尹德文， 汪雪英， 楊曉箐

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司， 河南 鄭州 450003)

0 引言

TBM是集隧洞掘進(jìn)、出渣、管片安裝或初期支護(hù)于一體的大型聯(lián)合現(xiàn)代化施工設(shè)備，具有快速掘進(jìn)，高效成洞，安全、環(huán)保施工等優(yōu)勢[1]。21世紀(jì)以來，地下空間資源正在被大力開發(fā)利用，各領(lǐng)域?qū)λ淼兰暗叵鹿こ叹哂兄卮笮枨骩2]，尤其是跨流域大型調(diào)水工程對(duì)超長輸水隧道建設(shè)的需求將超過1 000 km，TBM應(yīng)用將更加廣泛。

TBM施工隧洞工程技術(shù)是區(qū)別于鉆爆法的工程技術(shù)，包括TBM施工隧洞的工程設(shè)計(jì)、TBM設(shè)備的設(shè)計(jì)制造、隧洞施工等，是集隧洞施工設(shè)備TBM、隧洞設(shè)計(jì)、隧洞施工于一體的綜合性技術(shù)，三者互為關(guān)聯(lián)、相互適應(yīng)、高度融合，完全打破了常規(guī)鉆爆法工程技術(shù)中設(shè)計(jì)、施工及施工設(shè)備等的專業(yè)劃分。目前，大多數(shù)TBM施工隧洞仍采用常規(guī)鉆爆法技術(shù)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)理念人為地將高度融合為一體的隧洞設(shè)計(jì)、TBM設(shè)備和隧洞施工三者割裂開來，常常出現(xiàn)隧洞工程設(shè)計(jì)方案與TBM設(shè)備和TBM現(xiàn)場施工不相適應(yīng)的情況，使得TBM施工速度緩慢，TBM施工隧洞工程技術(shù)的高效率、高收益性不能發(fā)揮，造成工程建設(shè)資源浪費(fèi)、工期延長、工程投資增加，甚至面臨業(yè)主的巨額罰款。

本文研究案例中，設(shè)計(jì)工程師改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維模式，將TBM設(shè)備性能和隧洞施工技術(shù)高度融合于全過程動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，為TBM快速掘進(jìn)，高效成洞，安全、環(huán)保施工提供便利的隧洞設(shè)計(jì)和施工方案。通過輸水隧洞工程典型案例總結(jié)，分享動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以期為類似工程提供借鑒； 同時(shí)，為推進(jìn)TBM工程技術(shù)發(fā)展，保證TBM的高效性、安全性，最大限度地發(fā)揮TBM的優(yōu)勢和潛能，呼吁設(shè)計(jì)工程師改變單極設(shè)計(jì)思維模式，構(gòu)建適宜于TBM工程技術(shù)的設(shè)計(jì)模式。

1 工程概況

厄瓜多爾科卡科多辛克雷(Coca Codo Sinclair，簡稱CCS)水電站位于亞馬遜河二級(jí)支流科卡河上，距離首都基多130 km，總裝機(jī)150萬kW，總合同額23億美元。工程采用EPC建設(shè)模式，于2010年7月28日正式開工建設(shè)，2016年11月18日實(shí)現(xiàn)8臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。

CCS水電站工程主要包括5部分： 首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫、壓力管道、地下廠房發(fā)電系統(tǒng)。其中輸水隧洞工程是CCS水電站控制工期的關(guān)鍵項(xiàng)目。CCS水電站工程引水系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 CCS水電站工程引水系統(tǒng)布置示意圖(單位： m)

輸水隧洞由進(jìn)口段、洞身段、出口閘室及消力池組成，總長24.8 km，設(shè)計(jì)引水流量為222 m3/s,設(shè)計(jì)內(nèi)徑為8.20 m，全線采用管片或現(xiàn)澆混凝土襯砌。隧洞采用2臺(tái)雙護(hù)盾TBM+鉆爆法聯(lián)合施工，TBM開挖洞徑為9.11 m，采用預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌，管片采用6+1通用型管片，厚0.3 m，環(huán)寬1.8 m；鉆爆段采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.5～1.5 m。CCS水電站輸水隧洞TBM施工布置見圖2。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 地形地貌

輸水隧洞位于Reventador火山東南部，地形起伏較大，隧洞埋深為30～600 m，局部超過700 m[3]。隧洞穿越區(qū)域植被發(fā)育，河流眾多，溝谷較陡峻。

2.2 地層巖性

隧洞穿越地層由進(jìn)口至出口依次為花崗閃長巖侵入體(GD)，長度約為780 m；侏羅—白堊系Misahualli地層(J-Km)，主要巖性包括安山巖、玄武巖、流紋巖、凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r和角礫巖等，長度約為21 771 m；白堊系下統(tǒng)Hollin地層(Kh)，巖性主要為頁巖、砂巖互層，長度約為2 256 m[4]。隧洞巖石物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

圖2 CCS水電站輸水隧洞TBM施工布置示意圖

Fig. 2 Layout of TBM construction of headrace tunnel of CCS Hydropower Station

輸水隧洞地質(zhì)圍巖分類(參考國際通用的RMR分類法)見圖3。圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，占隧洞總長度的94.5%。其中Ⅱ類圍巖2 544.25 m，約占10.26%，Ⅲ類圍巖20 910.91 m，約占84.29%，圍巖穩(wěn)定性好；Ⅳ類圍巖1 305.42 m，約占5.26%；Ⅴ類圍巖46.4 m，約占0.19%。

表1 輸水隧洞巖體物理力學(xué)參數(shù)

圖3 輸水隧洞地質(zhì)圍巖分類餅狀圖

Fig. 3 Pie chart of surrounding rock classification of headrace tunnel

2.3 主要工程地質(zhì)及水文地質(zhì)問題

輸水隧洞工程地質(zhì)條件較復(fù)雜。沿線穿越不等規(guī)模的斷層約25條，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，隧洞內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)帶及兩側(cè)影響帶范圍內(nèi)巖體較破碎，地下水豐富，存在較大涌水。

隧洞施工中遇到的主要工程地質(zhì)問題有斷層破碎帶、塌方、涌水等。受f500和f512斷層帶影響，TBM1、TBM2分別掘進(jìn)至K2+201、K16+127時(shí)出現(xiàn)卡機(jī)事故[5]，處理時(shí)間分別為8個(gè)月和6個(gè)月；施工過程中出現(xiàn)4次大的涌水，且均大于設(shè)計(jì)階段預(yù)估涌水量(200 L/s)，其涌水量統(tǒng)計(jì)見表2。

3 工程施工環(huán)境條件

3.1 滿足TBM施工的關(guān)鍵條件

滿足TBM施工的關(guān)鍵條件主要有3部分： 一是對(duì)外交通條件，首先要滿足TBM大件運(yùn)輸要求；二是TBM施工場地布置條件，包括施工支洞布置、混凝土管片預(yù)制場、TBM組裝及運(yùn)行期工業(yè)廣場布置；三是施工用電，TBM用電容量高達(dá)7 700 kW，且用電質(zhì)量要求高。

表2 TBM施工涌水量統(tǒng)計(jì)

3.2 現(xiàn)場施工環(huán)境分析

1)現(xiàn)場交通條件。輸水隧洞工區(qū)沿Coca河左岸已有基多—拉格里奧湖國道，路面寬約6～8 m，為瀝青路面。在項(xiàng)目開工前，CCS項(xiàng)目業(yè)主已修建完成到廠房的施工道路，長20 km；到調(diào)蓄水庫即隧洞出口端無進(jìn)場施工道路。從對(duì)外交通條件分析，2010年才開始修建到調(diào)蓄水庫的進(jìn)場道路，而且道路穿越森林或叢林，支洞、場地布置條件差。輸水隧洞工區(qū)交通布置見圖4。

圖4 輸水隧洞工區(qū)交通布置圖

2)受交通影響，調(diào)蓄水庫區(qū)域不具備TBM運(yùn)輸及場地布置條件。

3)厄瓜多爾整個(gè)國家缺電，只能采用柴油自發(fā)電。

4)合同工期66個(gè)月，首批機(jī)組發(fā)電60個(gè)月，工期延遲1 d罰款85萬美元。

上述條件是工程設(shè)計(jì)必須考慮的基本條件。

4 輸水隧洞原設(shè)計(jì)方案

輸水隧洞原設(shè)計(jì)方案主要包括4部分： 隧洞輸水方式、隧洞布置方案、隧洞斷面設(shè)計(jì)、隧洞施工布置方案。

4.1 隧洞輸水方式

輸水隧洞是將首部樞紐的水輸送到調(diào)蓄水庫，因此，隧洞輸水方式受調(diào)蓄水庫水位變化的影響。調(diào)蓄水庫庫容量800萬m3，為日調(diào)節(jié)水庫，相關(guān)參數(shù)及輸水方式見表3。

表3調(diào)蓄水庫水位變幅及隧洞輸水方式

Table 3 Variation of regulating reservoir water level and water conveyance mode of tunnel

水位變化/h 水庫水位/m 水位變幅/m 輸水方式 4 1 229.5～1 216.0 13.5～0 明滿流 15 1 229.5 0 壓力流 5 1 216.0～1 229.5 0～13.5 明滿流

調(diào)蓄水庫正常蓄水位為1 229.50 m時(shí)，全洞為壓力流狀態(tài)；調(diào)蓄水庫水位為1 216.00 m時(shí)，僅在隧洞出口段局部范圍內(nèi)為壓力流狀態(tài)。明流和壓力流2種流態(tài)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)依據(jù)引水流量和調(diào)蓄水庫水位變化，且明流流態(tài)下進(jìn)口段洞內(nèi)水面線以上的空間為隧洞斷面面積的7.6%，不滿足規(guī)范[6]的要求值(15%)。綜上所述，原輸水方式特點(diǎn)為: 明流和壓力流交替，流態(tài)復(fù)雜。

4.2 隧洞設(shè)計(jì)方案

隧洞設(shè)計(jì)2座深埋通氣豎井和出口段雙層襯砌方案，輸水隧洞平面布置見圖5。由圖5可知，隧洞平面布置以2#支洞為界分為2部分： 2#支洞上游0+258～9+889段長9.63 km，由TBM1施工； 2#支洞下游11+164～24+823段長13.66 km，由TBM2施工。隧洞進(jìn)口、2#支洞主洞交叉段采用鉆爆法施工。

1#豎井在輸水隧洞6+046.77處，直徑為2 m，深約530 m； 2#豎井在2#施工支洞附近10+851.92處，直徑為2 m，深約560 m； 同時(shí)，在隧洞出口段2.4 km采用雙層襯砌。

圖5 輸水隧洞平面布置圖

4.3 隧洞斷面設(shè)計(jì)

隧洞斷面設(shè)計(jì)特點(diǎn)是變徑設(shè)計(jì)和管片變厚度設(shè)計(jì)。TBM施工段開挖洞徑為8.7 m，設(shè)計(jì)洞徑分別為8.0、7.8、7.5 m，混凝土預(yù)制管片厚度分別為25、30、35 cm；鉆爆段設(shè)計(jì)洞徑為7.5 m，隧洞出口段2.4 km采用雙層襯砌，設(shè)計(jì)洞徑為7.4 m。

4.4 隧洞施工布置方案

隧洞施工布置示意見圖6。由圖6可知，共布置2條支洞，其中2#施工支洞同時(shí)承擔(dān)2臺(tái)雙護(hù)盾TBM施工期的物料運(yùn)輸。

采用2臺(tái)雙護(hù)盾TBM施工，TBM1逆坡掘進(jìn)長度為9.69 km， TBM2順坡掘進(jìn)長度為13.66 km；隧洞進(jìn)口、隧洞出口段2.4 km、2#支洞與主洞段采用鉆爆法開挖。TBM1、TBM2分別在洞外組裝后由2#支洞進(jìn)入主洞，分別向上游、下游掘進(jìn)施工，TBM1由1#支洞滑行出洞，TBM2由隧洞出口出洞。

4.5 原方案存在的問題

1)輸水方式既有壓力流又有明流，存在明滿流過渡流態(tài)。根據(jù)規(guī)范[6]要求： 一般輸水隧洞盡量呈現(xiàn)單一壓力流態(tài)，不宜呈現(xiàn)明滿流交替流態(tài)，明滿流過渡流態(tài)復(fù)雜，水流不穩(wěn)定，將會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、氣蝕和脈動(dòng)壓力等現(xiàn)象，不僅對(duì)隧洞的過流能力有影響，而且對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、隧洞相鄰建筑物產(chǎn)生不利影響。原方案隧洞流態(tài)受調(diào)蓄水庫水位影響，明滿流流態(tài)轉(zhuǎn)換頻繁，且轉(zhuǎn)換點(diǎn)為隧洞長度范圍的任意位置，不固定。

2)隧洞布置方案。為滿足隧洞既有壓力流又有明流的輸水方式，布置2個(gè)深度均超過500 m的通氣豎井，施工難度大；單層管片襯砌一般用于明流洞，考慮出口段存在內(nèi)水壓力，隧洞出口段2.4 km軟巖段采用雙層襯砌(管片+內(nèi)層現(xiàn)澆混凝土襯砌)，該段施工工期長，不滿足工期要求。

3)隧洞斷面設(shè)計(jì)。隧洞變徑、管片變厚度設(shè)計(jì)時(shí)，鋼筋混凝土預(yù)制管片厚度分別為25、30、35 cm，設(shè)計(jì)方案理論上可行，但施工難度大，而且給TBM設(shè)計(jì)制造、管片預(yù)制生產(chǎn)、管片安裝、施工調(diào)度及現(xiàn)場管理帶來極大的不便和資源浪費(fèi)。

圖6 輸水隧洞施工布置示意圖

4)施工方案布置。雙護(hù)盾TBM施工效率高，運(yùn)輸量大，但2臺(tái)TBM均從2#支洞進(jìn)入主洞掘進(jìn)施工，2#支洞需同時(shí)承擔(dān)2臺(tái)雙護(hù)盾TBM物料運(yùn)輸，運(yùn)輸系統(tǒng)相互干擾大，TBM高效施工難以實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，隧洞輸水方式為明滿流交替流態(tài)，運(yùn)行復(fù)雜，存在結(jié)構(gòu)安全隱患，同時(shí)出口軟巖段存在內(nèi)水壓力，需要采用雙層襯砌；變徑設(shè)計(jì)完全從理論上的“經(jīng)濟(jì)”角度出發(fā)，沒有兼顧工期、TBM施工技術(shù)等。設(shè)計(jì)方案應(yīng)適應(yīng)于TBM設(shè)備的高效性和便捷的現(xiàn)場施工及組織管理，充分發(fā)揮TBM的高投入、高效率、高收益的特性。

5 輸水隧洞設(shè)計(jì)及施工規(guī)劃方案優(yōu)化

5.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化依據(jù)

5.1.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化目的

根據(jù)工程主合同要求，工期每延遲1 d罰款85萬美元，優(yōu)化設(shè)計(jì)首先要滿足合同要求，即總工期66個(gè)月，首批機(jī)組發(fā)電60個(gè)月； 同時(shí)，輸水隧洞應(yīng)采用全斷面鋼筋混凝土襯砌。

5.1.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化依據(jù)

5.1.2.1 原方案存在問題

詳見4.5節(jié)內(nèi)容。

5.1.2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件影響TBM設(shè)備選型，但TBM設(shè)備選型不僅僅與地質(zhì)條件有關(guān)，更要考慮合同對(duì)工程設(shè)計(jì)及工期的要求。該工程地質(zhì)條件采用敞開式和雙護(hù)盾TBM均可行，經(jīng)方案比較分析，敞開式TBM完成隧洞開挖后需要進(jìn)行全洞段現(xiàn)澆混凝土襯砌，施工工期約68個(gè)月，不滿足合同工期要求；雙護(hù)盾TBM開挖與管片襯砌同時(shí)進(jìn)行，施工工期控制在60個(gè)月以內(nèi)。因此，為滿足合同要求，只能選用雙護(hù)盾TBM。

5.1.2.3 施工環(huán)境條件

施工環(huán)境條件主要包括現(xiàn)場交通、TBM工業(yè)廣場布置(組裝期、運(yùn)行期)、混凝土管片預(yù)制廠、混凝土骨料場、渣場、施工用電等。

5.1.2.4 TBM施工隧洞工程技術(shù)特點(diǎn)

TBM施工技術(shù)與鉆爆法的區(qū)別是集設(shè)備、設(shè)計(jì)、施工及管理于一體的綜合性技術(shù)，三者相互關(guān)聯(lián)、相互適應(yīng)、高度融合，打破了常規(guī)鉆爆法工程技術(shù)中的專業(yè)劃分。

5.1.2.5 意義

設(shè)計(jì)及施工規(guī)劃方案應(yīng)具有系統(tǒng)性和前瞻性，意義在于充分發(fā)揮雙護(hù)盾TBM快速、高效、安全施工的優(yōu)勢，消除或減少隱性成本增加，滿足合同要求，實(shí)現(xiàn)投資可控。

5.2 隧洞設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

根據(jù)上述優(yōu)化依據(jù)，本工程從概念設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)直至現(xiàn)場施工，對(duì)隧洞工程進(jìn)行系統(tǒng)性動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。隧洞設(shè)計(jì)平面布置見圖7。

圖7輸水隧洞設(shè)計(jì)平面布置圖

Fig. 7 Layout plan of headrace tunnel design

隧洞為單一明流流態(tài)，設(shè)計(jì)洞徑為8.2 m； TBM開挖洞徑為9.11 m，厚0.3 m，環(huán)寬1.8 m,管片采用6+1通用型管片；鉆爆段襯砌厚0.5～1.5 m。

隧洞長24.83 km，縱坡為0.173%，平曲線半徑為500 m，豎曲線半徑為1 000 m。總體分為5段，2個(gè)TBM施工段： TBM1(K0+295～K9+878)、TBM2 (K24+745～K11+032 )。3個(gè)鉆爆段： D&B1(K0+000～+295)、 D&B2(K9+878～K11+032)、D&B3(K24+745～+835)，其中K24+800～+835段為隧洞出口漸變+閘室段。TBM 段占94.5%，鉆爆段占5.55%。

輸水隧洞設(shè)計(jì)優(yōu)化后取消2個(gè)超500 m深豎井和隧洞出口2.4 km雙層襯砌，增設(shè)隧洞出口閘室段，長35 m； 增加1條2B支洞，共布置3條施工支洞，即1#支洞、2A支洞、2B支洞。

5.3 隧洞施工規(guī)劃方案優(yōu)化

TBM2施工段位于關(guān)鍵線路上，隨著CCS項(xiàng)目現(xiàn)場施工進(jìn)展，隧洞施工區(qū)域環(huán)境條件不斷變化，且施工環(huán)境條件的變化將直接影響隧洞施工規(guī)劃方案。

隧洞施工環(huán)境條件主要為施工道路運(yùn)輸條件(滿足TBM大件運(yùn)輸)、管片預(yù)制廠場地條件、管片預(yù)制骨料料場及TBM工業(yè)廣場等。根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境條件變化，結(jié)合隧洞工程設(shè)計(jì)及工程控制性工期要求，經(jīng)過對(duì)TBM設(shè)備制造、TBM運(yùn)輸方案、TBM運(yùn)輸計(jì)劃安排和現(xiàn)場施工道路的施工進(jìn)展，以及調(diào)蓄水庫系統(tǒng)各建筑物的施工分區(qū)、施工工序、施工進(jìn)度計(jì)劃等進(jìn)行系統(tǒng)性和前瞻性分析后，從概念設(shè)計(jì)到施工階段，對(duì)TBM2施工段進(jìn)行了全過程動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)(先后共進(jìn)行了5次施工方案優(yōu)化)，最終通過增設(shè)2B支洞，使隧洞施工方案達(dá)到最優(yōu)，即技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)且滿足工期要求。隧洞施工布置示意見圖8。

該方案共布置3條施工支洞(1#、2A、2B)， 2個(gè)TBM掘進(jìn)工作面和4個(gè)鉆爆法工作面。1#、2B 支洞采用鉆爆法施工，分別為TBM1、TBM2出洞和拆卸運(yùn)輸通道，2A支洞為TMB1施工通道，進(jìn)口段410 m為鉆爆法施工，后段1 250 m為TBM施工。TBM1在洞外工業(yè)廣場組裝，進(jìn)入2A支洞滑行400 m后，洞內(nèi)始發(fā)掘進(jìn)1 250 m至主支洞交叉處，直接進(jìn)入主隧洞逆坡掘進(jìn)至K0+258，由1#支洞滑行出洞； TBM2在洞外工業(yè)廣場組裝，由主隧洞進(jìn)口滑行通過鉆爆段D&B4后，洞內(nèi)始發(fā)逆坡掘進(jìn)至K11+032，再滑行進(jìn)入2B支洞拆卸洞室，洞內(nèi)拆卸后由2B支洞運(yùn)輸出洞。在TBM施工的同時(shí)，利用1#、2B支洞分別進(jìn)行鉆爆段D&B1、 D&B2和 D&B3施工。隧洞施工工期約為52.4個(gè)月。

圖8 輸水隧洞施工布置示意圖

該方案具有4大優(yōu)勢:

1)TBM2由隧洞出口進(jìn)洞逆坡掘進(jìn)，減少了TBM掘進(jìn)的施工排水風(fēng)險(xiǎn)。

2)調(diào)蓄水庫進(jìn)場公路7 km處有足夠的場地和豐富的砂石料源，為混凝土管片生產(chǎn)提供得天獨(dú)厚的條件。

3)優(yōu)化2B施工支洞布置。增加主支洞交叉段鉆爆法施工工作面，縮短控制工期的TBM2掘進(jìn)長度； TBM2在2B支洞內(nèi)拆機(jī)，拆機(jī)不占直線工期；保證TBM1物料運(yùn)輸系統(tǒng)擁有獨(dú)立的2A施工支洞，滿足TBM1高效施工； 隧洞施工工期最短。

4)TBM2管片預(yù)制廠由2A支洞處轉(zhuǎn)移至調(diào)蓄水庫進(jìn)場公路7 km處，大大縮短了管片運(yùn)輸距離，節(jié)約工程投資。

該方案缺點(diǎn)是TBM2工業(yè)廣場占用調(diào)蓄水庫庫尾施工，調(diào)蓄水庫開挖施工需要分期開挖，但不影響總工期。

5.4 TBM管片類型優(yōu)化

進(jìn)行管片設(shè)計(jì)厚度及管片安裝類型優(yōu)化，目的是在滿足工程質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地適應(yīng)TBM現(xiàn)場施工。

5.4.1 管片設(shè)計(jì)階段優(yōu)化

管片厚度由0.25、0.3、0.35 m優(yōu)化為統(tǒng)一厚度0.3 m。根據(jù)圍巖分類，將管片分為A、B、C、D 4種類型，見表4。

表4圍巖分類與管片襯砌類型統(tǒng)計(jì)表

Table 4 Classification of surrounding rocks and segment lining modes

管片類型圍巖類型隧洞內(nèi)徑/m襯砌厚度/m管片混凝土強(qiáng)度等級(jí)AⅡ類8.20.3C40BⅢ類8.20.3C50CⅣ類8.20.3C60D介于Ⅳ類與擠壓破碎帶之間8.20.3C60

5.4.2 施工階段管片安裝類型優(yōu)化

施工過程中根據(jù)圍巖分類、管片類型所占比例、管片安裝類型轉(zhuǎn)換工序等，把管片安裝類型優(yōu)化為2～3種。管片襯砌施工安裝分類見表5。

表5 管片襯砌安裝分類表

管片安裝類型的轉(zhuǎn)換工序包括現(xiàn)場圍巖類別及時(shí)判斷、洞外管片類別儲(chǔ)存、管片類別運(yùn)輸、管片類別安裝等，這一系列轉(zhuǎn)換工序要求現(xiàn)場運(yùn)輸調(diào)度人員與地質(zhì)工程師密切配合，更重要的是要保證管片類型安裝的時(shí)效性。管片安裝類型的優(yōu)化，避免了因管片安裝類型確定不及時(shí)或不準(zhǔn)確造成工程質(zhì)量缺陷和現(xiàn)場調(diào)度管理困難(管片裝車后卸車或者管片進(jìn)洞后又運(yùn)出洞外的情況發(fā)生)，提高了TBM施工效率，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的縮短工期、節(jié)省投資。

6 案例總結(jié)及體會(huì)

6.1 案例總結(jié)

CCS項(xiàng)目經(jīng)過全程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)化，工程質(zhì)量、工期均滿足合同要求，同時(shí)工程投資也得到有效控制。

6.1.1 工程質(zhì)量、安全

原明滿流流態(tài)優(yōu)化為單一明流流態(tài)，保證結(jié)構(gòu)安全；增設(shè)的2B施工支洞后期改建為永久檢修通道，保證工程運(yùn)行期安全。

6.1.2 工期保障

1)豎井施工難度大且嚴(yán)重影響工期，通過對(duì)隧洞設(shè)計(jì)優(yōu)化為明流輸水方式，取消了2個(gè)超500 m深的通氣豎井和出口段2.4 km雙層襯砌，保證了合同工期滿足要求。

2)增設(shè)了多功性2B施工支洞。①2B支洞保證了位于關(guān)鍵線路上的TBM2拆機(jī)不占直線工期； ②TBM1擁有獨(dú)立的2A施工支洞，保證其高效施工； ③增加主支洞交叉段鉆爆施工面，縮短鉆爆段施工工期； ④縮短控制隧洞工期的TBM2施工段長度，保證了工期； ⑤永久和臨時(shí)建筑物相結(jié)合，2B支洞后期改為永久檢修通道。

3)設(shè)計(jì)階段將管片厚度由0.25、0.30、0.35 m 優(yōu)化為統(tǒng)一厚度0.3 m； 施工過程中將A、B、C、D 4種安裝類型的管片優(yōu)化為B、D和B、C、D類型，減少了不同類型管片安裝轉(zhuǎn)換工序，大大降低了運(yùn)輸調(diào)度和現(xiàn)場管理的難度，有效控制了TBM關(guān)鍵工序管片安裝時(shí)間，保證了TBM高效施工。

6.1.3 施工風(fēng)險(xiǎn)

1)施工排水是TBM施工的重大管控風(fēng)險(xiǎn)，TBM2由順坡改為逆坡掘進(jìn)，最大程度地降低了施工排水風(fēng)險(xiǎn)。

2)解除了深埋豎井施工風(fēng)險(xiǎn)。

6.1.4 工程投資控制

工程采用EPC模式，做到滿足合同要求與成本控制相平衡。

1)取消2個(gè)深豎井和出口段2.4 km雙層襯砌。

2)TBM2逆坡施工，實(shí)現(xiàn)了自流排水，降低了排水費(fèi)用。

3)TBM2預(yù)制場由2A支洞處轉(zhuǎn)移至調(diào)蓄水庫道路7 km處，管片運(yùn)輸距離縮短約40 km。

4)2B支洞既縮短了工期，又為隧洞后期運(yùn)行安全提供檢修通道，永久和臨時(shí)建筑物相結(jié)合，節(jié)省了工程投資。

6.1.5 B型管片配筋優(yōu)化

B型管片施工用量最多，約占全部管片的76%。原B型管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于EPC合同規(guī)定的美國規(guī)范，后期按照歐洲規(guī)范進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，鋼筋含量由原來的115.78 kg/m3優(yōu)化為91.1 kg/m3，含筋量減少24.68 kg/m3，直接節(jié)省445.2萬美元。

6.2 體會(huì)

通過對(duì)CCS水電站輸水隧洞案例設(shè)計(jì)優(yōu)化總結(jié)，提出了TBM施工隧洞工程設(shè)計(jì)、TBM設(shè)備及TBM施工高度融合為一體的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)既主導(dǎo)又服務(wù)于施工，設(shè)計(jì)方案適應(yīng)于TBM高效性和便捷的現(xiàn)場施工及組織管理，最大限度地發(fā)揮了TBM 的優(yōu)勢和潛能。工程總承包模式為TBM施工隧洞工程技術(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化提供了便利的外部環(huán)境條件。