郝滿倉

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運(yùn)城市，工程總體走勢為東南-西北向，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區(qū)向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。

山西省小浪底引黃工程任務(wù)是解決運(yùn)城市的鹽湖區(qū)、聞喜縣、絳縣、夏縣、垣曲縣五縣（區(qū)）農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及城鎮(zhèn)生活、生態(tài)用水問題。

工程由引水干線、灌區(qū)工程、工業(yè)和城鎮(zhèn)供水工程組成。引水干線主要建筑物包括輸水線路、進(jìn)水塔、地下泵站、調(diào)蓄水庫、連通洞和末端出水池。輸水線路布置有2條隧洞和1座箱涵。1號隧洞布置在進(jìn)水塔和地下泵站之間，樁號0+000~5+948，全長5.948 km，為圓形有壓洞，洞徑4.5 m，縱坡1/3000。2號隧洞布置在地下泵站出水口至箱涵進(jìn)口，為無壓洞，全長53.16 km，縱坡1/3000。隧洞出口至末端出水池間布置箱涵，樁號59+593.59~59+627.59，長34 m，底坡1/3000，橫斷面為馬蹄形漸變至矩形。

2號隧洞樁號6+435.91~47+480.0段為巖石洞段，長41.04 km，斷面采用城門洞形。樁號47+480.0~59+593.59段為土洞段，長12.11 km，斷面形式根據(jù)開挖方法的不同而采用圓形或馬蹄形。

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

2 土洞段施工方案

根據(jù)目前施工水平，土洞段施工方法有兩種：人工開挖法施工和盾構(gòu)法施工。

人工開挖法施工的隧洞斷面為馬蹄形，頂拱半徑2.2 m，底拱和側(cè)底拱半徑4.4 m，盾構(gòu)機(jī)滑行段的頂拱半徑3 m，底拱和側(cè)底拱半徑6 m。一次噴錨支護(hù)厚0.15m，二次鋼筋混凝土襯砌厚0.40 m。

盾構(gòu)法施工的隧洞斷面為圓形，內(nèi)徑4.52 m，采用4+1四邊形管片襯砌，管片厚度為0.35 m，管片外壁與開挖洞壁之間間隙0.12 m，隧洞開挖斷面直徑為5.46 m。

經(jīng)多次調(diào)研以及專家咨詢，進(jìn)一步了解盾構(gòu)機(jī)的性能和掘進(jìn)技術(shù)，同時考慮工期要求，對該土洞段施工方案做了進(jìn)一步比較，提出三個方案，分述如下：

2.1 方案一：一臺可轉(zhuǎn)換模式盾構(gòu)機(jī)施工方案

該方案為初步設(shè)計(jì)階段擬定方案。隧洞末端1.09 km洞段因地層為濕陷性黃土采用人工開挖，其余11.02 km洞段采用一臺可轉(zhuǎn)換模式的盾構(gòu)機(jī)施工。

盾構(gòu)機(jī)由隧洞出口進(jìn)洞，樁號52+730~58+500長5.77 km低液限黏土洞段采用土壓平衡模式盾構(gòu)法施工，在樁號52+730處設(shè)檢修洞室，在檢修洞室處進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換；樁號47+480~52+730長5.25 km混合卵石土夾級配不良砂層洞段（部分洞段洞頂以上最大水頭90 m）采用泥水平衡模式盾構(gòu)法施工，在樁號52+730處設(shè)15號排泥管路支洞，洞外設(shè)泥漿處理系統(tǒng)。在土巖分界線的巖石洞段樁號47+480處設(shè)拆卸洞室及14號施工支洞，盾構(gòu)機(jī)在拆卸洞室解體后沿主洞運(yùn)輸出洞。管片預(yù)制廠集中布置在隧洞出口，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)出渣及全線管片運(yùn)輸均由隧洞出口礦車平洞運(yùn)輸完成。

隧洞末端1.09 km人工開挖洞段，在樁號58+850處設(shè)一條施工支洞，長50 m。該洞段開挖為3個工作面，每個工作面控制長度平均為400 m左右，按綜合進(jìn)尺40 m/月計(jì)算，該人工開挖洞段需要10個月挖通，從進(jìn)度上能滿足盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞時間的要求。方案一的平面布置見圖1。

圖1 方案一平面布置示意圖

2.2 方案二：人工開挖加一臺盾構(gòu)機(jī)施工方案

樁號47+480~52+730洞段，洞長5.25 km，地層主要為混合卵石土夾級配不良砂層，且部分洞段的地下水位較高，人工開挖十分困難；而樁號52+730~59+594洞段，洞長6.86 km，地層主要為低液限黏土，且全部位于地下水位以上，便于人工開挖施工。

因此，樁號47+480~52+730洞段，采用一臺泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工。在樁號52+730設(shè)置一直徑15 m、深62 m的圓形豎井，作為盾構(gòu)機(jī)始發(fā)井，14號施工支洞處仍設(shè)置拆卸洞室。在始發(fā)井附近布置泥漿處理系統(tǒng)和管片預(yù)制廠。盾構(gòu)機(jī)排泥管道布設(shè)及管片運(yùn)輸均通過始發(fā)井完成。

樁號52+730~59+594洞段，采用人工開挖，需設(shè)置3條施工支洞（其中15號施工支洞移位重新布設(shè)），在樁號53+850處設(shè)15號支洞，洞長264 m，傾角19.3°；在樁號55+670處設(shè)16號支洞，洞長376 m，傾角8.5°；在樁號57+667處設(shè)17號支洞，洞長338 m，傾角9.5°。該段隧洞共設(shè)7個工作面，每個工作面控制洞長為0.8~1.1 km（不含支洞長度）。

2.3 方案三：兩臺盾構(gòu)機(jī)施工方案

根據(jù)工程地質(zhì)條件和盾構(gòu)機(jī)的類型及其適應(yīng)性，本方案擬采用兩臺不同模式的盾構(gòu)機(jī)施工，即泥水平衡盾構(gòu)機(jī)和土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

在樁號47+480~52+730洞段，采用一臺泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工（同方案二的該段施工方案），掘進(jìn)長度5.25 km。在樁號52+730設(shè)置一直徑15 m、深62 m的圓形豎井，作為盾構(gòu)機(jī)始發(fā)井，14號施工支洞仍設(shè)置拆卸洞室。在始發(fā)井附近布置泥漿處理系統(tǒng)。盾構(gòu)機(jī)排泥管道布設(shè)及管片運(yùn)輸均通過始發(fā)井完成。

樁號58+500~59+594洞段，末端長1.09 km，因地層為濕陷性黃土采用人工開挖（開挖方法同方案一）。樁號52+730~58+500洞段采用一臺土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，掘進(jìn)長度5.77 km。盾構(gòu)機(jī)由隧洞出口進(jìn)洞，泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)井作為土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的接收井，取消15號施工支洞。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的出渣及管片運(yùn)輸均由平洞運(yùn)輸完成。

統(tǒng)一在隧洞出口布置管片預(yù)制廠。

3 土洞段施工方案比較

各施工方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1，從比較表中可知：

方案一施工安全，但工期相對比較緊張。

方案二人工開挖段施工比較靈活，但施工期間可能存在不可預(yù)見的地質(zhì)問題；控制工期的人工開挖段施工工期比方案一縮短工期7個月（人工開挖成洞月進(jìn)尺按40 m考慮），工程投資比方案一減少2 173萬元。

方案三施工安全，不需要可轉(zhuǎn)換模式的盾構(gòu)機(jī)，設(shè)備相對簡單和成熟，施工速度快，工期比方案一縮短14個月，但工程投資增加3 799萬元。

從施工安全考慮，在工期滿足要求的情況下，還是采用方案一比較合適。

表1 小浪底引黃工程土洞段施工方案比較表

4 結(jié)語

從以上分析比較可知，工程施工方案的選取，不能僅從工程投資或施工工期單方面考慮，應(yīng)從施工安全、工程投資、施工工期等方面綜合分析研究后選取。