小浪底引黄工程2号隧洞土洞段施工方案比较

2012-09-17郝满仓

山西水利科技 2012年4期

关键词：洞段支洞管片

郝满仓

（山西省水利水电勘测设计研究院山西太原 030024）

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程位于山西省运城市，工程总体走势为东南-西北向，是自黄河干流上的小浪底水利枢纽工程库区向山西省涑水河流域调水的大型引调水工程。

山西省小浪底引黄工程任务是解决运城市的盐湖区、闻喜县、绛县、夏县、垣曲县五县（区）农业灌溉、工业及城镇生活、生态用水问题。

工程由引水干线、灌区工程、工业和城镇供水工程组成。引水干线主要建筑物包括输水线路、进水塔、地下泵站、调蓄水库、连通洞和末端出水池。输水线路布置有2条隧洞和1座箱涵。1号隧洞布置在进水塔和地下泵站之间，桩号0+000~5+948，全长5.948 km，为圆形有压洞，洞径4.5 m，纵坡1/3000。2号隧洞布置在地下泵站出水口至箱涵进口，为无压洞，全长53.16 km，纵坡1/3000。隧洞出口至末端出水池间布置箱涵，桩号59+593.59~59+627.59，长34 m，底坡1/3000，横断面为马蹄形渐变至矩形。

2号隧洞桩号6+435.91~47+480.0段为岩石洞段，长41.04 km，断面采用城门洞形。桩号47+480.0~59+593.59段为土洞段，长12.11 km，断面形式根据开挖方法的不同而采用圆形或马蹄形。

土洞段隧洞埋深10～120 m，其中上游段5.25 km（桩号47+480~52+730）为砂砾石或含砂砾石土洞段，同时2.40 km（桩号47+480~49+880）位于地下水位以下15～90 m；下游段6.86 km（桩号52+730~59+594）为低液限黏土洞段，位于地下水位以上。

2 土洞段施工方案

根据目前施工水平，土洞段施工方法有两种：人工开挖法施工和盾构法施工。

人工开挖法施工的隧洞断面为马蹄形，顶拱半径2.2 m，底拱和侧底拱半径4.4 m，盾构机滑行段的顶拱半径3 m，底拱和侧底拱半径6 m。一次喷锚支护厚0.15m，二次钢筋混凝土衬砌厚0.40 m。

盾构法施工的隧洞断面为圆形，内径4.52 m，采用4+1四边形管片衬砌，管片厚度为0.35 m，管片外壁与开挖洞壁之间间隙0.12 m，隧洞开挖断面直径为5.46 m。

经多次调研以及专家咨询，进一步了解盾构机的性能和掘进技术，同时考虑工期要求，对该土洞段施工方案做了进一步比较，提出三个方案，分述如下：

2.1 方案一：一台可转换模式盾构机施工方案

该方案为初步设计阶段拟定方案。隧洞末端1.09 km洞段因地层为湿陷性黄土采用人工开挖，其余11.02 km洞段采用一台可转换模式的盾构机施工。

盾构机由隧洞出口进洞，桩号52+730~58+500长5.77 km低液限黏土洞段采用土压平衡模式盾构法施工，在桩号52+730处设检修洞室，在检修洞室处进行模式转换；桩号47+480~52+730长5.25 km混合卵石土夹级配不良砂层洞段（部分洞段洞顶以上最大水头90 m）采用泥水平衡模式盾构法施工，在桩号52+730处设15号排泥管路支洞，洞外设泥浆处理系统。在土岩分界线的岩石洞段桩号47+480处设拆卸洞室及14号施工支洞，盾构机在拆卸洞室解体后沿主洞运输出洞。管片预制厂集中布置在隧洞出口，土压平衡盾构机出渣及全线管片运输均由隧洞出口矿车平洞运输完成。

隧洞末端1.09 km人工开挖洞段，在桩号58+850处设一条施工支洞，长50 m。该洞段开挖为3个工作面，每个工作面控制长度平均为400 m左右，按综合进尺40 m/月计算，该人工开挖洞段需要10个月挖通，从进度上能满足盾构机进洞时间的要求。方案一的平面布置见图1。

图1 方案一平面布置示意图

2.2 方案二：人工开挖加一台盾构机施工方案

桩号47+480~52+730洞段，洞长5.25 km，地层主要为混合卵石土夹级配不良砂层，且部分洞段的地下水位较高，人工开挖十分困难；而桩号52+730~59+594洞段，洞长6.86 km，地层主要为低液限黏土，且全部位于地下水位以上，便于人工开挖施工。

因此，桩号47+480~52+730洞段，采用一台泥水平衡盾构机施工。在桩号52+730设置一直径15 m、深62 m的圆形竖井，作为盾构机始发井，14号施工支洞处仍设置拆卸洞室。在始发井附近布置泥浆处理系统和管片预制厂。盾构机排泥管道布设及管片运输均通过始发井完成。

桩号52+730~59+594洞段，采用人工开挖，需设置3条施工支洞（其中15号施工支洞移位重新布设），在桩号53+850处设15号支洞，洞长264 m，倾角19.3°；在桩号55+670处设16号支洞，洞长376 m，倾角8.5°；在桩号57+667处设17号支洞，洞长338 m，倾角9.5°。该段隧洞共设7个工作面，每个工作面控制洞长为0.8~1.1 km（不含支洞长度）。

2.3 方案三：两台盾构机施工方案

根据工程地质条件和盾构机的类型及其适应性，本方案拟采用两台不同模式的盾构机施工，即泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机。

在桩号47+480~52+730洞段，采用一台泥水平衡盾构机施工（同方案二的该段施工方案），掘进长度5.25 km。在桩号52+730设置一直径15 m、深62 m的圆形竖井，作为盾构机始发井，14号施工支洞仍设置拆卸洞室。在始发井附近布置泥浆处理系统。盾构机排泥管道布设及管片运输均通过始发井完成。

桩号58+500~59+594洞段，末端长1.09 km，因地层为湿陷性黄土采用人工开挖（开挖方法同方案一）。桩号52+730~58+500洞段采用一台土压平衡盾构机施工，掘进长度5.77 km。盾构机由隧洞出口进洞，泥水平衡盾构机的始发井作为土压平衡盾构机的接收井，取消15号施工支洞。土压平衡盾构机的出渣及管片运输均由平洞运输完成。

统一在隧洞出口布置管片预制厂。