新疆某長距離輸水隧洞工程TBM轉(zhuǎn)機方案比選

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 概 述

隨著TBM技術(shù)的發(fā)展，越來越多的長距離深埋隧洞應(yīng)用TBM進(jìn)行施工，TBM相比于傳統(tǒng)鉆爆法施工具有建設(shè)速度快、造價低、施工安全等特點。目前，國內(nèi)外開展了大量關(guān)于TBM理論及實際應(yīng)用方面的研究[1-5]。本文針對TBM穿越長距離輸水隧洞中的不良地質(zhì)洞段進(jìn)行相關(guān)分析，對TBM的適應(yīng)性進(jìn)行探討。

2 工程概況

新疆某長距離輸水隧洞工程規(guī)模為大(Ⅰ)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；輸水線路總長為148.246 km，其中隧洞共5條，總長140.771 km。1號隧洞最長，為72.891 km；2號隧洞最短，為752 m；3號隧洞長7.120 km，4號隧洞長24.258 km，5號隧洞長34.751 km。

5號隧洞TBM施工段落長27.051 km，分3個施工段完成；鉆爆法施工段落長8.7 km，分布在隧洞進(jìn)口、出口、活斷層及相鄰淺埋段。5號隧洞共布置5條施工支洞，5號隧洞分段示意圖見圖1。

圖1 5#隧洞分段示意圖

3 地質(zhì)條件

1112+265～113+265 m段：該段位于剝蝕構(gòu)造低山丘陵區(qū)，地形略起伏，分布高程677～719 m，相對高差約40 m，全長1.0 km。沿線基巖多裸露，巖性為泥盆系花崗片麻巖和黑云母片麻巖，次塊狀～塊狀構(gòu)造，巖石中石英含量一般20%～30%，巖石堅硬，較完整。

113+265～122+100 m段：該段位于剝蝕構(gòu)造低山丘陵區(qū)，地形略起伏、開闊，分布高程690～795 m，相對高差約100 m，全長8.835 km。沿線基巖多裸露，樁號113+265～119+692段巖性為泥盆系花崗片麻巖、黑云母斜長片麻巖和黑云母片麻巖；樁號119+692～122+100 m巖性以華力西期花崗巖為主，局部夾石炭系二云母石英片巖。

122+100～125+400 m段：該段位于剝蝕構(gòu)造低山丘陵區(qū)，地形略起伏、開闊，分布高程691～754 m，相對高差約55 m，全長3.3 km。樁號122+110～125+175段表部為1～4 m洪積碎石土覆蓋，下部為石炭系凝灰質(zhì)砂巖，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育；樁號125+175～125+349段表部為厚1～2 m的第四系洪積碎石土，下部為新近系泥巖和白砂巖，厚度5～14 m。

122+100～125+400 m段：該段位于剝蝕構(gòu)造低山丘陵區(qū)，地形略起伏、開闊，分布高程696～719 m，相對高差約20 m，全長3.4 km。隧洞沿線地表分布第四系全新統(tǒng)洪積碎石土，厚度1～2 m；下部為新近系泥巖和白砂巖，厚度5～47 m，泥巖及白砂巖遇水軟化呈散體狀結(jié)構(gòu)。

128+800～147+016 m段：該段位于剝蝕構(gòu)造低山丘陵區(qū)，地形略起伏、開闊，分布高程695～773 m，相對高差約80 m，全長18.216 km。沿線基巖多裸露，樁號128+762～129+824,142+548～144+622,146+046～147+016 m段巖性為石炭系凝灰質(zhì)砂巖、黑云長英角巖，薄層～中厚層狀，巖石中石英含量一般15%～25%，巖石堅硬，較完整。

4 方案比選

由于輸水隧洞樁號122+100～128+800洞段較破碎，施工采用鉆爆法施工，但同時為滿足后續(xù)TBM施工，因此初步擬定如下3個TBM轉(zhuǎn)機方案進(jìn)行比選。

4.1 方案一

鉆爆洞段洞型按TBM通過洞設(shè)計，待TBM完成第二階段后，直接滑行通過。TBM通過洞典型橫斷面見圖2。根據(jù)相關(guān)資料分析，滑行進(jìn)尺按90 m/天計算，TBM洞內(nèi)組裝按3個月計算，綜合考慮，方案一工期分析見表1。

4.2 方案二

鉆爆洞段洞型按普通鉆爆洞設(shè)計，待TBM完成第二階段后，拆除刀盤邊塊，保留中心塊，拆除頂護(hù)盾、搭接護(hù)盾和側(cè)護(hù)盾，TBM進(jìn)行步進(jìn)，后配套步進(jìn)過程中，如有與洞壁干涉的結(jié)構(gòu)件，可臨時拆除或改變安裝位置。普通鉆爆洞典型橫斷面見圖3。方案二工期分析見表2。

表1 方案一工期分析表

圖2 通過洞典型橫斷面圖

圖3 鉆爆洞典型橫斷面圖

表2 方案二工期分析表

4.3 方案三

鉆爆洞段洞型按普通鉆爆洞設(shè)計，待TBM完成第二階段后，將TBM全部拆除由8#支洞運出，再經(jīng)6#支洞運至TBM第三階段檢修洞重新組裝，檢修洞按組裝洞室長度進(jìn)行設(shè)計。方案三工期分析見表3。

表3 方案三工期分析表

4.4 方案比選及結(jié)論

本文根據(jù)5#隧洞地質(zhì)條件，對TBM轉(zhuǎn)機方案的施工難易程度及工期、工程投資等方面進(jìn)行綜合比較，見表4。

表4 方案比較表

通過對以上3種方案進(jìn)行對比分析，得出以下幾點結(jié)論：

1) 方案一：TBM不拆除任何部件，按正常情況滑行，工況較為簡單，對TBM額外損傷最小，水工隧洞按TBM通過洞段設(shè)計，地質(zhì)條件差，施工難度較大。

2) 方案二：水工隧洞按普通鉆爆段設(shè)計，水工工程量較小，投資相對較小。需部分拆機，馬蹄形斷面步進(jìn)困難。

3) 方案三：TBM全部拆除，不良地質(zhì)段不受TBM施工工期制約，施工通道相對最少，投資最少。但全拆對TBM部件有一定的影響，其拆除與組裝較新TBM拆除組裝要復(fù)雜，工期相對方案一、方案二要長。

綜上所述，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較結(jié)果來看，方案二相比于方案一、方案三，具有施工難度相對較小、對TBM部件影響較小、投資相對較少等特點，因此采用方案二作為TBM轉(zhuǎn)機方案。

5 結(jié) 語

TBM在進(jìn)行長距離隧洞工程的施工過程中，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)條件選擇科學(xué)合理施工方案，從而進(jìn)一步保證工程施工工期和投資等方面的要求。