水庫輸水隧洞工程施工應用范文

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大伙房水庫輸水隧洞工程采用TBM法掘進技術開展施工，該施工方法采用全斷面隧洞掘進機械，完成掘進、出渣以及襯砌等聯合工序的連續掘進施工，是融合了現代計算機控制、激光定位導向、電子傳感測量、超前地質勘探以及遠程通訊工程等多種高自動化功能的隧洞施工技術，具備施工數據采集、管理、姿態調控以及數據實時傳輸等信息化施工特征，同時較傳統鉆爆法具有快速、高效、安全、低成本以及環保等優點。因此，TBM法被廣泛應用于交通、鐵路、水利以及電力等隧洞的掘進施工中。筆者通過探析TBM法在大伙房水庫輸水隧洞工程施工中應用的若干技術要點，以期為類似工程的施工與管理提供有益借鑒。

1工程概況

大伙房水庫輸水隧洞工程旨在解決遼寧省中部以及南部區域水資源短缺的問題，該工程橫跨遼寧省本溪與撫順兩市，輸水隧洞一期工程為長85.32km，洞徑8.03m的特長水工隧洞，該隧洞將鳳鳴與西江水電站尾水輸送至大伙房水庫，設計引水流量70m3/s，擔負著向遼寧省南部以及中部地區7城鎮輸運生活與生產用水的重任。輸水二期工程隧洞段全長29.1km，洞徑6m，設計流量60m3/s，擔負著由大伙房水庫往目標城市輸水的任務。該隧洞施工須穿越數十條巖石斷裂帶以及多個地質單元與向斜構造，隧洞掘進時遭受透水、滲流以及圍巖塌落等因素的威脅，地質條件十分復雜[1]。大伙房水庫輸水工程特長隧洞采取TBM法施工技術，隧洞斷面主要采取馬蹄形與圓形，在工程III—V類圍巖普遍采用模筑30cm厚混凝土，同時噴錨支護噴涂12―16cm混凝土襯砌，每隔16m布設環向施工縫并設止水。TBM法施工技術具有經濟合理、安全可靠且施工迅速等優點，通過優化TBM選型、選定合理的施工參數，從而實現在實際工程實踐中有效避免該區域特殊地質條件可能引發的施工風險。

2TBM法在輸水隧洞施工中的選型適用性分析

由于TBM法施工具有的連續掘進、機械型號選型固定且施工受區域地質條件約束較大等特征，TBM法施工常設計采用開敞式TBM與護盾式TBM兩種施工機型，且施工選型依賴于前期的地質勘探資料來確定TBM設備配置與具體施工方法，因此，施工區域地質外因與機械設備內因的配置選型條件優劣將直接影響到TBM法施工的造價成本甚至施工安全。鑒此，有必要針對TBM法在大伙房水庫輸水隧洞施工的護盾式、開敞式等多種選型進行探討，具體選型應綜合考量如下條件確定。

2.1破碎、軟弱巖層中的選型適用性大伙房水庫輸水工程特長隧洞在實施涉及破碎、軟弱地層當中的掘進施工，因開挖面巖石粘合性較差，易造成圍巖破碎等問題。開敞式TBM設備在掘進此類地層過程中須花費較長時間進行圍巖支護，同時軟弱圍巖也未能給撐靴提供足夠的反支撐力，因此不適于此類地層的掘進施工[2]。與開敞式TBM設備不同，雙護盾式TBM設備可依托安裝的管片支撐機械完成掘進開挖，適用于破碎、軟弱巖層中的施工，且該選型下的施工作業人員處于管片與盾殼的的封閉保護空間中，作業環境更加安全。

2.2中、硬巖層中的選型適用性大伙房水庫輸水特長隧洞的開挖涉及中、硬巖層中的掘進施工，該類巖層圍巖自穩性強，巖體完整度高。作為配置了支撐靴的雙護盾式TBM設備，雖具備在中、硬巖層中掘進的能力，但其須依靠掘進參數與巖渣特征方可進行配筋率管片的安置，且該選型設備輔助工序復雜、管片安置耗時長，施工掘進中隨意性很大，因此不適合中、硬巖層的掘進施工[3]。鑒此，開敞式TBM設備所具有的盾殼短且可使得掘進面盡早暴露的掘進特點便顯現優勢。開敞式TBM設備可簡化對暴露巖面的支護，同時堅固的圍巖也可為該類選型設備提供足夠的反支撐力，從而推動刀盤順利掘進。

2.3涌水巖層中的選型適用性在大伙房水庫輸水隧洞施工地質勘探顯明具有大規模涌水，且涌水量不大于0.5m3/min的巖層施工時，可采取少量鉆孔并在刀盤前方進行全封閉式預灌漿處理。此時，開敞式TBM設備可通過加長主梁與頂、側護盾，同時配置2臺鑿巖鉆機進行預灌漿，即可正常掘進施工[4]。然而，雙護盾式TBM設備因其盾殼與鉆孔距離較長、鉆孔角度大，造成掘進機械內部無法布設鉆孔設施且鉆孔成本較高，從而無法實現全封閉預灌漿處理，無法適用于涌水段的掘進開挖施工。

2.4環境與占地影響選型適用性雙護盾式TBM設備采取預制混凝土襯砌管片，相較于開敞式TBM設備普遍須占有大量的堆料場、預制廠房、蒸養設備與料源開采地。據測算，單臺雙護盾式TBM設備每個施工標段需預制混凝土管片13.2×104m3，單獨布設混凝土襯砌管片預制廠與存放處需占地1.1×104m2，在對施工周邊地表建筑物產生潛在威脅的同時，將加劇區域土壤侵蝕、水土流失以及地下水入滲[5]。因此，綜合大伙房水庫輸水工程特長隧洞施工的地質與環境條件，開敞式TBM設備則更適用于該工程的掘進施工。

3TBM法施工參數探析

3.1TBM法施工支洞布設參數設定采用TBM法施工大伙房水庫特長輸水隧洞工程，為最大限度滿足施工通風、設備檢修、出渣運輸以及電壓穩定等基本施工條件參數，宜依據如下措施設置施工支洞：①盡量縮短作業面通風距離，保證通風效果，降低風量損失，且可將通風支洞保留為永久支洞以滿足后期隧洞輸水對補氣的需求。②支洞設置應便于對TBM設備的檢修與保養，保證單機掘進深度的基本要求，同時可為鉆爆法施工提供作業面，以彌補TBM法施工因地質、設備條件制約所帶來的風險[6]。③支洞應以縮短出渣輸運帶的運輸距離降低設備造價，縮短供電距離降低電壓損失為重要考量對象，從而在降低工程造價的同時為掘進施工提供可靠的電力保障。

3.2TBM單機掘進深度參數設定針對大伙房水庫輸水工程深埋隧洞的掘進施工，須在確定TBM法施工洞軸線長度之后，采取綜合經濟技術指標論證對比，設定TBM設備單機的掘進深度參數，從而確定TBM設備所需臺數。其中，凈掘進速率為額定功率下TBM所有刀盤掘進1h的進尺；Ib表示每轉基本掘進量（mm/r）；Kd表示巖體節理類型與間距修正系數；Ks表示刀盤直徑修正系數。由式1與式2可知，影響大伙房水庫輸水工程隧洞TBM法施工單機掘進深度的制約因素包括巖石強度指標、巖體裂隙密度、圍巖特征、TBM推力強弱、刀盤尺寸與形狀以及相應的轉矩與轉速等指標。據此，大伙房水庫輸水隧洞工程TBM法實際施工中的單機掘進深度按20km控制為宜，相關主軸承的設計與配件供應亦按此要求。

4TBM法施工組織管理對策

在大伙房水庫輸水工程隧洞TBM法施工過程中，施工組織管理水平將直接影響施工掘進的質量、進度、造價以及安全，TBM法施工宜遵循如下施工組織管理措施。

4.1信息反饋管理措施應現場搜集地質情況、圍巖類型等多種施工進度影響信息，據此及時調整掘進參數。另外，TBM法施工現場工程師應對設備制定周、月工作計劃以及配件購買計劃，保障備件供給，同時開發適用于TBM備件儲存與管理信息庫，構建常用易損備件合理庫存量預警制度。

4.2設備維護管理措施在TBM法施工過程中，應強化針對TBM主機設備以及關鍵配套部件的檢修、保養力度，嚴格控制掘進作業每日工作量在18h之內，實行每日4~6h的強制性保養制度。同時設立TBM工地檢測室，結合光譜、鐵譜分析，對相關系統、部件的動態運行狀態進行監控與診斷，從而確保TBM施工機械的良好工作狀態。

4.3技術應用管理措施為充分發揮TBM法施工快速掘進的優勢，現場技術人員應選定合理的連續皮帶機出渣形式，單臺TBM掘進機出渣強度宜設置在900t/h以上，最長距離宜設置在10km以上[8]。同時，掘進施工中宜采取變頻電動機來驅動達19英寸的大直徑刀盤，從而提升工程施工的質量與進度。

5結語

大伙房水庫輸水隧洞工程采取TBM法掘進施工，實現了隧洞全線高精度貫通的目標，表明采用TBM法施工可滿足特長隧洞掘進過程中遇到的隧洞涌水、圍巖支護穩定要求，擁有較強的中、硬巖體施工適用性，同時掘進采取錨噴支護、模筑混凝土襯砌結構等措施既科學合理，又符合工程實際。大伙房水庫輸水隧洞工程的順利實施為類似工程的實施積累了寶貴經驗，為相關施工規范的修改與編制提供了實踐依據。

作者：胡精美 單位：遼寧潤中供水有限責任公司