超长引水隧洞施工支洞优化布置研究.pdf

新疆某输水工程某标段隧洞总长 11.72 km，衬砌断面纵坡为 1/1 000，衬砌后的断面尺寸为2.80m3.56 m（宽 高，直 墙 高 2.75 m），沿线布置有 4 条施工支洞，分别为位于主洞桩号K2+215.23 的 1 号平支洞、K4+744.66 的 2 号斜井支洞、K7+369.68 的 3 号斜井支洞、K10+074.32 的4 号斜井支洞。其中 1 号支洞采用无轨运输方式，2 号、3 号、4 号支洞原设计上采用有轨运输方式。1 优化路线1.1 优化原则旨在利用现场存在地势较低点作为进洞位置，小范围的降低进洞口底板高程，达到降低支洞纵坡的目的1。依据水工建筑物地下开挖工程施工规范中关于无轨出渣最大纵坡不宜大于 14%超长引水隧洞施工支洞优化布置研究廖川林（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）摘要：当前国内外水利工程长距离引水隧洞大多采用小断面形式，具有线长、作业面狭窄等基本布置特点，所以此类工程施工多采用有轨运输作为施工阶段的运输方式。采用有轨运输时，对洞内运输的影响较大，施工效率缓慢且安全风险较高，不利于对工期及安全的管控。通过降低洞口底板高程和延长洞线，从而降低支洞纵坡坡度，以满足无轨运输的需求，进而提高施工效率，缩短施工工期，达到减少投资及降低安全风险的目的。以新疆某小洞径超长引水隧洞为例，研究施工支洞优化布置对工程工期、投资等方面的影响。关键词：施工支洞；无轨运输；优化布置；施工效率中图分类号：TV512文献标识码：B文章编号：1006-3951(2023)08-0207-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2023.08.048Research on Optimal Layout of Construction Adits for Super Long Diversion TunnelLIAO Chuan-lin(POWERCHINA SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 14 CO.,LTD.,Kunming 650041,China)Abstract:At present,most long-distance water diversion tunnels in domestic and foreign water conservancy projects use small cross-section forms,which have basic layout characteristics such as long lines and narrow working surfaces.Therefore,rail transportation is often used as the transportation method during the construction stage for such projects.When using rail transportation,the impact on transportation inside the tunnel is significant,the construction efficiency is slow and the safety risk is high,which is not conducive to the control of the construction period and safety.By reducing the elevation of the bottom plate of the tunnel entrance and extending the tunnel line,the longitudinal slope gradient of the branch tunnel is reduced to meet the demand for trackless transportation,thereby improving construction efficiency,shortening the construction period,and achieving the goal of reducing investment and safety risks.Taking a small and ultra long diversion tunnel in Xinjiang as an example,this paper studies the impact of optimized layout of construction adits on project duration,investment,and other aspects.Key words:construction adit;trackless transportation;optimize layout;construction efficiency收稿日期：2023-06-01作者简介：廖川林（1996-），男，新疆喀什人，助理工程师，主要从事工程技术管理工作。*208云南水力发电2023 年第 8 期的要求2，支洞纵坡控制在 14%以内3。同时，为避免个别支洞交点移动后，2 条支洞对应的主洞控制段长度发生变化，采取 2 条施工支洞与主洞的交点同时向主洞下游偏移的思路进行洞线布置。1.2 优化方案通过改变洞口位置（高程）、与主洞交叉点位置及延长洞长，从而降低 2 号支洞、3 号支洞设计坡度。优化后施工布置参数见表 1。1.2.1 2 号施工支洞表 1 优化后的施工支洞布置参数表工程部位优化前优化后坡度 i/%长度/m洞口高程/m主洞桩号坡度 i/%长度/m洞口高程/m主洞桩号2 号施工支洞20.22347.441 0424+662.7014432.41 0354+744.663 号施工支洞20.75326.2211 0347+322.4613.80385.251 023.67+369.68根据现场实际情况，将洞口的位置向下游地势较低处进行偏移，延长支洞洞线。选定洞口位置后，进行洞口范围内的基坑土方开挖，降低洞口的起点高程后进行洞口施工。基坑开挖后，洞口底板高程降低，洞线延长，坡度变缓。并在坡道适当位置设置缓坡段，坡面铺设水泥混凝土路面，保证行车安全。将2号施工支洞洞口位置向下游偏移86.2 m，位于高程 1 040 m 处，支洞与主洞的交点向下游偏移 81.96 m，偏移后，支洞与主洞交点桩号为4+662（按照施工图纸显示，此段为类围岩），优化后的洞线投影水平长度 432.4 m（包括主支洞交点的平段长度 8.46 m），比原设计（347.44 m）增加 84.96 m。在距洞口 10 m 的位置高程 1 040m处按 1 0.4 进行基坑土方开挖，开挖深度 5 m4，基底标高 1 035 m，开挖宽度 8 m 平台至支洞洞口位置。优化后支洞底板高程与终点底板高程高差56.67 m。将原设计支洞与终点交点处的平段长度缩短为 8.46 m（原设计为 26.57 m），并在平段与斜段设置 8.05 m 处开始设置转弯段，坡度 7.2%，转弯半径 12 m，中心弧长 8.04 m。整个洞线分成 3 个斜段+3 个平段，其中第1 个斜段斜长为 121.17 m，坡度为 14%，第 2 个斜段长度 140 m，坡度为 14%，第 3 个斜段长度140 m，坡度为 14%，第 1 个和第 2 个缓坡段长度为 10 m，坡度为 5%，主支洞交点的平直段长度为8.46 m。优化后的方案满足以下条件。1）坡度较原设计 20.22%降低 6.22%，优化后的支洞纵坡坡度最大为 14.0%。2）距离生活区较远，不易产生噪声污染。3）施工干扰小，乡村沥青道路不需迁改，10 kV 线路不需迁改。1.2.2 3 号施工支洞根据现场实际情况，将洞口的位置向下游地势较低处进行偏移，延长支洞洞线，以降低隧洞坡比，洞长由 326.221 m 增加至 385.25 m（增加 59.029 m），优化后支洞洞线与主洞的交点向下游偏移 47.22 m，洞口位置向下游方向偏移51.10 m，主支洞交点由原设计的 K7+327.62 变为K7+369.68。选定洞口位置后，进行洞口范围内的土方明挖，降低洞口的起点高程后进行洞口施工，明挖后洞口底板高程为 1 023.6 m。洞口设置 15 m的明挖斜坡段至洞口底板。明挖段起点高程位于1 025.66m，按 13.8%的坡度开挖至进口底板高程1 023.60m 处，终点高程 975.33m。3 号支洞优化后，支洞洞口底板高程与支洞终点高差为 48.27 m，洞线水平长度 369.68 m（包括明挖段及 3 个平段长度），比原设计增加 59.023 m。整个洞线分成 3 个斜段+3 个平段，其中斜段长度均为 150 m，坡度为 13.8%，3 个平段长度均为 10 m（其中与主洞交接处的平段为水平，另外2 个平段坡度按 5%设置）。优化后的方案满足以下条件。1）坡度较原设计 20.75%降低了 6.95%，支洞纵坡坡度为 13.8%。2）提高出渣效率，加快施工进度。1.3 安全保障措施1）优 化 后，斜 段（14%）最 长 不 超 过廖川林 超长引水隧洞施工支洞优化布置研究209150 m，斜段间设置坡度不大于 5%，长度 10 m 的平直段作为缓坡段，以保证车辆正常行驶，洞口位置设置门卡。2）选用的车辆设备，其爬坡能力、动力等性能满足支洞运输要求,经试验满足要求后，方可投入使用5；洞内车辆行驶速度不得超过 10 km/h，加强设备维修保养工作，确保车辆正常使用。3）考虑施工支洞作为长期运输通道，采用20 cm 厚 C20 混凝土硬化底板。同时，靠近风水管侧布置20 cm宽排水沟，保证混凝土路面干燥整洁，降低车辆损耗。4）支洞与主洞交汇处，支洞部分 10 15 m范围采用 I16 钢拱架配合锚杆等联合支护方式进行加强支护，主洞采用 I12 钢拱架加强支护6；同时埋设监测点，做好相关隧洞施工期安全监测。交互处设置防撞装置，转弯处设置道路反光镜，并设置相关安全警示标识。5）出渣道路两侧不得堆放施工器材及建筑材料。供水、供风、供电、通风、照明线路布设整齐，不得影响车辆正常通行，并满足安全要求7。6）考虑支洞较长、双工作面影响及进出洞车辆行驶安全，支洞内按照 100 m 间距布置1.1 m1.2 m1.8 m躲避洞，确保车辆与行人安全。7）洞内照明度满足人员进出、车辆行驶通道条件，同时布设通讯设备。2 试验试验路段选取工程所在一处村庄内一条混凝土路面，试验路段总长 170 m，综合坡度17.97%，大于优化后的支洞坡度（14%），且试验行驶坡长大于单段最大坡长 140 m，试验路段具有代表性。现场使用装载 3 m3砂的自卸汽车（爬坡能力大于18，重约4.5 t）进行试验，由下至上行驶（上坡）平均速度达 2.3 km/h，由上至下行驶（下坡）平均速度 4.1 km/h。试验过程中未出现状况。于 2019 年 12 月对 3 条施工支洞底板进行混凝土硬化，目前现场未出现设备在斜井支洞内爬坡性能较差现象。3 成效有轨运输每循环出渣用时为 330 min，优化后无轨运输每循环用时 220 min，出渣用时节省110 min。施工支洞的优化，在一定程度上降低机械车辆损耗情况及洞内运输过程中的安全风险，同时提高了施工效率。变更后 2 号、3 号施工支洞开挖支护工程量增加，对应施工成本增加约 105.1104元。根据变更方案，出渣方式由有轨运输变为无轨运输，出渣设备由绞车变为柴油矿车，经测算，石方出渣单价有所降低，预计降低 6 元/m3，2 号、3 号施工支洞及其控制段总石方开挖量约 13.58104m3，共计降低费用约 81.48104元；根据上述变更方案工期分析，变更后的开挖工期预计节约 3 个月，将会降低现场管理费用约 152.21104元。可产生效益=152.21+81.48-105.1=128.59104元。另外，洞口变更设计实施后，施工过程中的原材料、机具、中间产品及衬砌混凝土的运输效率大幅加快，此项优化设计将产生较大的工期保证价值和科研价值。4 结束语超长引水隧洞施工支洞的优化，将有轨运输变为无轨运输，降低了在洞内运输的安全风险及运输车辆的损耗，同时，在工序方面，降低了洞内石渣运输所用时间，提高了施工效率，在一定程度上降低了施工成本8。参考文献：1雷升祥.彭水隧道斜井优化设计与施工J.铁道标准设计，2013,（5）:40-42.2SL378-2007 水工建筑物地下开挖工程施工规范S.3吴沛,王小军.输水隧洞支洞出碴运输施工方案评价与分析J.青海科技，2005，12（2）:39-41.4SL297-2016 水工隧洞设计规范S.5 邵政权.隧洞斜井无轨出渣技术研究 J.陕西水利，2014，（3）：71-73.6 邵斌.小断面输水隧洞支洞有轨运输与主洞无轨运输施工衔接 J.黑龙江水利科技，2019，47（11）:163-164.7 刘永红.陡坡斜井施工方法初探 J.现代隧道技术，2004，41（2）:34-40.8 高鸿毅.隧道大坡度斜井有轨、无轨运输探讨 J.铁道建筑技术，2015,（1）:75-78.