長距離輸水隧洞進度補短板措施與技術創新*

賴 勇，杜強強，鄭 剛

(1.浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002； 2.杭州市千島湖原水股份有限公司，浙江 杭州 310016)

0 引言

長距離輸水隧洞為控制工期，一般設置施工支洞增加工作面，實現長洞短打，但由于受圍巖條件等不確定性因素影響，實施過程中易出現進度短板，制約工程整體進度，增加成本。現有加快施工進度措施的研究大多從管理角度著手，如保障通風排煙、保障人員設備投入[1]、減少設備故障[2]、優化出渣工序、提高光爆效果[3]等。與交通工程隧道相比，輸水隧洞洞徑小得多，開挖與襯砌支護一般難以并行實施，隧洞工作面存在進度短板且滯后較大時，管理優化和現有技術手段不能滿足要求時，有必要進行創新[4]。

1 工程概況

千島湖配水工程輸水隧洞全長113.22km，其中C30W8F50平底圓形鋼筋混凝土隧洞長102.29km，襯后洞徑6.7m，淺埋段長10.93km，采用鋼管外包混凝土襯砌，鋼管內徑5.0m。工程沿線共34個施工支洞，采用城門洞形斷面，最小襯后洞徑為5.5m×6.0m(寬×高)，施工支洞總長20.36km，連同埋管工作面，全線共78個隧洞開挖及支護工作面，隧洞全線采用鉆爆法施工，單工作面最長3.3km[5-6]。

輸水隧洞圍巖總體以Ⅲ類為主，Ⅰ類圍巖相對較少。根據統計結果，Ⅰ～Ⅱ類圍巖占全洞長的9.7%，Ⅲ類圍巖約占全洞長的76.6%，Ⅳ～Ⅴ類圍巖約占全洞長的13.7%。其中中部建德、桐廬段隧洞總體圍巖條件較好，以Ⅲ類偏好圍巖為主。上游淳安段除部分灰巖區存在溶洞溶蝕影響外，總體圍巖條件較好；下游富陽段圍巖條件較差，Ⅲ類偏差、Ⅳ～V類圍巖居多。

2 開挖初期措施

工程全線共16個土建標段，其中首批5個標段于2015年4月開始隧洞爆破施工，其余11個標段于2015年下半年進場，2016年初陸續開始隧洞爆破施工。2016年8月，疏理排查全線78個工作面進展情況，此時以西塢山上游、西塢山下游和桐村上游進度滯后情況最突出。采取加快施工進度的技術措施如下。

1)增設施工支洞 分別在西塢山和桐村上游各增設1個施工支洞。

2)調整支洞軸線 西塢山上游增設施工支洞后，單工作面長度大幅減少，向下游調整該支洞軸線與輸水隧洞交點，以減少下游工作面長度。

3)擴大底部洞徑(見圖1) 貝山寺下游、春建上游、爽塢里下游、上陳上游工作面底部兩側各拓寬0.7m，以滿足出渣設備平行作業所需寬度要求。

圖1 輸水隧洞擴大底部洞徑結構

采用以上技術措施后，進度短板提升效果如圖2所示。實際過程中，基于后期圍巖條件的不確定性，本階段未直接采納上述建議，現場主要采用加強進度管理、政策處理及時到位、施工單位加大設備及人員投入、做好工序銜接、保障原材料供給、節假日加班、連續24h循環施工等非技術措施。

圖2 開挖初期進度短板采取措施前后完工時間

3 開挖中期措施

2017年5月1日，除進水口施工支洞外，其余33個施工支洞均已完成開挖，輸水隧洞累計開挖56.95km，約占輸水隧洞總長的50.3%。根據已開挖隧洞段進尺統計，Ⅱ類圍巖平均進尺190m/月；Ⅲ類偏好圍巖平均進尺180m/月；Ⅲ類偏差圍巖考慮施工安全，增加鋼拱架支護，平均進尺約120m/月；Ⅳ類圍巖平均進尺約75m/月；V類圍巖平均進尺僅50m/月。

對各工作面進度進行重新梳理和綜合分析后，采取的加快進度工程技術措施包括擴大底部洞徑、調整相鄰工作面長度、漸變段采用鋼襯等，縮短滯后工期約2個月，增加投資1 020.9萬元。

4 開挖后期措施

2017年12月14日，輸水隧洞累計開挖92.2km，約占輸水線路總長的81.4%，盡管總體開挖完成比例較高，但由于地質條件的差異，部分節點工作面仍較滯后，輸水隧洞剩余開挖長度超過800m的工作面及掌子面圍巖情況如表1所示。

表1 輸水隧洞滯后工作面統計

施工12標西塢山下游工作面剩余長度最大、圍巖條件極差，盡管已采用保障人員及設備投入、連續24h循環施工、拓隧洞底寬等措施，但進度形勢極為嚴峻。根據規范[7]，平洞開挖Ⅳ類圍巖循環進尺宜為1.0～2.0m，Ⅴ類圍巖循環進尺宜為0.5～1.0m。結合Ⅳ，Ⅴ類圍巖一期支護緊跟掌子面要求[8]，各工作面每天僅能完成1.5個循環，因此，制約Ⅳ，Ⅴ類圍巖隧洞開挖進尺的關鍵因素在于單循環進尺較小，在確保施工安全的前提下，應加大單循環進尺。為此，對采用鑿巖臺車施工的方案進行專題調研，并選擇優化常規支護加大單循環進尺方案。

4.1 改用鑿巖臺車施工方案(方案1)

鑿巖臺車是集行走、鑿巖和裝藥于一體的特種施工機械，可替代人工進行掌子面鉆孔、打設錨桿等作業，并可提供吊籃平臺輔助裝藥，具有整體性能穩定、操作簡單、鉆孔速度快、安全系數高等優點，在高鐵隧洞施工中被廣泛應用[9-10]。目前，常用的鑿巖臺車有三臂和雙臂系列，適用的最大洞徑為16.6m×12.6m，最小洞徑為5.0m×6.0m。輸水隧洞洞徑小，本工程采用雙臂鑿巖臺車的施工可行性如下。

1)通行工作空間 本工程輸水隧洞噴護后的洞徑凈空約7.5m，底寬約6.0m，雙臂鑿巖臺車尺寸15.1m×2.5m×3.3m，12標工地裝載機寬3.1m，自卸汽車寬2.5m，雙臂鑿巖臺車與裝載機并行時的寬度要求是3.1m+2.5m+0.5m(排水溝)+0.5m(安全裕度)=6.6m，因此，鑿巖臺車需設避車道才能讓行裝載機，為方便鑿巖臺車與裝載機并行，需在開挖斷面洞底兩側各拓寬0.7m的基礎上，在洞底兩側各加寬0.3m。

2)主支洞交匯口轉彎 本工程主支洞交匯口支洞和主洞底寬均為8.0m，洞壁轉彎半徑6.0m，因此，理論允許的最大外轉彎半徑為8.0m+6.0m-0.5m(安全裕度)=13.5m，雙臂鑿巖臺車最小轉彎外半徑為8.4m，滿足主支洞交匯口通行條件。

3)鉆孔工作空間 雙臂鑿巖臺車推進器總長6 125mm， 最大鉆孔深度4.0m。本工程噴護后的洞徑凈空約7.5m，滿足鉆孔工作空間要求。

4)鋼拱架架設 改用鑿巖臺車施工時，必須考慮架設鋼拱架時采用鉆孔臺車的兼容性，雙臂鑿巖臺車可從鉆孔臺車下部穿行，因此，可與鉆孔臺車兼容施工。

綜上，在西塢山下游工作面采用雙臂鑿巖臺車施工方案可行。改用鑿巖臺車施工后，支護措施調整如下：①開挖洞底兩側再各加寬0.3m；②Ⅳ，Ⅴ類圍巖增設中管棚；③Ⅲ類偏差圍巖取消鋼拱架；④砂漿錨桿、藥卷錨桿、普通中空注漿錨桿均調整為SD27N自進式中空注漿錨桿。估算本方案需增加投資889.7萬元，可縮短工期3.7個月。

4.2 優化常規支護加大單循環進尺方案(方案2)

采用管超前、嚴注漿措施，結合現場試驗和施工期安全監測實時反饋信息，在確保安全的前提下逐步提高單循環進尺，考慮與鋼拱架間距匹配，擬定Ⅳ，Ⅴ類圍巖優化常規支護后，依次調整循環進尺如下：①Ⅳ類圍巖為2.5，3.0m；②Ⅴ類偏好圍巖為1.6，2.4m；③Ⅴ類偏差圍巖為1.0，1.5m。

常規支護方式優化調整如下。

1)Ⅳ類圍巖 原SD27N自進式中空注漿錨桿超前支護調整為φ42小導管超前支護，小導管環向間距0.35m，頂拱150°布置，2.5m進尺施工時排距2.0，3.0m間隔布置，3.0m進尺施工時排距3.0m間隔布置，超前小導管長度統一為5.5m，外插角10°～15°。

2)Ⅴ類圍巖 φ42小導管環向間距0.3m，頂拱150°布置，排距同循環進尺長度，搭接長度≥2.5m，外插角10°～15°。

估算本方案需增加投資330.2萬元，可縮短工期3.6個月。

4.3 推薦方案及實施效果

西塢山下游工作面采用方案2，月平均進尺Ⅳ類圍巖由75m/月提高到110m/月，Ⅴ類圍巖由50m/月提高到80m/月，該工作面于2018年12月底順利貫通。隧洞開挖期間，該工作面有3個多月采用試驗懸臂式掘進機施工，平均進尺為75m/月。由于多次遭遇溶洞，施工1標金竹牌下游、石毛畈上游工作面后期進度出現滯后，同樣采用方案2，于2018年12月底完成工作面開挖。

5 加快襯砌進度的技術措施

除隧洞開挖及初期支護外，加快二次襯砌是進度補短板的重要組成部分。規范建議施工縫間距為6～12m[11]，C30W8F50鋼筋混凝土含泥量高，采用12.0m臺車時易出現環向裂縫，若采用6.0m臺車施工則進度太慢。為實現施工縫間距6.0m時采用12m甚至18m臺車，本工程輸水隧洞混凝土襯砌全線采用誘導縫，各臺車襯砌段間距6.0m按施工縫要求預先固定設置止水和嵌縫松木板，襯砌拆模后迎水面切割5cm深的環向伸縮縫，可有效防止除誘導縫內部外的襯砌再出現環向裂縫，在加快襯砌進度的同時有效保障襯砌質量。輸水隧洞襯砌誘導縫結構如圖3所示。

除誘導縫措施外，部分滯后的工作面仍同步采用雙臺車施工，相關工作面的襯砌進尺如表2所示，2019年8月20日，隧洞全線襯砌完成。

6 結語

千島湖配水工程輸水隧洞于2018年12月26日全線開挖貫通，2019年9月29日正式通水，工程在上游存在多處溶洞，在下游軟巖洞段水平節理發育、涌水突泥多發的情況下按時完工。襯砌進尺多次刷新全國紀錄，最終創造18m雙臺車單月襯砌進尺954m的紀錄。

1)若長距離輸水隧洞洞徑小，工作面進度滯后，應首先考慮管理措施。在進度仍然滯后的情況下，可考慮增設施工支洞、擴大底部洞徑、調整支洞軸線、漸變段采用鋼襯、調整相鄰工作面長度等技術措施。

圖3 輸水隧洞襯砌誘導縫結構

表2 輸水隧洞采用誘導縫技術后的襯砌進尺

2)分階段采用技術措施，效果更好。部分措施后期采用時難以發揮效果，如增設施工支洞，需盡早采用。

3)制約Ⅳ，Ⅴ類圍巖隧洞開挖進尺的關鍵因素在于單循環進尺較小，在確保安全的前提下，可考慮優化常規支護加大單循環進尺方案。

4)采用雙臺車施工，設置誘導縫，可加快進度，同時保障襯砌質量，尤其加快長距離輸水隧洞進度。