中部引黄工程总干3号隧洞TBM1支洞改线方案

张美林

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

山西省中部引黄工程是山西省“十二五”规划大水网建设中的一项重要工程，本工程干线自天桥水电站库区取水，供水范围涉及4市16县。包括取水工程和输水工程，其中输水工程包括总干线、东干线、西干线以及各供水支线，输水线路总长384.5 km。

输水总干3号隧洞桩号为总45＋368.3—总164＋601.9，全长 119.23 km，纵坡 1/2 500～1/3 000，设计流量 18.73～20.94 m3/s，进口洞底高程 997.73 m，出口洞底高程966.0 m。输水总干3号隧洞（桩号总77＋040.9—总 118＋395.80） 为 TBM 施工段，布置 2 台TBM设备，分别从上下游掘进，其中桩号总77＋040.9—总 98＋070.20 段为 TBM1 标施工段，桩号总98＋070.20—总 118＋395.80 段为 TBM2 标施工段。TBM施工段断面为圆形，直径4.3 m，设计水深3.43～3.32 m。

2 原设计方案

TBM1标进洞支洞布置在总干3号隧洞西侧，避开了矿区范围，进洞支洞末端与总干3号隧洞桩号总77＋040.90 相接。进洞支洞进口洞底高程 1 185.00 m，与主洞相交点高程 997.73 m，坡度 4.08%，转弯半径500 m，总长3 893 m，进洞支洞与主洞夹角68.16°。进洞支洞分为土洞段和岩洞段，其中桩号SJ0＋000.00—SJ1＋650.00 段为土洞段，桩号 SJ1＋650.00—SJ3＋893.00段为岩洞段。土洞段总长1 650.00 m，采用钻爆法施工。断面为马蹄形，顶拱内缘为半径3.25 m的半圆弧，侧拱及底拱内缘为半径6.5 m的半圆弧，洞身净宽与净高相等，均为6.5 m。隧洞顶拱、侧拱及底拱均采用500 mm厚C25现浇混凝土衬砌，顶拱100°范围内回填灌浆，灌浆压力 0.2MPa。岩洞段总长 2243.00m，采用TBM掘进进洞。其中Ⅴ类围岩段隧洞长606.00 m，Ⅳ类围岩段隧洞长437.00 m，Ⅲ类围岩段隧洞长1 200.00 m。

3 改线方案

3.1 改线缘由

输水总干 3号隧洞桩号总 77＋040.9处布置TBM1进洞支洞。原初步设计根据2011年兴县国土部门提供的《兴县各类矿分布图》，把进洞支洞布置在3号隧洞的西侧，避开了矿区范围。山西省中部引黄工程在设计规划阶段，严格按照有关建设程序和规定，办理了工程项目用地预审、工程选址等手续，工程可研、初设报告已经有关部门批复。

根据山西锦兴能源有限公司提供的《国家发展改革委关于山西省离柳矿区总体规划的批复》规划新建矿井18处。TBM1标进洞支洞施工范围与规划中的锦兴能源肖家洼煤矿采煤边界存在交叉，致使该标段无法正常施工，如果不改线，将会造成工期延误等严重后果和较大的安全隐患。经上级部门批准，对原初步设计TBM1标进洞支洞线路进行改线。

3.2 改线方案设计

TBM1标进洞支洞移至总干3号隧洞的东侧，洞口位于兴县岚尾河的中下游，与交楼申乡陈家圪台村一河相隔，进洞支洞末端与总干3号隧洞桩号总77＋040.90相接。进洞支洞洞口洞底高程 1 178.07 m，与主洞相交点高程997.73 m，设计纵坡3.93%，转弯半径800 m，总长 5 224.36 m，进洞支洞与主洞夹角 41.63°。进洞支洞分为钻爆法段和TBM施工段，其中桩号SJ0＋000.00—SJ0＋080.00 段为钻爆法施工段，桩号SJ0＋080.00—SJ5＋244.36 为 TBM 施工段。钻爆法施工段总长80 m，断面为城门洞型，隧洞断面底净宽5.2 m，直墙段高 2.2 m，顶拱角度 180°，顶拱半径2.6 m。顶拱和侧墙衬砌厚度400 mm，底板衬砌厚度550 mm，隧洞顶拱、侧拱及底拱采用现浇混凝土衬砌，混凝土强度等级为C25，抗渗等级为W6，抗冻等级为F150，顶拱 100°范围内回填灌浆，灌浆压力 0.2 MPa。

TBM施工段总长5 164.36 m，其中Ⅴ类围岩段隧洞长 1 838.70 m，Ⅳ类围岩段隧洞长 965.90 m，Ⅲ类围岩段隧洞长 2 339.70 m。桩号 SJ0＋080.00—SJ4＋588.84 段为斜坡段，桩号 SJ4＋588.84—SJ4＋628.11 段为立面弧段，桩号 SJ4＋628.11—SJ4＋643.11 段为平洞段，桩号 SJ4＋643.11—SJ5＋224.36 段为平面弧段，平面弧半径为800 m。

改线后，TBM1标进洞概算比原设计方案增加了972万元。

3.3 设计过程

TBM1标进洞支洞建筑物为2级，进洞支洞及生活区建筑物设计洪水标准为50年一遇，TBM1进洞支洞洞口的临时建筑物防洪标准为10年一遇。

隧洞开挖后顶拱及侧拱挂直径8 mm的钢筋网，网孔尺寸150 mm×150 mm，喷150 mm厚C20混凝土，根据地质情况，必要时可采用工20a钢拱架支撑或顶拱范围内布设超前锚杆或超前小导管。如果采用超前锚杆，规格为直径25 mm、间距400 mm，超前锚杆长 3 m，循环搭接长度 0.5 m，掌子面外露 0.5 m，与下部横向架设的型钢拱架焊接，超前锚杆的有效长度为2 m；如果采用超前小导管，超前小导管的钢管采用直径42 mm的热轧钢管，壁厚3.0 mm，钻孔深4.5 m。管棚布置在顶拱部位，单根钢管长5.0 m，钢管间距0.4 m。钻孔方向与洞轴线呈3°交角，偏向洞外。循环搭接长度 1.5 m，掌子面外露0.5 m，超前小导管与下部横向架设的型钢拱架焊接。灌浆材料采用水泥浆（有堵水要求时采用化学材料），灌浆压力不高于0.2 MPa。超前小导管注浆有效长度3 m。

隧洞进口段每6 m设一道伸缩沉降缝，其第5个浇筑段后衬砌沿洞身每8 m设一道环伸缩沉降缝，缝宽20 mm，其底拱和边、顶拱的环向缝不得错开。变形缝采取可靠的防渗措施，设明、暗两道止水，采用651型橡胶止水带止水（隧洞位于地下水位以上的部分不设651型橡胶止水带止水），缝内充填闭孔泡沫塑料板，封口采用沥青砂浆封堵。

底拱轴线两侧22.5°位置预埋滑轨预埋件，预埋件间距0.6 m，预埋件上侧安装钢轨，底拱采用C25素混凝土回填，回填后钢轨高出表面15 mm，要求底拱回填的C25混凝土表面平整，保证TBM设备顺利滑行进洞。

进洞支洞岩洞段采用TBM施工，断面为预制C45混凝土管片拼装式结构，四片管片组成一环，管片型式为六边形蜂窝状结构，管片宽1.4 m，管片厚25 cm，内径 4.3 m，外径 4.8 m，开挖直径 5 m。衬砌每环由四片六边形管片拼装而成，分别为顶部、底部及两侧管片，相互交错布置，交错间距为半片管片宽度0.7 m。每片管片布置2个工作孔，在管片中间位置布置1个灌浆孔，且每片底管片布置4个基座，基座厚80 mm，宽255～400 mm，底管片两侧设小平台，底管片预埋8个螺栓孔安装43 kg/m钢轨。每片管片侧边为微凸的阶梯型布置，并且管片边缘留倒角，管片环向缝布置PVC定位销组件，每片管片环向缝侧设2个定位销，定位销套固定在磨具内，与混凝土连为一体，定位销由硬质塑性材料制作而成。每个管片接缝面设2个定位销，其直径约为50～60 mm，按变径设计。每片管片纵向缝预留导向杆槽，导向杆槽半径变为22 mm，导向杆由硬质PVC制作而成，直径38 mm，长度400 mm。每片管片侧边预留止水条槽及燕尾槽，管片侧边布置821BF遇水膨胀橡胶止水条，预制钢筋混凝土管片与岩面间的空隙采用豆砾石充填并进行回填灌浆，豆砾石层的回填灌浆采用分段、分序进行，最后采用微膨胀水泥砂浆勾缝。

4 结语

综上所述，改线方案虽比原方案投资增加近千万元，但改线方案地质条件优于原方案。改线方案没有土洞段，岩洞段钻爆法施工仅80 m。TBM施工段长度的增加有利于隧洞机械化施工。由于施工难度降低，大大提高了施工效率，进而能更好地为中部引黄工程总干3号隧洞（主洞）的顺利掘进提供保证。