引黃濟瀍工程隧洞布置及掘進方案比選

姚 珂

（洛陽水利勘測設計有限責任公司，河南 洛陽 471000）

0 前言

引黃濟瀍工程自小浪底南岸灌區自流總干渠 (引黃入洛)工程隧洞引水至孟津段瀍河，是以水質提升為主導，以保護和修復河流水生態系統為目的的引水補源工程。工程的主要任務是解決瀍河現狀水量不足、水質不良等突出問題，通過工程措施使瀍河水環境質量持續改進，水生態環境明顯改善，以良好的水生態環境支撐現代城鎮體系和經濟社會發展。

引黃濟瀍工程是從已建的小浪底南岸灌區自流總干渠(引黃入洛)工程隧洞樁號5+728(6#豎井)處通過隧洞引水至孟津瀍源公園上游匯入瀍河，沿線經過雅溝、班溝、九泉、賈滹沱及牛步河等村鎮，引水線路總長8.930 km，引黃濟瀍工程引水流量為2 m3/s，日供水量為17.3萬m3。工程由隧洞段、明埋洞段及出口連接段三部分組成。隧洞段:從樁號0+000～8+830為隧洞段，長8.83 km，樁號8+830～8+900為明埋洞段，長70 m，樁號8+900～8+930為出口段，長30 m，由節制閘和明渠組成。

工程輸水隧洞的布置及掘進方案是工程設計和施工的重點內容。本文根據工程地形、地貌及地質情況，考慮對環境和居民的影響，進行洞線布置方案以及掘進方式比選。

1 洞線選擇

孟津縣引黃濟瀍工程是從已建的小浪底南岸灌區自流總干渠(引黃入洛)工程隧洞6#豎井處引水至瀍源公園。結合地形、地貌，共布置三條洞線方案進行比較，見圖1。

圖1 洞線布置方案示意圖

（1）方案一。總體布置洞線一:自引黃入洛工程隧洞5+728(6#豎井)處通過隧洞引水至瀍源公園瀍河橋上游，洞線長度8.663 km。該洞線為三條洞線中距離最短，且為直線，但洞線沿班溝、寺河南、牛步河等村莊下部穿過，施工過程中對當地群眾生產、生活影響較大。部分洞線位于九泉水庫庫區，該段洞線圍巖主要為由礫巖，局部為砂巖、粘土巖，層狀構造，礫巖、砂巖基本不膠結，粘士巖泥質膠結差。巖體完整程度為破碎;施工過程中容易受上部地下水影響，增加施工難度。故不推薦洞線一方案。

（2）方案二?？傮w布置洞線二:自引黃入洛工程隧洞5+728(6#豎井)處通過隧洞引水至瀍源公園瀍河橋下游，洞線長度9.186 km，該洞線為三條洞線中距離最長。洞線在樁號6+656、8+327處設有折點，以避開村莊，避免對當地群眾生產生活影響。瀍河橋下游地勢較低，隧洞縱坡可設計較陡，以減小隧洞設計斷面。瀍河九泉水庫以下水源主要為中水(劣V類)，隧洞出口在瀍河橋下游，無法對瀍河橋上游排入湖內的中水進行稀釋。故不推薦洞線二方案。

（3）方案三?？傮w布置洞線三:自引黃入洛工程隧洞5+728(6#豎井)處通過隧洞引水至瀍源公園瀍河橋上游，洞線長度8+930 km，該洞線在樁號8+327之前洞線與洞線二方案一致，在樁號6+656、8+327處設有折點，以避開村莊，避免對當地群眾生產、生活影響。隧洞出口設在瀍源公園瀍河橋上游，可對上游排入湖內的中水(劣類)進行稀釋，對瀍河進行活水補充。經分析比較，推薦洞線三方案。

2 隧洞掘進方案

2.1 隧洞掘進基本參數

隧洞形狀:小浪底南岸自流總干渠(引黃入洛)工程任務是由已建成南岸引水口出口分水樞紐自流總干進水閘引水，通過長距離隧洞將水送入位于洛陽市紅山鄉的金水河水庫和邙山渠。該工程設計流量為9.0 m3/s，隧洞縱坡1/2000，洞型為城門洞形，隧洞根據地質情況分3種類型，底寬2.5 m～3.4 m，凈高3.65 m～4.05 m。6#豎井位于引黃入洛洞線樁號5+728 m處，洞底高程230.14 m。設計水位232.98 m，洞頂高程233.99 m，現狀地面高程336.6m。本段隧洞為A型洞斷面，隧洞凈底寬3.06m，凈高3.7 m。

水力計算:以小浪底南岸灌區自流總干渠(引黃入洛)工程初設報告為依據，引黃入洛工程設計引水流量為9 m3/s，經比較分析，確定引黃隧洞設計流量為6 m3/s時，滿足引黃濟瀍隧洞設計引水流量2 m3/s，引黃濟瀍工程出口水面高程230.77 m，設計隧洞出口底高程228.88 m，水深1.89 m，當引黃濟瀍工程引水流量為2 m3/s，引黃入洛隧洞洞內水深為1.41 m。隧洞水面線采用明渠恒定非均勻流水面線計算方法。以隧洞出口水深作為起始斷面水深，依次向上游推算。進行支護襯砌后，隧洞凈寬2.8 m，凈高2.5 m，拱頂高1.4 m，直墻段高1.1 m，圓形斷面直徑為3 m。當渠首引水流量大于6 m3/s時，引黃濟瀍工程通過末端聞門控制引水流量，當渠首引水流量小于6 m3/s時，引黃濟瀍工程引水流量相應減少。

2.2 隧洞圍巖工程地質

隧洞樁號0+000～3+241段圍巖主要為三迭系泥質粉砂巖夾中細粒砂巖（T1h1），屬較軟巖，巖體內有地下水分布，主要屬不穩定Ⅳ類圍巖，局部屬局部穩定性差Ⅲ類圍巖。

樁號3+241～8+821段圍巖主要為上第三系（N）礫巖，局部為粘土巖，層狀構造，礫巖基本不膠結，粘土巖泥質膠結差，屬軟質巖石，遇水易軟化、崩解，巖體內地下水水量較豐富，部分水頭較高，存在施工涌水及外水壓力問題，屬極不穩定Ⅴ類圍巖。

樁號8+821至出口段洞身圍巖主要為第四系全新統低液限粉土（Qal4），有豎向裂隙，土質不均，具濕陷性，屬極不穩定Ⅴ類圍巖，存在圍巖穩定和黃土濕陷問題。

2.3 不同鉆進方案比選

孟津縣引黃濟瀍工程根據施工工藝不同分為兩個掘進成洞方案，鉆爆法為方案一，盾構法為方案二。方案一及方案二在技術上是可行的，通過地質條件適應性、施工環境、施工安全性、施工工期、工程造價等幾個方面對方案一和方案二進行比較，見表1。

表1 不同開挖方法對比

從上述5個方面比較可以看出，方案二和方案一在工程工期和工程造價上相差較小，方案二在施工難度、施工環境、施工安全性、超挖控制和支護方面明顯優于方案一。但方案二在地質條件的適應性上有局限性，本工程隧洞段總長8.830km，隧洞圍巖穿越上第三系、下第三系及二疊系，圍巖類別從Ⅲ類到Ⅴ類都有分布，圍巖巖性、地下水數位、圍巖類別變化較大，地質條件相對復雜。在施工過程中根據不同地層，需采用不同刀盤，設備更換周期較長，影響施工工期且加大工程投資。影響方案一工程施工進度及投資的主要為Ⅴ類圍巖洞段，而方案二為單頭掘進，工作面單一，對工期影響較大。為了降低施工風險、保證工程施工安全，加快施工進度，降低施工難度，結合方案一及方案二的優缺點，對隧洞樁號0+000 m～4+100 m段采用鉆爆法施工，對隧洞樁號4+100～8+830 m段采用盾構法施工。

3 結論

（1）從工程、環境等方面對引黃濟瀍項目洞線布置方案進行選取，通過三種方案對比，認為方案三具有避免擾民、稀釋劣質水的效果，符合引水工程的建設目標，是優選方案。

（2）對盾構法、鉆爆法兩種方案進行分析比較。針對工程地質條件特點認為鉆爆法+盾構法相結合的隧洞掘進方案具有安全、速度快的特點。同時盾構機進行支護的管片可結合地質特點進行設計。