掘進機在三仙湖水庫工程泄洪隧洞施工中的應用探討

王曙華，張安平

(四川省水利水電勘測設計研究院規(guī)劃設計分院，四川 德陽，618000)

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掘進機在三仙湖水庫工程泄洪隧洞施工中的應用探討

王曙華，張安平

(四川省水利水電勘測設計研究院規(guī)劃設計分院，四川 德陽，618000)

遂寧市安居區(qū)三仙湖水庫在施工階段選用掘進機施工隧洞。本文以樞紐工程放空供水泄洪隧洞為例，介紹了掘進機的選型設計和施工優(yōu)、缺點，總結工程經(jīng)驗，為今后水工隧洞的設計和施工提供參考。

三仙湖水庫工程 水工隧洞 設計與施工 掘進機 鉆爆法

1 工程概況

三仙湖水庫位于四川省遂寧市安居區(qū)東禪鎮(zhèn)三岔溝村，是一座以灌溉及安居城區(qū)供水為主，兼顧鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村人畜供水等綜合利用的中型水利工程，設計灌溉面積0.344萬hm2，年供水總量2185×104m3。水庫正常蓄水位320.00m，總庫容1742×104m3，興利庫容1362×104m3，大壩采用碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩，最大壩高41.0m。三仙湖水庫由樞紐工程、補水工程、灌溉工程和供水工程等組成。放空供水泄洪隧洞布置在右壩肩，除用作水庫正常放空外，還參與供水與泄洪任務。隧洞由進口段、閘門豎井段、洞身段和出口消能段等組成，隧洞全長265.4m，出口采用錐形閥控制下泄流量。

2 方案比選

在初步設計階段，三仙湖水庫采用鉆爆法進行隧洞施工的設計方案，在2013年7月工程動工后，比選了掘進機施工隧洞的設計方案。

掘進機是20世紀50年代初在美國發(fā)展起來的地下工程施工機械，70年代日趨成熟，至今已成為一種高科技水平的隧洞施工機械。我國在20世紀80年代后期，水利工程建設開始引進國外技術，先進的掘進機施工技術連同管理經(jīng)驗由國外承包商首先引入國內水利水電工程的建設中。全國各地已有許多工程采用過掘進機施工，目前吉林中部城市供水工程、西藏旁多灌溉輸水洞工程等均采用掘進機施工。

隧洞施工采用掘進機和鉆爆法兩種方式相比較，隧洞開挖工程量相同，工程直接投資相同，從經(jīng)濟角度兩種方案并無明顯優(yōu)劣。采用掘進機施工隧洞單向平均進尺可保證8.00m/d～10.00m/d，采用鉆爆法施工隧洞單向平均進尺僅3.00m/d～5.00m/d，從工期進度角度掘進機有明顯優(yōu)勢。使用鉆爆法施工隧洞產(chǎn)生振動、煙塵等對周邊環(huán)境和施工人員安全影響較大，使用掘進機施工隧洞可有效避免類似情況。

綜合考慮工期、施工質量、施工新工藝等因素，三仙湖水庫采用掘進機代替鉆爆法施工放空供水泄洪隧洞，為今后水工隧洞的設計和施工提供經(jīng)驗參考。

3 掘進機選型

隧洞沿線的地質構造和底層巖性是決定掘進機施工適應性的主要因素，也是掘進機選型和控制施工速度的主要依據(jù)。三仙湖水庫放空供水泄洪隧洞洞身圍巖為J3s2層紫紅色粉砂質泥巖夾薄層砂巖，巖層產(chǎn)狀N65°～75°W/SW∠1°～3°，新鮮粉砂質泥巖段巖體完整性較好，但粉砂質泥巖為軟質巖，巖體強度極低，圍巖穩(wěn)定性較差，巖體抗風化力較弱，成洞條件較差，圍巖類別為Ⅳ類。砂巖單軸飽和抗壓強度平均為33.67MPa，粉砂質泥巖單軸飽和抗壓強度平均為7.97MPa。隧洞洞身設計為圓型有壓隧洞，根據(jù)水力計算，隧洞內直徑為2.20m，外直徑為3.20m。

首先本工程圍巖整體性較好，宜采用開敞式掘進機，其次圍巖單軸飽和抗壓強度為5MPa～50MPa之間，可采用低、中功率的掘進機進行施工，同時結合隧洞斷面尺寸和其他工程類比，本工程選定EBZ160A型掘進機施工放空供水泄洪隧洞。

4 掘進機優(yōu)、缺點

三仙湖水庫放空供水泄洪隧洞貫通后，總結了掘進機施工水工隧洞的優(yōu)、缺點如下：

4.1 掘進機施工的優(yōu)點

(1)效率高：連續(xù)作業(yè)，能保證破巖、出渣、支護一條龍作業(yè)，并且在掘進過程中可同時進行錨固、鋼支撐、噴射混凝土等初期支護，提高作業(yè)效率。就該隧洞而言，在無停電、維修等制約條件下，采用掘進機施工隧洞單向平均進尺可保證8.00m/d～10.00m/d；

(2)開挖施工質量好：超挖量少，內壁光滑，不存在凹凸現(xiàn)象，隧洞襯砌后成型面完整。隧洞掘進完成后現(xiàn)場見圖1；

圖1 放空供水泄洪隧洞掘進完成現(xiàn)場

(3)對巖石的擾動小：掘進機采用鉆頭削切的方式破巖，相比爆破法對隧洞周邊圍巖的破壞性小，成洞要求更低，降低初期支護費用，保證施工人員的安全；

(4)作業(yè)環(huán)境好：掘進過程中全程采用濕法作業(yè)，且采用高性能的集塵器，不會產(chǎn)生有害氣體，除非必要的保養(yǎng)維護外，可連續(xù)作業(yè)，對洞內施工人員的健康起到極大的保護作用。

4.2 掘進機施工的缺點

(1)設備成本高：選定EBZ160A型掘進機價值380多萬元；

(2)操作技術員要求高：操作員必須經(jīng)過專業(yè)培訓并結業(yè)，且進入工作面適應期需要3d～5d；

(3)維護費用高：當掘進較硬圍巖時，易造成截齒超前磨損，影響掘進效率，需更換新的截齒；

(4)在隨后的三仙湖水庫補水渠隧洞施工過程中，發(fā)現(xiàn)EBZ160A型掘進機在隧洞進尺超過600m的情況下，掘進機切割功率變小，不能對砂巖進行正常切割，隧洞單向平均進尺僅2.00m/d～4.00m/d。咨詢生產(chǎn)廠家后得到回復，該類型掘進機是通過高壓輸電線路直接接到掘進機上，長距離高壓線會導致電壓衰減，要解決長隧洞的施工進度緩慢問題，需在600m左右設置高壓升壓器。

根據(jù)國內外掘進機的使用情況，已建工程中未提及在長隧洞施工由于電壓衰減而產(chǎn)生的情況，所以三仙湖水庫工程中掘進機的使用存在值得探討的地方。

5 結語

截至2013年7月三仙湖水庫工程開工建設，四川省的水利工程隧洞還沒有采用掘進機施工過，以前均采用鉆爆法施工。三仙湖水庫工程作為四川省開工建設的重點中型水利工程，以放空供水泄洪隧洞作為工程實例，對掘進機施工水工隧洞進行檢驗，驗證了在水工隧洞采用掘進機施工是可行的、合適的，同時也總結了掘進機施工的優(yōu)、缺點，并且發(fā)現(xiàn)在施工過程中還存在掘進機施工組織設計不嚴謹、施工經(jīng)驗不足等問題。

掘進機施工水工隧洞在四川省水利工程中還處于起步摸索階段，在施工當中還存在各種有待于解決的問題，通過對本工程掘進機施工水工隧洞的建設實例探討，為今后的水工隧洞設計和施工提供經(jīng)驗參考。

〔1〕SL279-2016，水工隧洞設計規(guī)范[S].

〔2〕熊啟鈞.取水輸水建筑物叢書——隧洞[M].北京：中國水利水電出版社，2009.■

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2095-1809(2017)04-0035-02