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2019年第6期
（1.丽江市水利水电勘测设计研究院，云南 丽江 674100；2.宁蒗县水务局，云南 丽江 674300）电动钢丝刷
摘 要：随着盾构法的发展成熟，其已经成为我国城市地铁隧洞的主要施工方法，在输水隧洞工程中也得到了尝试性应用。为进一步推动盾构法在输水隧洞工程中的应用，本文首先分析了基于盾构法进行输水隧洞设计需注意的内容，其次结合相关案例分析了盾构法输水隧洞的施工要点。关键词：盾构法；输水隧洞；隧洞设计中图分类号：TV672 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）06-0188-02 作者简介：周荣（1969—），男，本科，高级工程师，研究方向：水工建筑物设计。
自20世纪90年代以来，盾构法在我国发展迅速，不仅成为我国城市地铁隧洞的主要施工方法，也在一些输水隧洞施工中得到了应用。如南水北调配套工程就采用了盾构法进行施工，但从整体上分析，国内输水工程中对该方法的应用并不十分普遍。本文以实际工程为例，分析盾构法输水隧洞的设计与施工问题。
1 工程概况芯棒
该输水隧洞工程长约9.2km ，设计供水流量为20.23m 3/s ，最大供水流量为25.30m 3/s ，具有十分重要的战略意义。经勘查后得知，工程施工区域内地层岩性自下而上分别为粉质黏土、圆砾层、粘质粉土、卵砾石层、中细砂、砂质粉土与素填土。工程施工路线穿过多个引水渠与小河流、房屋建筑与地铁等，施工难度相对较大，经过综合分析、评比，最终选择采用盾构法进行施工。手机应急充电器
2 输水隧洞设计
2.1 隧洞断面尺寸与形状设计
目前，圆形、半圆形、双圆搭接形以及矩形等是比较常见的几种隧洞断面形状。在这几种图形中，圆形断面施工难度相对较低，施工效果甚为理想，同时较为常见，国内也有多个圆形断面输水隧洞相继建成。在该输水隧洞工程中，也是采用圆形断面，其中地铁直径线开挖洞径（衬砌管片外径）为12.2
m ，其余管片外径为6.5m 。在输水隧洞工程中，合理控制圆形断面衬砌结构能有效提升结构的稳定性，让衬砌结构与围岩联合承受内水压力作用得到充分发挥。因此，在施工过程中，施工单位需采取相应措施保证衬砌结构的应力状态均匀，同时保证工作状态相对稳定，方能提升圆形衬砌结构的稳定性。
由于盾构机属于非定型产品，因此施工单位可根据输水隧洞实际施工规模合理确定相关尺寸。就该工程而言，施工单位需要考虑输水隧洞的实际供水需求，在此基础上合理确定供水流量以及盾构机直径大小。此外，根据输水隧洞施工文件中相关要求，在进行施工时需为城市将来发展与水源调度方案的变更留足弹性空间。2.2 隧洞平面线形设计
在设计输水隧洞平面线性时，需秉承经济性、便捷性与安全性原则，合理设计。该施工区地质条件相对复杂，为有效降低施工难度，考虑将盾构的平面线形设计为直线与大曲率半径的曲线，这样可以有效降低施工难
度与施工成本。但是该工程中的多个盾构隧洞位于市区内，工程施工受房屋建筑、交通用地规划等因素影响，施工过程相对复杂，因此在采用平面线形设计为直线与大曲率半径的曲线的基础上，部分地段还采用了小曲率半径。此外，受地表条件限制，该工程在平面设置上，要设置10个转弯处，且在实际施工中，推进反力可能会引起管片移动与变形，为防止出现管片移动或变形情况，需采取相应控制
措施进行控制，如加强壁后注浆、增加施工监测等，整体施工过程相对复杂且施工难度较大。为降低施工难度，确保人员与设备安全，考虑将该输水隧洞平面线形最小转弯半径控制在400m 左右。2.3 覆土深度设计
综合考虑输水隧洞施工质量、施工效率以及管理维护等因素后得出，输水隧洞埋深不宜过深，同时又依据盾构法施工原理，发现输水隧洞埋深太浅可能会引发冒顶、地层沉陷等事故。因此，在设计输水隧洞覆土深度时，要结合隧洞断面尺寸、地表建筑物、沉降控制要求施工区域内地质条件以及地下构筑物分布情况进行合理设计。分析该工程地质条件，可以发现输水隧洞所处地层稳定性相对较好，有利于进行地表沉降控制，因在设计过程中可将输水隧洞的覆土深度做适当减少。该工程虽经过民房、地下管线、河流等，施工条件相对复杂，但是风险因素不多，施工安全有所保证。鉴于此，考虑将该工程的覆土深度控制在1.5D 左右，部分地段（如下穿河流、沟渠地段）将覆土深度控制在1D 左右。此外，为避免在施工过程中发生相关安全问题，需采用地面预加固与洞内预加固技术，对地表构筑物沉降程度进行有效控制，防止因过度沉降导致隧洞结构坍塌。2.4 隧洞纵断设计
如果是地铁隧洞施工，在设计输水隧洞纵断部分时，首要考虑纵断坡度，纵断坡度要能满足工程施工要求。但在输水隧洞、有压隧洞施工中，对隧洞的纵向转弯以及纵坡没有严格要求，只需根据实际输水情况合理控制隧洞纵断。该输水隧洞为重力流输水，设计人员应确保隧洞纵断能满足不同输水流量时输水隧洞各段均在有压流状况下运行，且盾构法施工的隧洞边坡处应满足盾构施工要求进行竖曲线
连接。而在隧洞坡度方面，需确保坡度符合工程建设要求，使输水隧洞建成后能正常使用。同时，输水隧洞施工过程中会产生量较多的渗漏水与施工废水，为方便施工废水与渗漏水及时排出，建议将输水隧洞纵坡做合理设计，为施工提供便利。对于部分地段，施工时需采取相应安全防护措施。
Engineering Design | 工程设计 |
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出盾构区间。在同一盾构隧洞中，要合理控制盾构区间的长度与盾构井的数量。通常情况下，要想缩短盾构区间长度，就需增加相应的盾构井，而每增加一座盾构井，就意味着施工成本的增加与工期的延长。因此，从施工效率与经济效益等方面分析，盾构区间长度不宜过短，应在确保工程施工质量的
前提下适当增加盾构区间，这样可有效控制工期，减少工程投入，提升经济效益。但是盾构区间长度也并非越长越好，当盾构区间长度增加时，盾构机要完成的工程量就相应增加，在缺乏系统检修的情况下，盾构机很可能会出现运行故障，导致工期延长，工作质量无法保证。此外，盾构区间长度增加后，材料运输以及洞内出渣的距离也相应增加，这些工作量的增加会给工程施工进度造成一定影响。若从这些角度分析，盾构区间长度也会影响工程施工质量与施工效率。
在地铁隧洞施工过程中，重点是根据车站间距确定盾构区间长度，但在输水隧洞施工中，则需要综合考虑以下因素科学确定盾构区间长度：（1）经济性。盾构区间长度增加后，盾构机组装、运输、调试等摊销费用相应减少，盾构井投资费用降低，但隧洞内物料运输距离逐渐增加，且存在较多影响因素，再加之不同地段的施工特点不同，区间长度不尽相同，因此难有一个统一的测算标准。在该工程中，经过综合测算、分析后，初步确定盾构区间长度为3km 时最为经济合理。（2）施工工期。在划分输水隧洞区间时，要与工期要求相适应，施工单位需在施工前期就做好一切准备工作，避免造成工期延误。一般情况下，盾构输水隧洞施工需经历的施工过程为施工准备、盾构机组装、盾构井施工、盾构掘进、二衬施工、工程扫尾、工程竣工验收等。结合该工程施工环境、施工特点分析，采用盾构法施工且在不出现意外事故的情况下，当盾构区间长度为2km 左右时，合理工期为2年左右；当盾构区间长度为3km 左右时，合理工期为2.5～3年。值得注意的是，该合理施工工期不包含采购设备所花时间。（3）盾构井施工条件。盾构井布置条件也是输水隧洞施工过程中需重点考虑的一个因素。当
输水隧洞盾构区间大致确定后，需重点考虑隧洞施工条件，包括地面、地下管线、地埋构建物等内容，施工单位需根据实际施工条件以及工程施工需求，科学选择盾构井位置。布置盾构井时要考虑拆迁难度与施工粗糙的布片
3.2 衬砌工作面施工
输水隧洞需承受一定的内水压力，因此务必保证隧洞衬砌工作面施工质量。为避免出现质量问题，该施工环节除了要进行管片衬砌外，还需进行现浇钢筋混凝土二次衬砌。这一道工序，能提升输水隧洞抗压能力，使其能有效承受内水压力。根据工程设计方案与相关施工规范要求，输水隧洞沿线需设置排空井、排气阀井等永久性阀井。但是设置排空井、排气阀井等永久性阀井后，工期将会延长，工程投资也会增加，为有效降低工程施工成本、控制施工进度，在实际施工过程中要在盾构区间内增设竖井以增加衬砌工作面，且衬砌竖井要尽可能与二衬竖井以及永久阀井结合布置，这样可有效缩短工期，降低工程投资。
4 结束语
综上所述，盾构法是一种经济安全、科学先进的施工技术手段，具有快速、安全等特点，目前在城市地铁建设与输水隧洞工程中得到了广泛应用。应用盾构法进行输水隧洞施工时，需秉承经济性、便捷性与安全性原则，科学合理设计输水隧洞平面线、隧洞平面线形、隧洞断面尺寸与形状等内容，确保
设计成果能满足工程要求。在施工过程中，需根据具体施工条件与施工特点科学选择施工方法，合理控制施工进度，促进施工质量与经济效益的稳步提升。
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