长隧洞施工方案论文

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1工程概况

根据输水线路工程方案二线路布置，线路总长度46.34km，由0.78km长的输水箱涵和单条长32.61km穿越主峰的长隧洞组成，其中隧洞总长度32.61km，前段砂砾石段长6.1km，中后岩石段长26.51km，输水线路纵断面布置如图1所示。受限于地形条件，无布置和开设施工支洞的条件。设计拟定采用无压输水隧洞，净洞径4.0m，开挖洞径4.8m，圆形断面，埋深200～1559m。方案二全洞长32.61km的隧道采用的施工方案为“土压平衡+双护盾TBM”的双模护盾式全断面掘进机方案，前段6.1km砂砾石洞段采用土压平衡盾构机施工，圆形断面，净洞径D=3.0m，C50预制管片钢筋砼衬砌结构。中后段长26.51km的岩石隧洞段采用TBM掘进机方案。本文论证的是长隧洞的岩质部分（桩号：6+970.0～33+480.0）的施工方案选型，对采用TBM方案和TBM+钻爆法联合方案进行技术经济比较，确定施工方案。

2工程地质条件

该隧洞全长32.61km，其中中后段岩质隧洞长26.51km，最大埋深1559m，平均埋深约800m，地层岩性繁多，岩质软硬不一，从硬质岩-软质岩均有分布，地层时代从N1～O1共9个地层单位9种地层岩性，从岩质隧洞进口至洞出口依次为:志留系下统下岩组（S1a）片理化钙质砂岩、中岩组（S1b）千枚状板岩夹石英砂岩，侏罗系上统（J3）砾岩夹泥岩，泥盆系上统（D3）紫红色变质砂岩夹砾岩，志留系中统下岩组（S2a）变质安山玄武岩夹凝灰砂岩，石炭系下统（C1）白云岩夹炭质页岩，奥陶系中统（O2）浅变质砂砾岩夹板岩，奥陶系下统（O1）结晶灰岩，上第三系中新统（N1）黏土岩夹砂砾岩。在强烈的构造应力和外应力作用下，形成了一个复杂的地质环境，埋深大、软硬岩兼具，岩性以沉积岩和变质岩为主，受构造影响，共分布有17条断层破碎带。岩石物理力学性质差异大，单轴饱和抗压强度15.4～80.6MPa，岩石纵波速1500～5100m/s，完整性系数0.2～0.5（破碎的除外）。围岩类别以Ⅲ、Ⅳ类为主，局部Ⅴ类，其中：Ⅲ类围岩段长11.9km；Ⅳ类围岩段长11.2km；Ⅴ类围岩段长3.4km。洞室位于地下水位线以下，地下水类型主要为变质岩类裂隙水、碎屑岩类孔隙-裂隙水，局部白云岩及结晶灰岩段存在岩溶水。隧洞穿越17条断层，断层宽度数米～200m，均为压性断层，受断裂构造影响，挤压隆起作用较为强烈，断裂、褶皱较发育，地应力水平较高，以构造应力为主，主应力方向与洞线近于平行，主应力方向在NE30°左右。工程地质条件和水文地质条件较为复杂。根据隧洞TBM施工适宜性判断，岩石完整性及围岩条件相对较差，受不利岩体地质条件组合对掘进效率有一定的影响，地质条件适应性一般至较差，适宜性分级为B、C级。

3施工方案选择因素

针对工程地质条件与规划工期，并结合工程区高寒、高海拔及长隧洞等特点，在隧洞施工方案的选择上主要考虑以下因素：

（1）根据地形地质及长隧洞条件，优先考虑掘进机及预制管片施工方案。

（2）工程区地处高寒、高海拔、缺氧等特殊的气候及外部条件，考虑以人为本原则，优先采用机械化程度高的掘进机施工，以降低劳动强度，提高安全度。

（3）局部不良洞段可采取钻爆法配合掘进机施工。

4施工方案拟定及方案比较

岩石洞段长度与直径之比为8838，从洞长来看，采用TBM进行施工比较经济。根据隧洞沿线工程地质，选择硬岩及软岩均可适应，对软岩、断层带及大埋深节理较发育的岩石类型有显著优势，施工的TBM设备应拟采用对地质适应性较广的混合型双护盾全断面TBM掘进机，对于沿线大规模断层破碎带洞段采取常规的钻爆法配合掘进机施工。

（1）工作面确定：由于进口6.1km的砂砾石洞段采用土压平衡盾构机施工，每天掘进衬砌完成4环，月进尺180m/月，工期为34个月。TBM掘进机制造、运输、现场安装共需约20个月的时间，少于盾构法施工进口砂砾石洞段的施工时间；若TBM由进口过砂砾石洞段进入岩石洞段掘进，则需将砂砾石洞段洞径由D=3.0m扩大至D=4.8m；若由进口开始TBM的施工且不扩大砂石料洞段洞径时，则需在7+200处设置竖井，TBM设备由该竖井调运至洞底，在隧洞内的组装洞室进行组装和调试。因此，1台TBM方案由出口向上游掘进较为适宜，即由32+930向上游方向掘进至6+970，掘进段长度25.96km。在TBM制造、运输约16个月的时间段，先采用钻爆法进行出口洞段的施工，出口洞段均为Ⅳ类围岩，按月成洞进尺40m计算，则可完成550m的掘进、施工，同时完成桩号30+170处通风竖井的施工。

（2）独头最大通风长度：该方案独头最大通风距离23.20km。根据国内TBM独头通风长度的工程实例，达到该长度的少有。长距离的施工通风，对通风量需求量、通风风压及风速的要求均很高，通风难度大，实现困难。

（3）断层破碎带施工：TBM掘进机施工长度为25.96km，其中断层破碎带宽度100m以上的不良部位采用常规钻爆法施工，总长度1.64km，共需开挖旁洞约2.0km。

（4）工期：类比国内TBM掘进机施工月平均进尺按550.0m/月初步估算，施工所需时间为48个月，宽度大于100m以上2km长断层处理及旁洞施工时间按开挖、支护、灌浆等处理月平均进尺30m/月估算，工期约为68个月，总计工期116个月（约10年）。

5结语

本文从埋深、工程地质条件、施工工作面的确定、独头最大通风长度、工期及投资等方面对TBM方案和TBM+钻爆法联合方案进行了比较，在满足规划工期的条件下，岩石洞段6+970～33+480段最终选择了采用2台双护盾TBM掘进机掘进，局部不良洞段采取钻爆法配合掘进机的施工方案。

作者:陈学雁单位:甘肃黑河水电实业投资有限责任公司