新疆某长距离输水隧洞工程TBM转机方案比选

赵锦程

(新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 概 述

随着TBM技术的发展，越来越多的长距离深埋隧洞应用TBM进行施工，TBM相比于传统钻爆法施工具有建设速度快、造价低、施工安全等特点。目前，国内外开展了大量关于TBM理论及实际应用方面的研究[1-5]。本文针对TBM穿越长距离输水隧洞中的不良地质洞段进行相关分析，对TBM的适应性进行探讨。

2 工程概况

新疆某长距离输水隧洞工程规模为大(Ⅰ)型工程，其主要建筑物为1级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级；输水线路总长为148.246 km，其中隧洞共5条，总长140.771 km。1号隧洞最长，为72.891 km；2号隧洞最短，为752 m；3号隧洞长7.120 km，4号隧洞长24.258 km，5号隧洞长34.751 km。

5号隧洞TBM施工段落长27.051 km，分3个施工段完成；钻爆法施工段落长8.7 km，分布在隧洞进口、出口、活断层及相邻浅埋段。5号隧洞共布置5条施工支洞，5号隧洞分段示意图见图1。

图1 5#隧洞分段示意图

3 地质条件

1112+265～113+265 m段：该段位于剥蚀构造低山丘陵区，地形略起伏，分布高程677～719 m，相对高差约40 m，全长1.0 km。沿线基岩多裸露，岩性为泥盆系花岗片麻岩和黑云母片麻岩，次块状～块状构造，岩石中石英含量一般20%～30%，岩石坚硬，较完整。

113+265～122+100 m段：该段位于剥蚀构造低山丘陵区，地形略起伏、开阔，分布高程690～795 m，相对高差约100 m，全长8.835 km。沿线基岩多裸露，桩号113+265～119+692段岩性为泥盆系花岗片麻岩、黑云母斜长片麻岩和黑云母片麻岩；桩号119+692～122+100 m岩性以华力西期花岗岩为主，局部夹石炭系二云母石英片岩。

122+100～125+400 m段：该段位于剥蚀构造低山丘陵区，地形略起伏、开阔，分布高程691～754 m，相对高差约55 m，全长3.3 km。桩号122+110～125+175段表部为1～4 m洪积碎石土覆盖，下部为石炭系凝灰质砂岩，岩体破碎，节理发育；桩号125+175～125+349段表部为厚1～2 m的第四系洪积碎石土，下部为新近系泥岩和白砂岩，厚度5～14 m。

122+100～125+400 m段：该段位于剥蚀构造低山丘陵区，地形略起伏、开阔，分布高程696～719 m，相对高差约20 m，全长3.4 km。隧洞沿线地表分布第四系全新统洪积碎石土，厚度1～2 m；下部为新近系泥岩和白砂岩，厚度5～47 m，泥岩及白砂岩遇水软化呈散体状结构。

128+800～147+016 m段：该段位于剥蚀构造低山丘陵区，地形略起伏、开阔，分布高程695～773 m，相对高差约80 m，全长18.216 km。沿线基岩多裸露，桩号128+762～129+824,142+548～144+622,146+046～147+016 m段岩性为石炭系凝灰质砂岩、黑云长英角岩，薄层～中厚层状，岩石中石英含量一般15%～25%，岩石坚硬，较完整。

4 方案比选

由于输水隧洞桩号122+100～128+800洞段较破碎，施工采用钻爆法施工，但同时为满足后续TBM施工，因此初步拟定如下3个TBM转机方案进行比选。

4.1 方案一

钻爆洞段洞型按TBM通过洞设计，待TBM完成第二阶段后，直接滑行通过。TBM通过洞典型横断面见图2。根据相关资料分析，滑行进尺按90 m/天计算，TBM洞内组装按3个月计算，综合考虑，方案一工期分析见表1。

4.2 方案二

钻爆洞段洞型按普通钻爆洞设计，待TBM完成第二阶段后，拆除刀盘边块，保留中心块，拆除顶护盾、搭接护盾和侧护盾，TBM进行步进，后配套步进过程中，如有与洞壁干涉的结构件，可临时拆除或改变安装位置。普通钻爆洞典型横断面见图3。方案二工期分析见表2。

表1 方案一工期分析表

图2 通过洞典型横断面图

图3 钻爆洞典型横断面图

表2 方案二工期分析表

4.3 方案三

钻爆洞段洞型按普通钻爆洞设计，待TBM完成第二阶段后，将TBM全部拆除由8#支洞运出，再经6#支洞运至TBM第三阶段检修洞重新组装，检修洞按组装洞室长度进行设计。方案三工期分析见表3。

表3 方案三工期分析表

4.4 方案比选及结论

本文根据5#隧洞地质条件，对TBM转机方案的施工难易程度及工期、工程投资等方面进行综合比较，见表4。

表4 方案比较表

通过对以上3种方案进行对比分析，得出以下几点结论：

1) 方案一：TBM不拆除任何部件，按正常情况滑行，工况较为简单，对TBM额外损伤最小，水工隧洞按TBM通过洞段设计，地质条件差，施工难度较大。

2) 方案二：水工隧洞按普通钻爆段设计，水工工程量较小，投资相对较小。需部分拆机，马蹄形断面步进困难。

3) 方案三：TBM全部拆除，不良地质段不受TBM施工工期制约，施工通道相对最少，投资最少。但全拆对TBM部件有一定的影响，其拆除与组装较新TBM拆除组装要复杂，工期相对方案一、方案二要长。

综上所述，从经济技术比较结果来看，方案二相比于方案一、方案三，具有施工难度相对较小、对TBM部件影响较小、投资相对较少等特点，因此采用方案二作为TBM转机方案。

5 结 语

TBM在进行长距离隧洞工程的施工过程中，应根据不同地质条件选择科学合理施工方案，从而进一步保证工程施工工期和投资等方面的要求。