大伙房水庫輸水工程引水隧道施工技術應用分析

韓 濤

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110166)

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大伙房水庫輸水工程引水隧道施工技術應用分析

韓 濤

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110166)

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

大伙房；輸水工程；引水隧道；TBM；鉆爆；掘進

0 引 言

隨著中國各級政府環保壓力的逐步增大，加強水利工程建設已成為當前基礎設施投資的重點區域之一，各地的大型水庫建設也進入高峰期。據權威部門統計：進入21世紀以來，我國共投資建設庫容在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，其發電總量達到2.03億kW時，使超過2.15億人免受洪水威脅，增加灌溉農田數量0.11 億 hm2，經濟社會效益顯著[1]。因此，在當前國際經濟環境不景氣的今天，水利設施投資已成為拉動內需的重要引擎。

1 工程概況

大伙房水庫位于遼寧撫順市境內，建設于1954年4月，至今已有超過70a歷史。該水庫總庫容達到21.87 億 m3，最大蓄水面積114 km2。大伙房水庫是一座防洪、灌溉、發電、供水、養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，相關部門決定啟動大伙房水庫輸水工程建設，設計打造一條長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分別向上述地區供水，估算年總供水量可達17.86 億 m3，工程概算投資額為105億元。

2 引水隧洞施工技術選擇

目前，隧道(隧洞)施工主要有傳統的鉆爆法、盾構法、明挖法以及新出現的TBM掘進法等幾種，下面主要對鉆爆及TBM法的優缺點進行詳細介紹。

2.1 鉆爆法的主要優缺點

鉆爆法是利用風鎬或鑿巖臺車在隧洞中打眼，之后利用毫秒爆破、預裂爆破、光面爆破等技術進行開挖，是目前最為常見的隧道開挖技術之一。

鉆爆法的優點主要有：①適用于各種地質條件和地下水條件；②斷面尺寸和形式可根據設計要求進行靈活調整；③通過分部開挖及輔助工法，可有效控制地表塌陷；④各項技術成熟，目前市場已有齊全的配套設備，施工成本低，較為經濟。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掘進法的優缺點介紹

TBM中文全稱為全斷面隧道掘進機，是一種集掘進、支護、出渣等工序于一體的大型工程機械，目前被廣泛應用于鐵路、水電、礦山等隧洞建設工程，見圖1所示。

TBM掘進法的主要優點有：①施工速度較快，可顯著縮短工期，尤其是在穩定圍巖中長距離隧道施工時其優勢更加明顯；②由于無需爆破，因此對圍巖破壞較小，保證了圍巖穩定性，有利于支護作業；③無需繁瑣工序，且一線施工人員較少，作業環境好，施工安全性得到顯著提高。但TBM掘進機的運輸、安裝、租賃等費用較高，且對圍巖性質要求較高，在軟弱圍巖中會遇到支護問題；當巖石硬度超過200MPa后刀具磨損較快，且開挖速度較低，會使經濟效益大大降低。

圖1 TBM掘進機

綜合工程實際情況，保證施工的“經濟適用”原則，經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技術掘進的總距離為18.5 km，剩余部分采用鉆爆法完成。

3 引水隧道施工技術應用分析

根據實際用水需求設計大伙房輸水工程的引水流量為70m3/s，據此設計隧道開挖洞徑范圍在6.5～8.0m，主洞斷面為馬蹄形。

3.1 鉆爆法施工技術分析

鉆爆法效果的好壞重點是爆破參數的選擇，為盡量減少巖石的開挖，設計在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階法開挖。其主要的施工工序為炮眼設計→鉆孔→裝藥→起爆→支護→出渣等，下面重點介紹炮眼設計和裝藥[3]。

3.1.1 炮眼設計

本項目采用氣腿式鑿巖機(Ⅳ類和Ⅴ類圍巖)和鑿巖臺車(Ⅱ類和Ⅲ類圍巖)鉆孔，設計裝藥孔直徑范圍在42～48mm，非裝藥鉆孔直徑為60～65mm。其他各項尺寸參數見表1。因光面爆破的需要，氣腿式鑿巖機需打“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

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，設計周邊眼間距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，在此不再詳細敘述。

3.1.2 裝藥設計

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，其裝藥量也會有所差別。本項目采用乳化炸藥進行爆破，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掘進技術分析

為節約工期，專家組設計在大伙房水庫引水隧洞巖層較軟且地質條件好的連續地段采用TBM掘進技術(見下圖3)，文章重點敘述在較差地質條件下TBM技術的應對措施。

3.2.1 在軟弱破碎圍巖地段的技術措施

本工程采用了變頻電機驅動型TBM掘進機，可實現在軟弱圍巖掘進時低速低擾動；此外控制掘進速度，一般采用每循環1/2～1/4短行程。還需對撐靴洞壁采用臨時枕木或混凝土等加固技術[5]。

3.2.2 在斷層地段的技術措施

在斷層等不良地段可對刀盤前15～20m距離采取超前小導管或打超前錨桿處理，可有效控制圍巖刀盤護盾的變形。本項目采用的TBM掘進機自帶的錨桿鉆機可完成前方30m范圍內的錨桿作業。在斷層及水量較大時，增加TBM扭矩至70%，將推力降低至4kN。若遇到刀盤被卡情況應停止作業，進行超前預注漿，并且在圍巖間隙內穿插φ22mm鋼筋[6]。

4 結 語

大伙房水庫輸水工程歷時3 a，通過結合鉆爆法和TBM掘進法，取得了較好的經濟及社會效益，工程投入使用后各項指標均滿足設計要求，大大緩解了周邊城市的用水緊張現狀。隧洞掘進工程對設計方案、施工技術及隊伍素質都有很高的要求，需業主、設計方到施工方必須都達到一定專業水平，此外還要充分結合工程實際情況，做到各項工作因地制宜。

[1]張鏡劍，傅冰駿.隧道掘進機在我國應用的進展[J].巖石力學與工程學報，2007(02)：42-46.

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

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

[4]連惠利.砂礫石地質引水隧道的開挖及支護施工技術[J].農業科技與信息，2015(10)：31-34.

[5]龔秋明，王繼敏.錦屏二級水電站1#、3#引水隧洞TBM施工預測與施工效果對比分析[J].巖石力學與工程學報，2011(08)：19-23.

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

2016-07-28

韓濤()，男，河北青縣人，助理工程師，從事水利運行調度。

1007-7596(2016)09-0117-03

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