引汉济渭秦岭特长输水隧洞：首次从底部横穿秦岭的世界级工程

引汉济渭秦岭特长输水隧洞：首次从底部横穿秦岭的世界级工程

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引汉济渭工程是国家“十二五”期间的重点水利工程，其中秦岭特长输水隧洞全长81.779公里，最大埋深2012米，是人类首次从底部横穿世界十大山脉之一的秦岭。工程于2011年12月全面开工建设，计划于2019年底建成通水。

工程概况

1.1 工程总体布局

引汉济渭工程总体布置如图1所示，其由黄金峡水利枢纽、秦岭特长输水隧洞和三河口水利枢纽3部分组成。秦岭特长隧洞越岭段（简称秦岭隧洞）全长81.779公里，最大埋深2012米，隧洞平均纵坡为1/2500，设计流量为70立方米/秒，年平均调水量为15.0亿立方米，隧洞建筑物级别为1级。

秦岭隧洞是人类首次尝试从底部横穿世界十大山脉之一的秦岭，深埋、超长属世界第一，单台TBM连续掘进超过20公里，世界罕见。

1.2 工程地质及水文地质

秦岭隧洞地质纵断面如图2所示。秦岭隧洞主要穿越变质岩和岩浆岩地层，以石英岩、大理岩、片麻岩和花岗岩等为主，同时穿越3条区域性大断层、4条次1级断层和33条地区性一般断层。

地下水以潜水为主，地表沟谷发育，地下水补给来源主要为大气降水及地表水，地下水不具有侵蚀性，预测正常涌水量为87340立方米/天，最大涌水量为196160立方米/天。秦岭隧洞均位于基岩中，其中，Ⅰ—Ⅲ类围岩总长60515米（约占隧洞总长的74%），Ⅳ、Ⅴ类围岩总长21264米（约占隧洞总长的26%），以Ⅲ类围岩为主，围岩总体稳定性较好。

存在的工程地质和水文地质问题主要是：1）深层地质条件差异较大；2）大理岩及构造破碎带可能存在较大的涌水及深层富水异常；3）深埋段可能产生岩爆、软岩变形、围岩失稳、高岩温和高水头等。

1.3 工程布局

合理的工程布局和施工方法是保证工程顺利实施的先决条件。根据秦岭地区的地质情况，结合现场的地形地貌，经过对包括钻爆法及TBM法在内的多种施工方法和不同形式、不同数量的施工支洞进行多组合、同精度比选，最终选定经济合理、技术可行的“2台TBM+钻爆法”施工方案，即秦岭岭脊段采用2台TBM施工，其余地段采用钻爆法施工。秦岭隧洞工区布置如图3所示。全隧洞布设10座施工支洞，出口、所有支洞及其相连的主洞钻爆段均采用钻爆法施工。

工程难点及对策

2.1 工程难点

秦岭隧洞全长81.779公里，为引汉济渭调水项目的关键工程，具有选线困难、地质复杂、埋深大和单台TBM连续掘进距离长等特点。主要施工难题有：1）长距离施工通风、连续皮带机运输及反坡排水；2）高地应力软岩变形、岩爆及高岩温。

2.2 工程对策

2.2.1 复杂山区特长隧洞的综合选线对策

秦岭隧洞越岭方案选线采用卫星定位技术进行了无通视测量，并利用地质调绘、钻探、物理勘探、遥感、现场取样试验与测试等立体化综合勘探技术，开展了“点、线、面结合，深、浅结合，多层次、多参数的立体化综合勘探”。

通过在650平方公里范围内进行综合勘察，查明了该地区各越岭垭口的地质条件。在可选择的5个垭口中研究各种有价值的隧洞方案（长度累计约800公里），形成了4大类越岭隧洞方案，最终选定了地质条件最好、洞线较短及对自然环境影响最少的岭南蒲河垭口及岭北黑河垭口作为主隧洞的越岭通道。

2.2.2 单台TBM施工距离长的对策

TBM单机连续掘进长度是方案选择的重要指标。掘进机施工的最大长度主要取决于掘进机主轴承的使用寿命。主轴承是掘进机最关键的部位，制造周期长（半年左右），更换时间长（6周以上）。目前主轴承的使用寿命一般为15000～20000小时，保守计算可以使用10000～12000小时，掘进机一般在不更换大轴承的情况下可以完成20～25公里的掘进任务。

本工程岭脊段2台TBM施工长度分别为20.22公里和18.87公里，技术上虽然可行，但由于2台TBM的掘进长度在国内外工程中均位于前列，无相关经验可供参考，且涉及的主要地层坚硬完整，属于硬质岩类，因此存在一定的施工风险。故在施工中需加强TBM施工状态监测与故障诊断，合理制定日常保养计划，切实做好TBM第2阶段施工前的维修保养，保障TBM配件供应，确保工程的顺利实施。

2.2.3 施工通风对策

地下作业的氧气需求及洞内有害气体的稀释均来源于供风系统，施工通风技术水平制约着辅助坑道的布置，是工程规模的控制因素之一。

该工程岭脊段2台TBM独头通风最长距离达16.2公里。为保证通风效果，通过对洞内环境标准、13个通风方案及各种材质进行对比分析，最终确定不采用隔板风道而采用软质风管的通风方案，并根据不同工区的供风长度，选用巷道结合独头压入式、纵向接力压入式、独头压入式通风；加强长距离送风技术应用，根据不同性能参数、单价和通风距离的综合分析，提出了不同风管的适用条件及风机配置参数；加强施工通风的现场管理。

目前引汉济渭工程已实现钻爆法独头通风6493米，TBM通风12.35公里。通过采用先进的通风设备并加强通风管理，TBM段最大通风长度将达16.2公里。

2.2.4 高地应力及岩爆对策

根据地应力测试成果，最大水平主应力为29.85 MPa，隧洞施工中将会产生岩爆。为防止岩爆造成不必要的损失，采取了一些应对措施：

1. 对施工设备加强防护，对施工人员加强安全教育；
2. 施工前采用微震监测系统对掌子面前方的岩爆情况进行超前预报，提前探明前方岩爆可能发生的强度、位置及频率；
3. 根据预测的岩爆强度，采取岩面喷水、深孔注水、布置超前应力释放孔和及时进行锚喷网及钢拱架支护等方法减少围岩暴露时间和潜在的安全隐患。

2.2.5 断层破碎带及软岩变形地段施工对策

1. 在TSP、HSP、地质雷达及红外探水等常规超前地质预报方法的基础上，针对中等—强富水段采用激发极化、瞬变电磁和三维地震等国际领先的超前地质预报方法进行综合分析，进一步判明前方的地质及富水情况，制定相应的处治措施。
2. 采用超前钻孔进行预注浆，用来加固地层、防止涌水，必要时采取双液浆进行止水或接力泵站排水。
3. 加强监控量测。当监控量测显示开挖后的隧洞变形速度或变形值按监控量测评价系统评价需采取处理措施时，可采取超前预注浆加固地层并加强初期支护等措施。

工程技术创新

3.1 测量设计分析评估和施测精度控制技术

隧洞出口及各支洞出口处大多地势险峻、地形复杂，洞外测量控制点的选择、埋设十分困难。隧洞最长贯通距离为27.259公里，结合工程实际情况，通过对秦岭超长隧洞洞内外控制测量和联系测量方法进行分析研究，形成了科学合理的洞内外测量控制方法和技术成果。

3.2 施工通风技术

通过室内、现场不同风管通风参数和洞内环境的实测及分析，提出了不同漏风率计算公式的适用条件，得到了长距离斜井施工期详实的洞内环境参数，提出了不同风管重要设计参数的推荐值。

3.3 外水压力预测技术

秦岭隧洞越岭段最大埋深达2012米，水头达1460米，外水压力的取值将直接影响隧洞的结构形式及投资。通过对外水压力的预测及应对对策研究，制定了不同隧洞段外水压力的处治措施，确保了主体结构的安全性，保证了施工的经济合理性。

3.4 TBM相关技术

通过隧洞沿线岩体条件的研究、岩体条件不同段TBM的掘进速度预测与施工参数分析、TBM滚刀磨损预测与反分析、掘进参数与围岩的适应性研究，得到了各种岩体条件下掘进机的掘进速度、刀具磨损率、利用率和支护强度等参数，形成了深层长距离TBM施工成套技术。

工程工期及施工情况

4.1 工程工期

工程于2011年12月全面开工建设，计划于2019年底建成通水。

4.2 施工情况

1. 截至2017年底，所有钻爆工区和10座施工支洞均已开挖完成，累计施工长度94.121公里。其中，主洞开挖67.57公里，占主洞总长度的86.88%；支洞开挖26.551公里。
2. 支洞开挖支护最快月进尺为230米，主洞独头开挖支护最快月进尺为240米，支洞辅助正洞2个掌子面开挖支护最快月进尺为380米。
3. 截至2017年底，TBM开挖支护最快月进尺为868米，最快日进尺为50.5米。
4. 创造了5820米的施工支洞纪录。
5. 创造了支洞钻爆法无轨运输施工独头通风6493米的纪录，TBM施工通风最长距离为12.35公里。

工程获得荣誉

获得2012年全国优秀工程咨询成果二等奖

工程参建单位

建设单位：

陕西省引汉济渭工程建设有限公司

设计单位：

中铁第一勘察设计院集团有限公司

主要施工单位：

中铁隧道局集团有限公司与中国水电建设集团十五工程局有限公司联合体
中铁十八局集团有限公司
中铁十七局集团有限公司
中铁五局集团有限公司