(zhǎng)2 171.28 m。6號(hào)無(wú)壓隧洞穿明月山后，為盡量減小對(duì)迎龍湖水庫(kù)庫(kù)區(qū)和G5001繞城高速路影響，出口位于迎龍溝右岸蓬子崗附近，隧洞出口后以埋管、管橋穿迎龍溝，其后接1號(hào)有壓隧洞；1號(hào)有壓隧洞后布置埋管接2號(hào)有壓隧洞穿G5001繞城高速路，2號(hào)有壓隧洞末端設(shè)埋管，連接管橋穿魚溪河，其后埋管至惠民鎮(zhèn)曉春村黃桷樹處，連接7號(hào)無(wú)壓隧洞；7號(hào)無(wú)壓隧洞出口后設(shè)7號(hào)連接井順接8號(hào)無(wú)壓隧洞直至本次輸水終點(diǎn)觀景口水廠。隧洞穿越地層為三疊系上統(tǒng)須家河組至侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組，巖性主要為砂巖、泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖。隧洞沿線埋深7.2～298.00m，總體滿足頂管施工的要求。

四、隧洞設(shè)計(jì)

該工程隧洞總長(zhǎng)16.27km，其中無(wú)壓隧洞8段，總長(zhǎng)度14.69km，洞徑2.65m，采用普通鋼筋混凝土管；有壓洞兩段，總長(zhǎng)度1.58km，洞徑2.0m，采用JPCCP管，最大凈水頭35m。根據(jù)隧洞施工工法，頂管法施工隧洞形式選擇圓形斷面。

1.頂管設(shè)計(jì)

（1）無(wú)壓隧洞

該工程頂管以無(wú)壓隧洞為主，無(wú)壓隧洞段頂管采用鋼筋混凝土管，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程（CECS246：2008）》《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管（JC/T640—2010）》等規(guī)范和類似工程。鋼筋混凝土頂管的混凝土強(qiáng)度C50，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W10，壁厚取值為260 mm，單節(jié)長(zhǎng)度2.5 m。施工頂進(jìn)時(shí)允許最大頂力為19 000 kN?？v、環(huán)向均采用HRB400鋼筋，管道端頭為防止頂力過(guò)大出現(xiàn)裂縫，適當(dāng)加密鋼筋。

管道采用鋼承口接口形式，鋼板套環(huán)材料為Q235B，鋼承口接頭的鋼套管與混凝土的接縫采用彈性密封填料勾縫。接頭止水用橡膠密封圈，插管管道設(shè)凹槽，粘嵌2道遇水膨脹橡膠止水條，止水條在頂進(jìn)過(guò)程中被壓緊，遇水膨脹起到止水作用。

（2）有壓隧洞

該工程有壓隧洞最大內(nèi)水壓力約0.5MPa，采用普通鋼筋混凝土管難以承擔(dān)該管道內(nèi)水壓力，且管道接頭止水難以保證內(nèi)水不外滲。因此，有壓段的管材采用了JPCCP，該管材具有較強(qiáng)的抗內(nèi)、外壓和抗?jié)B性能，具有優(yōu)異的防腐性能和耐久性，施工工藝成熟，施工快捷、方便。經(jīng)計(jì)算，施工期管道所能承受的最大頂推力為9 000 kN。JPCCP管混凝土強(qiáng)度C50，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W10，內(nèi)徑2.0 m，壁厚240 mm，鋼筒厚度1.5 mm，采用雙膠圈接頭形式。

2.中繼間

中繼間在長(zhǎng)距離頂管中用于分段頂進(jìn)，一般用鋼材制作，沿管環(huán)設(shè)置千斤頂，利用其分段傳力頂進(jìn)，縮短頂管的長(zhǎng)度，從而減少千斤頂頂力。中繼間價(jià)格昂貴，為了盡量減少其數(shù)量，主頂油缸和中繼間油缸頂力均按管道允許頂力配置。經(jīng)按管道允許頂力計(jì)算，中繼間設(shè)置長(zhǎng)度為190m，考慮地質(zhì)條件的不確定性，中繼間的間距按150m控制，并在施工過(guò)程中根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整。

3.觸變泥漿減阻

本工程頂管掘進(jìn)采用泥水平衡方式，在頂進(jìn)過(guò)程中向管節(jié)外注入觸變泥漿，使管道周邊的摩擦阻力極大地減小。注漿通過(guò)在管道設(shè)置注漿孔實(shí)現(xiàn)，在掘進(jìn)機(jī)后連續(xù)放置3～4節(jié)有注漿孔的管，不斷注漿，此后間隔3～4節(jié)管布置一節(jié)有注漿孔的管用以補(bǔ)漿，保證頂管外部充滿泥漿。注漿孔沿管道直徑按120°設(shè)置，共3只注漿孔。

4.隧洞灌漿設(shè)計(jì)

為提高輸水隧洞承受內(nèi)、外水壓力的能力，減少滲漏和不均勻沉降，混凝土襯砌與圍巖間的縫隙灌漿回填密實(shí)。頂管頂進(jìn)結(jié)束后，頂管襯砌段的四周應(yīng)進(jìn)行回填灌漿置換管周邊的觸變泥漿，利用預(yù)留的泥漿注漿孔作為回填灌漿孔進(jìn)行水泥漿回填灌漿，灌漿壓力作用下，觸變泥漿從3～4節(jié)管子后放置有注漿孔的位置被擠出，則水泥漿代換泥漿完成。

當(dāng)遇到不利的地質(zhì)情況，迫使頂管掘進(jìn)機(jī)停止掘進(jìn)，采用對(duì)掌子面上半部分松散區(qū)圍巖固結(jié)，穩(wěn)定掌子面，并對(duì)掌子面前方上部的松散圍巖進(jìn)行超前灌漿處理，要求處理后的圍巖必須穩(wěn)定而不會(huì)塌方、并具有一定的強(qiáng)度，保證機(jī)器正常掘進(jìn)。

5.工作井布置

頂管掘進(jìn)的工作井分為始發(fā)井和接收井，本工程輸水線路共設(shè)置14座工作井，其中始發(fā)井11座，接收井3座。工作井尺寸布置主要根據(jù)頂管設(shè)備、主頂油缸行程和單次頂進(jìn)井內(nèi)管道總長(zhǎng)等，本工程工作井基本是有壓、無(wú)壓管道連接井，綜合考慮有壓、無(wú)壓水流平順過(guò)渡要求，工作井尺寸為12.5 m×8.0 m。

五、結(jié) 論

①巖石頂管施工技術(shù)在觀景口輸水線路工程中的應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)水利工程中的首創(chuàng)，同鉆爆法相比，具有施工進(jìn)度快、安全、對(duì)地層擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于淺埋段，鉆爆法需要大開(kāi)挖，頂管施工能在3 m埋深情況下安全穿越，由于對(duì)地層擾動(dòng)小，選線更有優(yōu)勢(shì)。

②頂管洞徑以2～4 m為宜，避免了小洞徑時(shí)鉆爆法施工布置困難，填補(bǔ)了TBM無(wú)法實(shí)現(xiàn)的隧洞機(jī)械施工空白。