方騰衛(wèi)

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

1 工程概況

榕江關(guān)埠引水工程是韓江、榕江、練江三江水系連通工程的子工程之一，工程輸水線路總長(zhǎng)為34.97 km，其中山嶺段輸水隧洞總長(zhǎng)約27.03 km，采用3臺(tái)雙護(hù)盾硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工，該工法為廣東省水利行業(yè)首次使用。工程總布置示意見(jiàn)圖1。

該工程1#、2#TBM掘進(jìn)機(jī)分別自上、下游向山體內(nèi)掘進(jìn)，2臺(tái)機(jī)器接觸點(diǎn)處原設(shè)計(jì)為豎井，稱“1#、2#TBM設(shè)備接收井”，接收井外徑為32.0 m，內(nèi)徑為24.50 m，深度為55.25 m。

圖1 工程總布置示意(箭頭為T(mén)BM掘進(jìn)方向)

2 原1#、2#TBM接收方案及優(yōu)化緣由

2.1 原1#、2#TBM接收方案

榕江關(guān)埠引水工程輸水隧洞樁號(hào)SD7+708處為1#TBM和2#TBM的共用接收井。接收井為圓形，井內(nèi)無(wú)內(nèi)支撐、空間大，便于TBM主機(jī)的解體和吊出。

地質(zhì)鉆孔揭露：接收井身上部為砂卵礫石層、全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層，下部為弱風(fēng)化層。TBM接收井采用地下連續(xù)墻和鋼筋砼內(nèi)襯結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于洞口的加固措施，因洞口有破碎帶，采用固結(jié)灌漿對(duì)洞口一定范圍內(nèi)的巖體進(jìn)行加固，固結(jié)灌漿間排距均為2.0 m，加固厚度為17.35 m，即TBM中心高程上、下分別為11.75 m、5.6 m。TBM接收井外徑為32.0 m，內(nèi)徑為24.5 m，井深約52.55 m。弱風(fēng)化巖面以上工作井由地下連續(xù)墻和逆作法內(nèi)襯墻組成，地下連續(xù)墻墻厚為1.0 m，逆作法內(nèi)襯墻厚為1.2 m；弱風(fēng)化巖面以下工作井為圍巖噴錨支護(hù)和逆作法內(nèi)襯墻組成，逆作法內(nèi)襯墻厚為1.0 m。 原1#、2#TBM接收豎井平面、橫斷面見(jiàn)圖2～3。

圖2 TBM接收豎井平面布置示意

圖3 TBM接收豎井橫斷面示意

2.2 優(yōu)化緣由

根據(jù)榕江關(guān)埠引水工程水力過(guò)渡過(guò)程仿真模擬與泵站前池防淤排沙效果研究成果，加壓泵站6臺(tái)水泵工作，輸水系統(tǒng)按最大供水流量20 m3/s，6臺(tái)水泵同時(shí)掉電的計(jì)算條件下，高位水池發(fā)生漏空現(xiàn)象，部分輸水隧洞會(huì)出現(xiàn)不同程度的進(jìn)氣?？紤]利用已有建筑物作為調(diào)壓設(shè)施對(duì)避免高位水池漏空有利，而原有高位水池由于征地原因無(wú)法擴(kuò)大尺寸；從山體擴(kuò)挖與高位水池連通的儲(chǔ)水箱方案又與1#TBM掘進(jìn)工作面交叉、施工難度較大、影響工期；因此，在高位水池基礎(chǔ)上，擬將高位水池后約7.7 km處的1#、2#TBM設(shè)備接收井兼顧作調(diào)節(jié)池使用。經(jīng)水力過(guò)渡過(guò)程仿真分析，考慮高位水池和1#、2#TBM接收豎井聯(lián)合調(diào)壓的情況下，可有效解決上述過(guò)渡過(guò)程問(wèn)題。

由于1#、2#TBM接收井位置為基本農(nóng)田范圍，該地塊征地遲遲未能落實(shí)，而輸水線路周邊無(wú)合適場(chǎng)地布置接收井，因此，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)參建各方研究，決定采用接收平洞形式替代接收豎井方案，接收平洞斷面尺寸由水力過(guò)渡課題組計(jì)算確定。優(yōu)化后原1#、2#TBM接收井的設(shè)備接收及調(diào)壓功能由接收平洞承擔(dān)，避免了大直徑高豎井的施工難度及風(fēng)險(xiǎn)，且接收平洞洞口布置在基本農(nóng)田范圍以外，征地相對(duì)容易。

3 優(yōu)化后的1#、2#TBM接收平洞方案設(shè)計(jì)

3.1 總體布置

取消位于樁號(hào)SD7+708處的接收豎井，并于SD8+000官坑村附近布置洞口、設(shè)置約650 m長(zhǎng)的平洞于樁號(hào) SD8+598處與主洞銜接，稱“1#、2#TBM接收平洞”(兼顧永久調(diào)壓洞)，同時(shí)進(jìn)洞后沿上下游各設(shè)置250 m主洞鉆爆段。該鉆爆段為T(mén)BM解體場(chǎng)，TBM掘進(jìn)機(jī)總長(zhǎng)約425 m，到達(dá)拆解后，分體從接收平洞運(yùn)出。原豎井及新增接收平洞位置示意見(jiàn)圖4。

圖4 原豎井及新增接收平洞示意(箭頭為T(mén)BM掘進(jìn)方向)

3.2 洞口位置的選擇

受官坑村基本農(nóng)田及征地范圍的限制，經(jīng)查勘后發(fā)現(xiàn)合適的進(jìn)洞口位置僅余豎井西側(cè)的山坡地。本次擬定南北向2個(gè)進(jìn)口洞，洞口位置比選見(jiàn)圖5所示。

圖5 接收平洞洞口位置比選示意

方案一：北向進(jìn)洞口，平臺(tái)高程為67.00 m，寬為10.0～54.0 m，長(zhǎng)為51.50 m，呈梯形布置；邊坡開(kāi)挖坡比為1:1.5，采用框格梁草皮護(hù)坡支護(hù)；隧洞長(zhǎng)為635.53 m，洞底高程為16.75～67.00 m，坡比為7.90%。

方案二：南向進(jìn)洞口，平臺(tái)高程為67.00 m，寬為26.50 m，長(zhǎng)為18.0～25.0 m，呈梯形布置；邊坡開(kāi)挖坡比為1:1.5，采用框格梁草皮護(hù)坡支護(hù)；隧洞長(zhǎng)為673 m，洞底高程為16.75～67.00 m，坡比為7.46%。

受征地邊界影響，方案二洞口平臺(tái)尺寸較方案一小，施工布置較為緊張；現(xiàn)狀沖溝穿越方案二邊坡，需進(jìn)行改道；同時(shí)方案二進(jìn)洞口覆土厚度較為單薄，進(jìn)洞條件劣于方案一。

因此，本次擬選擇方案一作為 “1#、2#TBM接收平洞”的進(jìn)洞口。

3.3 隧洞地質(zhì)情況

按最新選定的隧洞線路，進(jìn)行了補(bǔ)充鉆孔，洞口及沿線共布置5個(gè)地質(zhì)鉆孔(鉆孔ZKF01～05)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，接收洞沿線為一單邊漸高的山體，地形完整，沖溝不發(fā)育，地面最高高程約250 m，進(jìn)洞點(diǎn)為一山間小盆地，地面高程約68 m，地面平坦，為農(nóng)田區(qū)，主要種植有桑樹(shù)。接收洞地層巖性為燕山期花崗巖，其中接收洞樁號(hào)0+000～0+240段隧洞圍巖主要為全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化巖，全風(fēng)化巖實(shí)際已風(fēng)化成硬塑～堅(jiān)硬土，為土質(zhì)隧洞，強(qiáng)風(fēng)化巖巖質(zhì)軟弱，巖體破碎，圍巖穩(wěn)定性較差，因此，該段初步判定為Ⅴ類圍巖；0+240～0+635段隧洞圍巖主要為弱風(fēng)化～微風(fēng)化巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體一般屬較完整，局部發(fā)育斷層，斷層帶附近巖體略為破碎，該段絕大部分為Ⅲ類圍巖，僅斷層帶附近局部少量Ⅳ類圍巖。隧洞位于地下水位線以下，斷層帶及全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖洞段地下水相對(duì)豐富，局部可能有較多滲滴水或股狀涌水，需做好隧洞排水工作。

3.4 隧洞線路布置

根據(jù)榕江關(guān)埠引水工程水力過(guò)渡過(guò)程仿真模擬與泵站前池防淤排沙效果研究分析，1#、2#接收井改平洞后，為滿足調(diào)壓需求，運(yùn)行期水位38 m高程以下接收平洞斷面面積需調(diào)整至75 m2。

1#、2#TBM接收平洞作為永久檢修通道兼做調(diào)壓建筑物，運(yùn)行期水位淹沒(méi)高程為38 m，隧洞長(zhǎng)為635.53 m，洞底高程為16.75～67.00 m，坡比為7.90%。

根據(jù)最新地質(zhì)鉆孔揭露情況(鉆孔ZKF01～05)，接收平洞中：Ⅲ類圍巖長(zhǎng)度為397.97 m； Ⅳ類圍巖長(zhǎng)度為90.97 m；Ⅴ類圍巖長(zhǎng)度為146.59 m。

按《榕江關(guān)埠引水工程1#、2#TBM接收井改支洞、3#TBM隧洞段局部改鉆爆隧洞設(shè)計(jì)變更審查會(huì)會(huì)議紀(jì)要》精神，結(jié)合TBM接收尺寸要求，本次優(yōu)化接收平洞Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖范圍的永久結(jié)構(gòu)洞徑選取5.36 m(樁號(hào)ZD0+000～ZD0+366.774)。為減輕TBM施工進(jìn)度壓力及TBM解體需要，接收平洞完成后，需采用鉆爆法往上下游主洞施工，該段永久結(jié)構(gòu)洞徑選取5.36 m，施工長(zhǎng)度根據(jù)1#、2#TBM掘進(jìn)效率和所處的地質(zhì)條件決定，本次暫定為向主洞上、下游各鉆爆250 m。

本次利用1#、2#TBM接收平洞作為調(diào)壓設(shè)施，考慮適當(dāng)加大洞室下部容積對(duì)避免高位水池露頂有利，因此，38 m高程以下(樁號(hào)ZD0+366.774～ZD0+602.732)接收平洞永久洞徑選取為8.5 m×9.0 m。

接收平洞的平面布置見(jiàn)圖6，縱斷面見(jiàn)圖7。

圖6 接收平洞平面布置示意

圖7 接收平洞縱斷面布置示意

3.5 接收平洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)進(jìn)洞口設(shè)計(jì)

接收平洞進(jìn)洞口地面地質(zhì)情況為全風(fēng)化土，邊坡為坡積層。本次設(shè)計(jì)洞口平臺(tái)高程為67.00 m，寬為10.0～54.0 m，長(zhǎng)為51.50 m，呈梯形布置；邊坡開(kāi)挖坡比為1:1.5，邊坡支護(hù)采用土釘錨桿φ25 mm垂直于坡面布置，單根錨桿長(zhǎng)度為4.0 m，間距為2.0 m×2.0 m；坡面設(shè)φ50 mm排水孔，孔深為4.0 m，間距為2.0 m×2.0 m，孔內(nèi)埋設(shè)PVC花管；邊坡護(hù)面采用框格梁草皮護(hù)坡，同時(shí)土釘錨桿應(yīng)錨入框格梁節(jié)點(diǎn)。

2)隧洞橫斷面設(shè)計(jì)

接收洞隧洞樁號(hào)為ZD0+000～ZD0+635.531，總長(zhǎng)為635.53 m，洞底高程為67.00～16.75 m，坡比為7.90%，斷面為城門(mén)洞形。

ZD0+000.000～ZD0+366.774段中，Ⅳ、Ⅴ類圍巖及鎖口段噴砼掛網(wǎng)厚度為150 mm、200 mm，側(cè)墻及頂拱設(shè)φ20系統(tǒng)錨桿L=2.50 m@1.0 m×1.0 m；Ⅲ類圍巖段噴砼厚度為100 mm，頂拱及邊墻范圍內(nèi)設(shè)置φ20系統(tǒng)錨桿L=2.50 m@2.0 m×2.0 m；本段內(nèi)側(cè)襯砌厚度為400 mm，二襯后洞徑為5.36 m×5.38 m(寬×高)，拱頂120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，后對(duì)全斷面采用固結(jié)灌漿，每排設(shè)8孔，孔深入巖5.0 m，排間距為2.50 m，梅花形布置。

ZD0+366.774～ZD0+602.732段中，Ⅲ類圍巖段噴砼厚度為100 mm，頂拱及邊墻范圍內(nèi)設(shè)置φ25系統(tǒng)錨桿L=6.00 m@2.0 m×2.0 m；本段內(nèi)側(cè)襯砌厚度為400 mm，二襯后洞徑為8.50 m×9.00 m(寬×高)，拱頂120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，后對(duì)全斷面采用固結(jié)灌漿，每排設(shè)12孔，孔深入巖5.0 m，排間距為2.50 m，梅花形布置。

主洞500 m鉆爆段樁號(hào)范圍為SD8+331.391～SD8+831.391，Ⅲ類圍巖段噴砼厚度為100 mm，頂拱及邊墻范圍內(nèi)設(shè)置φ20系統(tǒng)錨桿L=2.50 m@2.0 m×2.0 m；本段內(nèi)側(cè)襯砌厚度為400 mm，二襯后洞徑為5.36 m×5.38 m(寬×高)，拱頂120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，后對(duì)全斷面采用固結(jié)灌漿，每排設(shè)8孔，孔深入巖5.0 m，排間距為2.50 m，梅花形布置。

部分典型斷面(以Ⅳ類圍巖段為例)形式見(jiàn)圖8。

4 征地、工期及投資等變化

原1#、2#TBM接收豎井處于永久基本農(nóng)田范圍內(nèi)，難以征收，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序繁多、施工場(chǎng)地狹小，工序有地下連續(xù)墻、深井爆破、主體內(nèi)襯墻、排樁帷幕、預(yù)應(yīng)力錨桿及大體積底板等，施工工期約14個(gè)月，工期長(zhǎng)，投資大。因此，取消了位于樁號(hào)SD7+708處的1#、2#TBM接收豎井，新增位于官坑村的1#、2#TBM 接收平洞(兼顧永久調(diào)壓洞)。

圖8 接收洞Ⅳ類圍巖開(kāi)挖支護(hù)剖面示意(單位：mm)

通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化：

1)未降低工程標(biāo)準(zhǔn)，不影響工程原有功能；

2)工程征占地容易解決；

3)平洞段總工期為9.5個(gè)月，較豎井工期大大縮短；

4)投資節(jié)省約1 056.57萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

1#、2#TBM接收井改平洞方案征地手續(xù)簡(jiǎn)單、施工過(guò)程安全可控、可有效縮短施工工期、工程投資大幅節(jié)省，該設(shè)計(jì)變更上報(bào)廣東省水利廳，并獲批復(fù)。1#、2#TBM接收平洞正在建設(shè)，截止2021年2月，1#、2#TBM接收平洞已完成淺埋暗挖段約131.5 m。

TBM掘進(jìn)機(jī)的接收方式受地形、地質(zhì)等條件影響較大，本工程將位于山區(qū)深約52.55 m的TBM設(shè)備接收豎井優(yōu)化為635 m長(zhǎng)的TBM接收平洞，優(yōu)化后工期、造價(jià)等效益明顯，可供類似工程參考。