長隧洞施工方案論文

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1工程概況

根據輸水線路工程方案二線路布置，線路總長度46.34km，由0.78km長的輸水箱涵和單條長32.61km穿越主峰的長隧洞組成，其中隧洞總長度32.61km，前段砂礫石段長6.1km，中后巖石段長26.51km，輸水線路縱斷面布置如圖1所示。受限于地形條件，無布置和開設施工支洞的條件。設計擬定采用無壓輸水隧洞，凈洞徑4.0m，開挖洞徑4.8m，圓形斷面，埋深200～1559m。方案二全洞長32.61km的隧道采用的施工方案為“土壓平衡+雙護盾TBM”的雙模護盾式全斷面掘進機方案，前段6.1km砂礫石洞段采用土壓平衡盾構機施工，圓形斷面，凈洞徑D=3.0m，C50預制管片鋼筋砼襯砌結構。中后段長26.51km的巖石隧洞段采用TBM掘進機方案。本文論證的是長隧洞的巖質部分（樁號：6+970.0～33+480.0）的施工方案選型，對采用TBM方案和TBM+鉆爆法聯合方案進行技術經濟比較，確定施工方案。

2工程地質條件

該隧洞全長32.61km，其中中后段巖質隧洞長26.51km，最大埋深1559m，平均埋深約800m，地層巖性繁多，巖質軟硬不一，從硬質巖-軟質巖均有分布，地層時代從N1～O1共9個地層單位9種地層巖性，從巖質隧洞進口至洞出口依次為:志留系下統下巖組（S1a）片理化鈣質砂巖、中巖組（S1b）千枚狀板巖夾石英砂巖，侏羅系上統（J3）礫巖夾泥巖，泥盆系上統（D3）紫紅色變質砂巖夾礫巖，志留系中統下巖組（S2a）變質安山玄武巖夾凝灰砂巖，石炭系下統（C1）白云巖夾炭質頁巖，奧陶系中統（O2）淺變質砂礫巖夾板巖，奧陶系下統（O1）結晶灰巖，上第三系中新統（N1）黏土巖夾砂礫巖。在強烈的構造應力和外應力作用下，形成了一個復雜的地質環境，埋深大、軟硬巖兼具，巖性以沉積巖和變質巖為主，受構造影響，共分布有17條斷層破碎帶。巖石物理力學性質差異大，單軸飽和抗壓強度15.4～80.6MPa，巖石縱波速1500～5100m/s，完整性系數0.2～0.5（破碎的除外）。圍巖類別以Ⅲ、Ⅳ類為主，局部Ⅴ類，其中：Ⅲ類圍巖段長11.9km；Ⅳ類圍巖段長11.2km；Ⅴ類圍巖段長3.4km。洞室位于地下水位線以下，地下水類型主要為變質巖類裂隙水、碎屑巖類孔隙-裂隙水，局部白云巖及結晶灰巖段存在巖溶水。隧洞穿越17條斷層，斷層寬度數米～200m，均為壓性斷層，受斷裂構造影響，擠壓隆起作用較為強烈，斷裂、褶皺較發育，地應力水平較高，以構造應力為主，主應力方向與洞線近于平行，主應力方向在NE30°左右。工程地質條件和水文地質條件較為復雜。根據隧洞TBM施工適宜性判斷，巖石完整性及圍巖條件相對較差，受不利巖體地質條件組合對掘進效率有一定的影響，地質條件適應性一般至較差，適宜性分級為B、C級。

3施工方案選擇因素

針對工程地質條件與規劃工期，并結合工程區高寒、高海拔及長隧洞等特點，在隧洞施工方案的選擇上主要考慮以下因素：

（1）根據地形地質及長隧洞條件，優先考慮掘進機及預制管片施工方案。

（2）工程區地處高寒、高海拔、缺氧等特殊的氣候及外部條件，考慮以人為本原則，優先采用機械化程度高的掘進機施工，以降低勞動強度，提高安全度。

（3）局部不良洞段可采取鉆爆法配合掘進機施工。

4施工方案擬定及方案比較

巖石洞段長度與直徑之比為8838，從洞長來看，采用TBM進行施工比較經濟。根據隧洞沿線工程地質，選擇硬巖及軟巖均可適應，對軟巖、斷層帶及大埋深節理較發育的巖石類型有顯著優勢，施工的TBM設備應擬采用對地質適應性較廣的混合型雙護盾全斷面TBM掘進機，對于沿線大規模斷層破碎帶洞段采取常規的鉆爆法配合掘進機施工。

（1）工作面確定：由于進口6.1km的砂礫石洞段采用土壓平衡盾構機施工，每天掘進襯砌完成4環，月進尺180m/月，工期為34個月。TBM掘進機制造、運輸、現場安裝共需約20個月的時間，少于盾構法施工進口砂礫石洞段的施工時間；若TBM由進口過砂礫石洞段進入巖石洞段掘進，則需將砂礫石洞段洞徑由D=3.0m擴大至D=4.8m；若由進口開始TBM的施工且不擴大砂石料洞段洞徑時，則需在7+200處設置豎井，TBM設備由該豎井調運至洞底，在隧洞內的組裝洞室進行組裝和調試。因此，1臺TBM方案由出口向上游掘進較為適宜，即由32+930向上游方向掘進至6+970，掘進段長度25.96km。在TBM制造、運輸約16個月的時間段，先采用鉆爆法進行出口洞段的施工，出口洞段均為Ⅳ類圍巖，按月成洞進尺40m計算，則可完成550m的掘進、施工，同時完成樁號30+170處通風豎井的施工。

（2）獨頭最大通風長度：該方案獨頭最大通風距離23.20km。根據國內TBM獨頭通風長度的工程實例，達到該長度的少有。長距離的施工通風，對通風量需求量、通風風壓及風速的要求均很高，通風難度大，實現困難。

（3）斷層破碎帶施工：TBM掘進機施工長度為25.96km，其中斷層破碎帶寬度100m以上的不良部位采用常規鉆爆法施工，總長度1.64km，共需開挖旁洞約2.0km。

（4）工期：類比國內TBM掘進機施工月平均進尺按550.0m/月初步估算，施工所需時間為48個月，寬度大于100m以上2km長斷層處理及旁洞施工時間按開挖、支護、灌漿等處理月平均進尺30m/月估算，工期約為68個月，總計工期116個月（約10年）。

5結語

本文從埋深、工程地質條件、施工工作面的確定、獨頭最大通風長度、工期及投資等方面對TBM方案和TBM+鉆爆法聯合方案進行了比較，在滿足規劃工期的條件下，巖石洞段6+970～33+480段最終選擇了采用2臺雙護盾TBM掘進機掘進，局部不良洞段采取鉆爆法配合掘進機的施工方案。

作者:陳學雁單位:甘肅黑河水電實業投資有限責任公司