新疆某長距離輸水隧洞5#施工支洞選擇與布置

趙錦程

（新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊830000）

1 工程概況

新疆某長距離輸水隧洞工程規(guī)模為大（1）型工程，其主要建筑物為1級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。該輸水隧洞全長92km，采用TBM與鉆爆法相結(jié)合的施工方法，其中鉆爆段總長46km。5#施工施工支洞位于主洞交點樁號為57+345m處，控制兩個鉆爆法工作面，上游段長2.19km，下游段長1.4km，總長3.59km。考慮到地形地質(zhì)條件、出渣方式、工期及投資等方面，現(xiàn)對5#施工支洞進(jìn)行豎井、緩斜井2種施工方案進(jìn)行比選。平面布置如圖1。

圖1 5#施工支洞平面布置

2 工程地質(zhì)條件

地表一般分布第四系上更新統(tǒng)～全新統(tǒng)洪積含礫粉土層，厚0.5～1m。下覆基巖巖性主要為下白堊統(tǒng)土黃-紅黃色泥巖，局部夾砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及少量泥質(zhì)砂礫巖，泥巖呈巨厚層狀，斷層和節(jié)理裂隙不發(fā)育，地下水埋深23.6m，洞身多處于地下水以下，以滲水、滴水為主，局部豎井段存在線狀流水；地下水對混凝土具有硫酸鹽型強腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)均具中等腐蝕性。該段屬極軟巖，強風(fēng)化層厚3～5m，弱風(fēng)化層厚11～15m，洞身處于新鮮巖體內(nèi)，泥巖的自由膨脹率一般為50%～60%，屬弱膨脹巖，宜產(chǎn)生塑性變形，屬Ⅴ類圍巖。

3 5#施工支洞豎井方案

3.1 豎井設(shè)計

5#豎井布置為單豎井，鑿井完成后，進(jìn)行垂直轉(zhuǎn)水平施工臨時改絞，施工井底車場、硐室及兩側(cè)主洞。豎井井筒直徑6.6m，埋深81m。井頸段長24m，井頸段鋼筋混凝土襯砌厚度0.7m，其余井身段鋼筋混凝土襯砌厚度0.45～0.65m，井頸底部設(shè)置壁座，伸入巖石0.8m。考慮到鉆爆段豎井出渣量、物料運輸量均較小，可利用鑿井設(shè)備施工主洞、改絞簡單等優(yōu)點，豎井完建轉(zhuǎn)入主洞施工后，本工程采用 “雙吊桶出渣+單罐籠運輸人員和物料”的提升方案，主洞開挖完成后可將出渣吊桶更換為混凝土吊罐，運輸洞襯混凝土。主洞施工時，豎井主要的運輸量為出渣，施工物料如噴護(hù)混凝土、鋼筋和鋼材的運輸量較小，采用2JKZ-3.6×1.85鑿井提升機，配一對4m3吊桶出渣，每個循環(huán)出渣結(jié)束后，將吊桶更換為一對4m3底卸式吊桶運輸混凝土，鋼筋、錨桿和鋼支撐等材料。井筒斷面為圓形，布置一對吊桶、單罐籠、2根直徑0.8m通風(fēng)管、梯子間、管子間及各類電纜，井筒空余面積回風(fēng)。豎井橫斷面如圖2。

圖2 5#豎井橫斷面

3.2 豎井施工

5#豎井井挖采用4臂傘鉆配HYD-200型液壓鑿巖機造孔，中深孔光面全斷面爆破。CX55B型電動挖掘機配合HZ-6型中心回轉(zhuǎn)式抓巖機將石渣裝入吊桶。兩套單鉤提升，主提升采用2JKZ-3.6×1.85絞車，配4.0m3座鉤式吊桶，主要用于提渣、混凝土吊桶和傘鉆；副提升采用JKZ-2.8×2.2絞車，配4.0m3座鉤式吊桶，主要用于提升人員，輔助提渣。吊桶將矸石提升至翻矸平臺，通過翻矸臺主、副溜槽將矸石溜至地面，ZL-50裝載機裝15t自卸汽車運至棄渣場。

主洞采用鉆爆法施工，兩側(cè)工作面石渣采用自卸汽車運輸至井底，裝入吊桶提升至地面卸載，自卸汽車運渣至棄渣場。物料及人員采用罐籠由提升機下放至井底，吊機轉(zhuǎn)汽車運輸至鉆爆法工作面。

豎井施工線路為：施工準(zhǔn)備工程—井筒施工—主井井架架設(shè)—主井井筒裝備安裝—主洞開始施工。

4 5#施工支洞緩斜井方案

4.1 緩斜井設(shè)計

緩斜井?dāng)嗝嫘褪讲捎民R蹄型斷面，斷面凈尺寸5.0m×5.958m（寬×高，半圓城門洞型）。緩坡段設(shè)置錯車道，斷面凈尺寸7.1m×5.958m。縱斷面組成為200m（12.9%）陡坡段+20m（3%）緩坡段，綜合縱坡12%，井底布置30m長縱坡為零的洞段，緩斜井長640m。洞身內(nèi)布置有行車道、2條直徑1.0m的風(fēng)管、各種管路和供電線路等設(shè)施。電纜及管子布置在洞壁上，電纜采用掛鉤固定在井壁上，位于管子上方，管子布置在緩斜井底板的管座上。緩斜井橫斷面如圖3。

圖3 5#緩斜井橫斷面

4.2 緩斜井施工

施工支洞洞挖采用手風(fēng)鉆鉆孔爆破開挖，2m3裝載機裝15t自卸車運至洞外棄渣場。主洞采用鉆爆法施工，出渣采用自卸汽車由工作面直接運至洞外棄渣場；物料及施工人員由汽車從洞外運至工作面。

施工線路為：施工準(zhǔn)備工程—緩斜井進(jìn)口開挖及鎖口—緩斜井洞身施工—進(jìn)口及連接段襯砌—主洞施工。

5 工程施工方案比選

本文從工程施工支洞布置形式、出渣方式、工期及投資等方面進(jìn)行比較，如表1。

表1 5#施工支洞方案對比

續(xù)表1

通過對豎井、緩斜井兩種方案進(jìn)行對比分析：①地質(zhì)條件較差，洞身圍巖以Ⅴ類為主，巖層傾角緩，有利于豎井施工，而緩斜井方案易塌方；②豎井施工可邊打邊襯，利于施工安全，緩斜井襯砌至少距離掌子面30m，且施工干擾較大；③主洞施工出現(xiàn)較大涌水時，緩斜井方案利于人員安全；豎井埋深較淺，在做好排水措施、人員逃生安全措施的情況下，也可保證施工安全；④豎井施工工程量小，井筒工期短、進(jìn)度風(fēng)險可控；緩斜井施工工程量大，工期較長，且受地質(zhì)條件和長度影響，進(jìn)度風(fēng)險較高；⑤豎井方案投資低，增加投資的風(fēng)險較低；緩斜井方案投資高，且增加投資的風(fēng)險較高。

因此，本工程推薦采用豎井方案。

6 結(jié)語

（1）新疆某長距離輸水隧洞工程軟巖洞段，采用鉆爆法對該洞段輸水隧洞進(jìn)行施工。以5#施工支洞為例，對豎井方案及緩斜井方案的布置形式、出渣方式、工期及投資均進(jìn)行了研究。

（2）通過對豎井、緩斜井兩種方案進(jìn)行分析比較，豎井施工工程量小，工期短，投資低，進(jìn)度風(fēng)險可控，本工程推薦采用豎井方案。