高 峰，田 铮，建国威

(1.陕西华海水利工程有限公司，陕西 西安 710003；2.陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710000)

0 引言

水利工程建设在我国经济建设中发挥了重要作用，即保障了粮食安全，改善了生态环境，同时也促进了工农业发展，提高人民的生活质量。本文以四川眉山市龚家堰水库扩建工程中的马马山隧洞工程为例，浅析了小断面软围岩的较短引水隧洞的施工优选方案，针对施工中的种种复杂地质现象，提出施工的具体措施，对铣挖法在本类工程施工中所具有的先进性、优越性进行了实例探究。通过经济和效益分析，阐述了本工法在工程施工成本、进度、安全性及环境影响等方面控制中所发挥的重要作用。以期为帮助其他施工队伍解决同类施工中相关问题提供综合性工程参考。

1 工程概况

四川省眉山市龚家堰水库位于岷江下游左岸一级支流王店河上游河段，是东风渠灌区内眉山市彭山区已成的一座小(1)型囤蓄水库，大坝位于黄丰乡共和村，距彭山城区约7.0 km。工程于1958年4月动工兴建， 1959年12月竣工。坝址以上控制集水面积 7.3 km2，多年平均来水量 296×104m3，总库容323×104m3。水库设计控灌面积5.13万亩，受水源条件限制和灌区未配套建设，仅实现灌溉面积1.26万亩。近年来，随着城市的发展，水库又承担了城市供水任务。龚家堰水库扩建后是一座具有灌溉和彭山城区供水为主，兼顾乡村人畜供水等综合利用功能的中型水利工程。

龚家堰水库扩建工程渠道工程Ⅲ标为彭眉支渠，从右干渠末端分水后向南经倪家沟、 大丛林隧洞折向西南采用渡槽跨深井沟，渠道继续向南前行，经罗家沟渡槽、大冲头渡槽、 祖家沟渡槽，至马马山隧洞出口止(招标阶段线路修正后，渠末桩号PMZ4+237.43)。 渠道工程Ⅲ标的彭眉支渠渠首设计水位460.69 m，渠首设计流量0.75 m3/s，加大流量0.98 m3/s，控灌面积1.37万亩。总长度4.237 km，其中明渠5处，长度1.362 km，占32.13%；暗渠2处，总长度0.555 km，占13.09%；布置隧洞5座，长1.247 km，占29.42%；布置渡槽4 座，长0.756 km，占17.84%；倒虹管1座，水平长0.311 km，占7.34%。

水力要素：设计流量0.75 m3/s，加大流量0.98 m3/s， 设计水深0.52 m3/s， 加大水深0.63 m3/s。

围岩情况：进口段，长度50 m，地形坡度5°～15°，第四系堆积卵砾石土厚3.2～11.0 m，洞室埋深7.0～15.0 m。洞室在粉砂质泥岩的强风化下限附近通过，围岩为V类。洞身段，长度365.27 m，隧洞横穿山丘，垂直理深10.0～24.0 m，第四系堆积粘土夹卵石厚度8～15 m，洞室在粉砂质泥岩弱风化的中部通过，岩层产状N8°E/SE<4°，围岩为IV类。出口段，长125 m，地形坡度5°～15°，以第四系堆积粘土夹卵石和强风化粉砂质泥岩为主，围岩类别为Ⅳ、V类。

2 隧洞施工方案比较

本工程隧洞围岩以Ⅳ、Ⅴ类围岩为主，现以Ⅳ类围岩开挖方式为例说明我部的开挖方案及措施，对Ⅲ、Ⅴ类围岩的开挖参照Ⅳ类围岩开挖方式进行施工。

根据进度、围岩及场地其它条件，马马山隧洞可选择的开挖掘进有钻爆法、破碎锤开挖、铣挖法等施工方法。

2.1 钻爆法施工特点

优点：钻爆法施工适用范围广，可以开挖各种形状、尺寸、大小的地下洞室，比较灵活，可以很快地开始开挖施工。既可采用比较简单便宜的施工设备，也可采用先进、高效的施工设备。既可以适应坚硬完整的围岩，也可以适应较为软弱破碎的围岩。

缺点：由于采用炸药爆破，造成有害气体，对通风要求较高。一般开挖隧洞，单头推进长度不能超过2 km，否则不能及时散烟，就会影响工期。钻爆法由于采用爆炸，在人口密集地区不能采用，因为震动可能影响附近的建筑或居民生活。围岩较软时一次支护成型轮廓难以控制。

2.2 破碎锤开挖施工特点

单纯的采用破碎锤开挖，超欠挖控制不均衡，超挖现象比较严重，并且开挖效率低。

2.3 铣挖法开挖施工特点

优点：使用铣挖机开挖隧道，适用范围广，特别比较适用于在Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下的隧道开挖，减小了对围岩的扰动，避免由于爆破振动而造成的岩石强度降低，岩石结构松动，岩石结构局部破裂等不利情况；有利于保护岩体原有的自承能力，不易造成大面积变形及局部塌方；适应能力较强，可以挖掘任意形状和尺寸的断面；可选择的铣挖机快速换装系统，可在30秒种之内实现挖斗与铣挖机的更换，突破以钻孔爆破的循环施工方式，实现连续作业；利用铣挖机开挖隧道便于控制超欠挖，实现隧道轮廓的精确成型，特别隧道局部施工时。

缺点：适用范围相对较小，对于围岩强度较高的隧道，开挖效率低或无法开挖；开挖石方的成本相对较高；开挖时会产生一定的粉尘。

2.4 施工方案比选分析

铣挖机施工适用于在Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下的隧道开挖，减小了对围岩的扰动，减少对周围村庄的扰动；该方法工作效率高，便于控制超欠挖，实现隧道轮廓的精确成型，更具有简便、经济的优点。故选用AXW-100B铣挖机进行施工。

3 铣挖法施工方案及方法

3.1 铣挖机掘进

本工程隧洞断面较小，采用全断面施工开挖方法。按照从上往下、自中间向周边的顺序进行施工；如掌子面距周边距离很近，由于切削鼓不是垂直于岩面，施工中可能存在死角，需要人工用风镐凿除。拱脚处的开挖由专人指挥，不可超挖，预留 10～20 cm 厚随后用风镐凿除，保证钢架安装时拱脚落在实处。开挖完后，由测量人员对开挖尺寸进行量测，对于欠挖部分继续用铣挖机沿隧道轮廓线进行修边，且满足设计及规范要求。另外还应注意不要使切削鼓碰撞或铣挖已成型的初期支护和靠近掌子面开挖轮廓线附近的超前支护，避免使已作支护扰动、破坏(见图1)。

图1 铣挖机 图2 铣挖机工作出渣作业

3.2 支护方式

每循环开挖结束后，对局部稳定差的岩体及时进行临时锚杆支护，喷锚支护滞后开挖作业面不大于30 m。先初喷3 cm厚混凝土，按设计要求制作及施工锚杆(Φ22，L=2.0 m)，再挂拱部钢筋网(φ6，20×20 cm的方网)，最后再喷5 cm厚混凝土。墙部临时支护按先施作系统锚杆(Φ22，L=2.0 m)，再挂网，最后喷5 cm厚混凝土，必要时采用I10工字钢架进行支撑，钢拱架间距为1～1.5 m，φ20钢筋做连接筋，环向间距0.4～0.4 m。Ⅲ类围岩临时支护采用随机锚杆配合挂(φ6，20×20 cm)钢筋网，再进行素喷混凝土，厚度为10 cm。Ⅴ类围岩临时支护采用I10工字钢支撑，挂φ6，20×20 cm的钢筋网，系统锚杆(Φ22，L=2.0 m)，最后喷5 cm混凝土。

3.3 出渣

隧洞断面较小，铣挖机前置铲斗，通过皮带轮将土方运输至农用车，然后农用车在将土方运至洞外指定碴场(见图2)。

4 经济和社会效益分析

针对本工程项目特点，项目部采用了铣挖机进行引水隧道开挖，从施工效果来看，对围岩扰动较小，能很好的控制对周围居民的影响，减少安置费用。在施工中节约了成本，加快了工期，受到业主单位好评，产生了良好的社会效益和经济效益，下面以本项目中隧洞之一马马山隧洞的施工为例，从成本、进度、安全性及环境影响方面进行分析如下。

4.1 成本分析

(1)精确控制了开挖面，解决了超欠挖问题，降低了工程成本造价。马马山隧道采用铣挖机施工方法，隧道暗洞长540.27 m，由于采用了铣挖法，精确控制了开挖掌子面，有效解决了隧洞施工中的超挖问题，平均超挖可控制在5 cm内，比爆破开挖及破碎锤开挖法超挖可减少5 cm，可减少超挖量0.227 m3/m,总可减少超挖量122.64 m3，根据工程造价362.38元/m3，可节约4.44万元。

图3 不同开挖方法的超挖量对比图 图4 铣挖法施工成本节约情况

(2)减少了机械和材料使用数量，降低了成本。根据马马山工程施工基本情况，可提前15天完工，掘进机械及配套出渣设备租赁使用费为35 000元/月，则可节约机械费用1.75万元。经计算，每延米可节省混凝土约0.227 m3，共可节省122.64 m3，按照喷射砼费用计算可节省费用约8.1万元。机械和材料节约成本费用合计9.85万元。

(3)减少了施工作业人员，降低了人工费。本工程马马山隧洞施工，提前工期15天，每天施工人员6人，平均400元/日，则可节约人工费用3.6万元。

4.2 进度分析

钻爆法等其它施工方法工期约为57 d，铣挖法施工平均每天掘进13 m，工期为42 d，工期提前约15 d。为整个项目的按要求完工提供保障。

4.3 安全性及环境影响分析

对围岩扰动较小，保护了围岩的承载力，避免了结构破碎松动，强度减低。降低了围岩局部变形和塌方的风险程度，有效的控制了安全事故的发生。

铣挖法施工操作人员距离掌子面较远，出渣采用皮带轮装卸，保护了施工人员，提高了施工安全性。

铣挖法掘进中，洞室粉尘通过采用相关工程技术措施后，远小于钻爆法爆破所形成的烟尘和粉尘，减少了有害气体排放，改善了施工环境，降低了职业病发生的程度，保障了施工人员职业健康。

本工法施工，振动小，烟粉尘排出量较少，对周边居民及设施扰动有限，基本不会影响周边环境。

5 结语

本工程针对小断面短距离软围岩引水隧洞，采用铣挖机开挖方法进行施工，开挖轮廓平顺，有效地控制了常见的超挖问题，节约了工程成本、缩短了工期。同时减少了有害气体的排放，改善了施工环境，对周边居民区扰动小。为整个项目的顺利完成提供了保障。