現代施工技術在四川172項目渠系工程遂洞中的應用

【摘要】隧洞為渠系工程中的主要建筑物，傳統的掘進方法為鉆爆法，而今在四川172重大水利項目中隧洞首次采用了懸臂式掘進機施工，這種先進工藝的推廣和應用，既保證了工程質量又大大提高了工程建設速度和施工安全度，為四川172項目的順利推進和按期完成打下了堅實的基礎。

【關鍵詞】渠系建筑物；掘進機

1、四川172重大水利項目概況

由國務院確定的要在十二五和十三五開工建設的全國172個重大水利工程項目中，四川有16個總投資743億元，其中大型灌區續建配套與節水改造工程、規模化節水灌溉增效示范工程、紅魚洞水庫及灌區工程、升鐘水庫灌區二期工程、武都引水二期灌區工程、毗河供水一期工程共六個項目已開工建設；還有蓬溪船山灌區工程、土溪口水庫、李家巖水庫、黃石盤水庫、固軍水庫、長江上游干流四川段防洪治理工程、向家壩灌區一期工程、大橋水庫灌區二期工程、龍塘水庫及灌區工程、亭子口灌區工程共十個項目正在抓緊開展前期工作將在十三五期間全部開工建設。這16個172項目建成后四川年引水量將新增159億立方米，解決2966萬人的飲水安全問題，涉及灌面2898萬畝，其中新增灌面1042萬畝，將實現四川水利人再造一個都江堰灌區的夢想。

2、四川172重大水利項目工程設計引用

四川172重大水利項目中渠系工程概況深丘地帶的紅層地區（以沙巖泥巖頁巖或互層，屬軟巖或較軟巖），在渠系工程中隧洞和渡槽占了很大比例，如毗河供水一期工程以灌概和城鎮供水為主，設計灌面125.49萬畝，一期工程設計引用

四川已開工建設的6個172項目，主要為已有水源的灌區工程，如升鐘水庫灌區二期工程、武都引水二期灌區工程、毗河供水一期工程，這些灌區大都分布在四川的淺丘或流量22m3/s，投資66.3億元，干支渠總長384.41km，其中隧洞286座，長165.2km；渡槽100座，長38.21km。武都引水二期灌區工程以灌概和城鎮供水為主，設計灌面105.32萬畝，設計引用流量26m3/s，投資49.1億元，干渠總長108.13km，其中隧洞66座，長58.88km；渡槽18座，長6.33km。升鐘水庫灌區二期工程以灌概和城鎮供水為主，設計灌面72.81萬畝，設計引用流量16.5m3/s，投資49.1億元，干渠總長51.78km，其中隧洞57座，長34.14km；渡槽3座，長445m，整個172工程的建設進度和施工安全完全取絕于這些長隧洞和高大長渡槽的施工速度。

3、懸臂式掘進機在172項目中的首次應用

在172項目上馬以前，四川灌區工程中的隧洞均采用鉆爆法掘進，近年來隨著懸臂式掘進機工效的提高和采購價格的降低，在172項目的隧洞工程掘進中已得到廣泛的應用，懸臂式掘進機又稱巷道掘進機，可同時實現剝離巖體、裝載運出、機器本身的行走調動以及噴霧除塵等功能，即集切割、裝載、運輸、行走于一身；具有運行靈活、效率高、開挖斷面整齊、超欠挖量少的優點。毗河引水一期工程為正在開工建設的172重大水利項目，其中最長的隧洞為龍泉山隧洞長11.8公里，為四川省最長的灌區輸水隧洞，是整個工程的關健性工程；處于我省丘陵、紅層地區，設計時采用傳統的鉆爆法施工，三類圍巖月進尺為120m，四三類圍巖月進尺為 90m，五類圍巖月進尺為60m ，總工期為48個月。2015年5月開工后，承包商在毗河七個施工分部共用了北方重工EBZ型七臺、三一重工三臺、徐工四臺、山西佳美三臺、山河智能二臺共19臺懸臂式掘進機施工，現已貫通白蠟溝、窯灣、紅花山、梨子灣、蓮花溝、馬鞍山、波斯山、大興寨、龍家溝、王家溝、筆架山、陳家溝、郭家灣、李家灣等16個隧洞，其中七分部在長溝隧洞最大日進尺達15m，最大月進尺達375m，平均月進尺在200m左右。不僅工程進度大大加快，對圍巖的繞動和超挖得到了很好的控制。

4、采用懸臂式掘進機施工的利弊

4.1 當隧洞掘進采用懸臂式掘進機施工后，其施工進度大大加快，對圍巖的繞動也大大減少利于圍巖穩定，減少了塌方的安全風險，開挖邊界采用激光制導定位，超挖和欠挖量得到了有效控制，開挖斷面成形很好，利于臨時支護的實施；由于無爆破產生的有害氣體，從而減少了隧洞的通風壓力，有效地改善了隧洞的施工環境。

4.2 當隧洞掘進采用掘進機施工后，產生的洞挖石碴與采用鉆爆法施工產生的洞碴有很大不同，主要表現為顆粒小，抗剪指標很低，內摩擦角通常只有120至140，用于填方渠道時，內外坡比要放得很緩或堤身另外加筋。作為棄碴時對碴場支擋結構的土壓力明顯增大，擋碴墻的穩定斷面要加大。

4.3 當隧洞開挖斷面為20m2左右圍巖為中軟巖時，最適合采用懸臂式掘進機施工。當圍巖太硬（抗壓強度大于60Mpa）時用懸臂式掘進機掘進，對截齒磨損太快不經濟，當開挖洞徑太小（小于2.5m）時不滿足掘進機作業空間；當開挖斷面太大（大于30m2）時可采取分層開挖作業。

4.4 懸臂式掘進機通用性強，重復利用率高，與隧洞長短、彎直、斷面形狀關系不大，主要部件均已在國內合資生產，設備維修方便快捷。

4.5 采用掘進機施工后，避免了火工材料的采購、運輸、保管和使用。

5、采用掘進機施工對傳統設計理念的影響

5.1 傳統設計一般認為洞頂以上上伏基巖厚度大于2至3倍洞徑時才能成洞，根據四川172工程項目經驗采用掘進機施工時洞頂上上伏基巖厚度大于1倍洞徑時均能成洞，利于早進洞晚出洞。

5.2 若采用掘進機開挖的洞碴要用于填方渠道渠堤時，由于很細（最大粒徑小于10cm），內摩擦角很小（內摩擦角一般在120至140之間），要維持常規石碴邊坡，堤身要加筋，

否則要放緩堤坡，增加占地當一定要用洞碴作填筑料時，用不用掘進機開挖宜作經濟比較。

5.5 現行水利工程概預算定額還沒有掘進機施工的相關單價和取費定額，各工程在編制工程概預算時主要參考公路或鐵路部門的相關定額，水利工程概預算定額應針對水利工程特點及時加以補充。

6、結語

懸臂式掘進機在四川172重大水利項目中的首次應用，是對傳統鉆爆法施工的重大突破，工程設計也要轉變思路積極配合，它的推廣和應用必將大大提高水利工程的建設速度、質量和施工安全度，為172項目的順利推進和按期完成打下堅實的基礎，對今后水利工程的設計、建設管理和現場施工必將產生重大影晌。

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作者簡介：

高山（1995--），男，四川成都人，四川大學水利水電學院，從事巖土工程專業。

李洪濤（1979--），男，四川成都人，四川大學水利水電學院，博士，從事水利水電工程專業。

高明軍（1965--），男，四川眉山人，四川省水利水電勘測設計院，教授級高級工程師，從事水利水電工程設計。