引漢濟渭二期工程南干線3#輸水隧洞施工方案分析

劉 媛，馬清瑞

（1.陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001；2.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

引漢濟渭二期輸配水工程是引漢濟渭工程的重要組成部分，工程起點位于秦嶺輸水隧洞出口黃池溝，輸水范圍西至楊凌，東到渭南市華州區，北到富平，南至西安市鄠邑區，工程區東西長約163 km，南北寬約84 km。工程由黃池溝配水樞紐、南干線、北干線及相應的支線工程組成，屬Ⅰ等大（1）型工程。

南干線3#隧洞位于西安市長安區境內，隧洞全長8.18km，以明流隧洞方式穿越少陵塬，隧洞進口位于潏河東岸長安區杜曲鎮牛家灣村附近，出口位于浐河西岸長安區鳴犢鎮友聯村南側。設計流量18 m3/s，設計比降1/2500。

3# 隧洞上覆圍巖厚度 5.5～147 m，巖性為14○-1、16○-1 風積黃土狀土夾古土壤，局部洞段為14○-2中粗砂，屬Ⅴ類圍巖，堅固系數f=0.3～0.5，地下水位高于洞頂4 m～40.7 m，飽和度大于80%，屬飽和黃土隧洞。

2 施工方案

飽和黃土隧洞，由于長期受地下水浸潤，土體的穩定性極差，開挖后毛洞不能自穩，容易發生墻角流土、邊墻側移、頂拱坍塌等現象，破壞嚴重時，可造成隧洞頂部塌方、冒頂等事故。因此飽水黃土隧洞施工難度極大，必須選擇合適的施工方案。本工程對3#隧洞采用常規法和采用盾構法兩種方案進行了綜合分析比較。

2.1 常規法施工方案

常規法以人工施工為主，輔以機械施工，遵循 “管超前、少擾動、嚴注漿、短進尺、嚴治水、強支護、緊封閉、勤量測”的原則進行施工。隧洞斷面采用圓拱直墻式，成洞尺寸為3.6 m×4.6 m（Q=18 m3/s），全斷面一次開挖成形，垂直掌子面掘進，現澆C30鋼筋混凝土襯砌，鋼模臺車澆筑，混凝土采用攪拌車運輸，泵送入倉，振搗器振搗。為增加施工作業面及出渣要求，布置豎井一座，深125 m。

2.2 盾構法施工方案

盾構法施工，隧洞斷面采用圓形，內徑4.4 m，采用管片拼裝式襯砌，管片厚度35 cm，管片環寬1.2 m，管片采用C50高強防水鋼筋砼。為滿足施工期通風及檢修需要，布置豎井一座，深125 m。

盾構機的選型是盾構法隧洞能否安全、環保、優質、經濟、快速的建成的關鍵，一般可選用泥水盾構與土壓平衡盾構。地層滲透系數是盾構選型的重要因素，當地層滲透系數小于10-7cm/s時，可選用土壓平衡盾構；當系數在10-7cm/s和10-4cm/s之間時，既可選用土壓平衡盾構也可選用泥水盾構；當滲透系數大于10-4cm/s時，宜選用泥水平衡盾構。3#隧洞地層滲透系數小，約為2×10-7m/s，適合選用土壓平衡盾構。根據地層的顆粒級配進行選型，土壓平衡盾構主要適用于粉土、粉質黏土、淤泥質粉土、粉砂層等粘性土層的施工；泥水平衡盾構主要適用于礫石、粗砂區。3#隧洞黃土細顆粒含量多，宜選用土壓平衡盾構，因此3#隧洞選用1臺土壓平衡盾構機進行施工。

3#隧洞施工方案如下：盾構機在隧洞出口進行組裝、調試后，向上游方向掘進至隧洞進口，在進口完成拆卸。為滿足盾構檢修及更換密封止水等要求，在隧洞中部設置檢修豎井，同時作為施工通風井。在盾構推進的同時，進行管片的拼裝和同步注漿工作以保證管片與圍巖之間密實。隧洞開挖渣料采用皮帶運輸機運輸至洞外后，采用自卸汽車運輸至渣場。隧洞采用獨頭壓入式通風方式，在洞外放置風機將新鮮空氣送至洞口，然后利用高強度風管將新鮮空氣送至盾構隧道機尾部。

3 施工方案比較

1）工程質量

常規法施工采用人工或機械開挖，超欠挖控制難度大，且飽水黃土掌子面發生塌坍幾率大，含水地層現澆襯砌施工質量難以保證，防排水施工質量控制難度高。盾構法施工對圍巖擾動小，開挖斷面超挖量固定，周邊回填注漿易控制，且襯砌管片采用工廠化預制，機械化拼裝，襯砌質量防水等級和質量等級要求高，洞壁完整光滑美觀。

2）施工風險

常規法以人工施工為主，施工方法靈活，施工技術成熟，但當洞室處在地下水位以下時，土的力學指標嚴重降低，常規法開挖后易發生坍塌、冒頂等事故，成洞困難，安全性差，施工降水是確保工程安全的關鍵。工程實踐表明，飽和隧洞施工降水效果較差，且部分地段降水措施難以實施，施工安全無法保證。陜西洛惠渠五號洞，巖性為Q1飽和黃土，因埋深大，地下水位高，土質水穩性很差，施工非常困難，自解放前至上世紀末，多次傳統方法施工屢遭失敗，直至2000年末采用簡易盾構法施工才實現貫通。

盾構法施工機械化程度高，勞動強度低，施工人員數量少；隧洞掘進、支護、襯砌等工藝均在盾殼的保護下進行，減少了安全事故，避免了人員的傷亡，掘進時，良好的集塵裝置、供風系統以及封閉的操作室，使施工人員有了可靠的作業環境和安全保障

3）施工工期

常規法施工進度受施工單位組織管理、作業能力以及地層條件限制較大，長距離小斷面飽水黃土地層開挖出渣工序繁瑣，作業效率低。根據地質條件及相關工程經驗，初擬常規法施工月平均進尺為50 m/月，施工總工期51個月。但常規法施工，受前期降排水效果及不良地質洞段制約較大，實際施工進度并不能準確預估。

盾構法施工自動化程度高，勞動強度低，受地下水影響小，在相對單一地層施工進度變化不大，工期可控。根據西安地鐵盾構施工經驗，初擬盾構法月平均進尺為300 m/月，由于盾構機制造、運輸、安裝、調試等施工準備期較長，3#隧洞盾構法施工總工期51個月。其中，盾構機招標、制造及運輸12個月，組裝調試4個月，盾構掘進工期28個月，檢修2個月，拆卸2個月，工程收尾3個月。

4）工程投資

從投資上看：常規法施工直接投資約為22370萬元，單米投資約為2.73萬元。而盾構法施工施工直接投資約為31197萬元，單米投資約為3.82萬元。若單純從工程造價角度考慮，運用常規法施工要比采用盾構法施工經濟。但常規法施工，施工降排水費用較高，后期排水費用不好準確估算，對不良地質洞段工程處理費用及不可預見的其他成本無法估計，工程實際投資與預算相差甚遠。盾構法造價相對較高，但3#隧洞長度超過8 km，盾構可一次攤銷，且只要造價確定后，基本無變更，工程造價容易控制。

5）施工安全環保

常規法施工對圍巖影響大，安全程度較差，噪音大，粉塵多且施工產生的廢氣、廢水較盾構法多；盾構掘進機配備有齊全的超前探測設備、灌漿封堵、大功率排水設備、初期支護施工設備，洞室環境較好，安全性較好。

3#隧洞兩種施工方案綜合比較見表1。

表1 南干線3#隧洞常規法與盾構法綜合比較表

4 結語

南干線3#黃土隧洞埋深大，地下水位高，屬飽和黃土隧洞，采用常規法施工，施工降排水難度大，降水效果難以估算，施工安全、施工進度、施工質量均無法保障。盾構法施工機械化程度高，對周圍環境影響小、施工快速優質高效、安全環保。綜上所述，南干線3#隧洞采用盾構法施工是較優的施工方案。