不良地質段TBM施工技術分析

【摘要】以某輸水工程引水隧洞TBM施工為例，分析了施工中存在的主要工程地質問題，提出通過超前地質預報加強對不良地質體的預報與預測，并分析了不同地質情況可采取的處理措施。

【關鍵詞】輸水隧洞；不良地質段；TBM施工

某水庫引水工程設計引水隧洞長度在km，其中有大約60.84km隧洞由法施工為主，輔以鉆爆法的施工方式。設計隧洞斷面為圓形，直徑為m。考慮施工空間及地質條件因素，工程確定設備型式為開敞式，并結合全環內通式襯砌模板臺車對隧洞進行同步襯砌。

1、工程地質

工程區域地質條件較為復雜，區域斷層分布較多，僅主洞線附近約有29條斷層，其中F3、F11、F13、F14、F41等大型壓扭性斷層對圍巖穩定性影響最為嚴重，使得隧洞圍巖破碎程度較大，Ⅳ、Ⅴ類圍巖所占比重較大，影響了隧洞正常開挖與后期圍巖穩定性。

1.1 工程地質問題

對隧洞施工標段地質條件進行調查，得到引水隧洞施工主要面臨的工程地質問題有以下兩個方面：其一，圍巖巖穩定性較差。施工標段圍巖主要為微風化—新鮮，巖性抗壓強度較高，穩定性良好。但隧洞圍巖賦存條件十分復雜，區域斷層分布較多，僅主洞線附近就有29條斷層；斷層類型以壓扭性斷層為主，對區域圍巖穩定性影響最為嚴重。同時在高地應力作用下，圍巖破壞與失穩類型多樣，并有發生巖爆的可能。其二，隧洞涌水。隧洞施工標段整體涌水量較小，僅部分異常地段涌水量會增加，預計最大單寬流量在m3/h。

2、超前地質預報

由于輸水工程線路較長，工程地質勘探中不免存在遺漏之處。為保證隧洞施工的順利進行，需要加強對不良地質體的超前探測與預報。工程超前地質勘探采用采用法，并結合鉆探、、等綜合勘探措施，對不良地質體進行判別。掘進工作面在臨近不良地質體前，往往有一些地質征兆，如掌子面圍巖破碎情況、渣料成分、塊度大小、掘進機工作參數等，通過綜合分析以了解地質體情況。結合工程施工情況，對施工中常見不良地質體前兆標志進行簡要分析。

2.1 斷層破碎帶

遇斷層破碎帶之前，隧洞掘進出圍巖節理裂隙發育程度將明顯增加，巖體破碎情況加劇，強度下降，巖體風化程度有顯著增強；挖掘出的渣石顏色異常，有黃、紅、褐等不同顏色。同時，對于嚴重的斷層破碎帶，TBM掘進過程中機械會發生震顫，掌子面會發生較大的響聲，嚴重時掘進刀盤會被擠壓卡死，無法進行切削施工。

2.2 突水、突泥

掘進面巖體節理裂隙組數明顯增多，滲水情況嚴重，滲水帶有一定水壓，滲出水流較為渾濁。

3、不良地質段TBM施工技術

3.1 過斷層破碎帶

隧洞掘進斷層破碎帶時，可能產生拱頂坍塌、埋沒刀盤、刀盤工作異常、涌水等問題，影響隧洞掘進與襯砌的順利進行。針對不同斷層影響情況，工程需采取相應的解決措施，可通過調整支護參數與支護方式。針對小斷層情況，工程設計在掘進過程中，撐靴以上巖面采用錨桿+Φ8@15cm×15cm鋼筋網進行貼面支護，錨桿間排距控制在800mm-1000mm；如巖石破碎程度較大，則適當調整鋼筋網規格，采用Φ8@10cm×10cm規格鋼筋網。同時，如斷層破碎段圍巖變形較為嚴重，可選擇性采用鋼拱架進行加強支護，拱架與系統錨桿支架焊接牢固；為增加拱架支護的穩定性，各拱架之間用Φ22縱向連接筋進行連接。特殊情況下，亦可采用人工噴射混凝土方式進行封閉支護。

隧洞變形過大也是施工中常見問題，對于此可采用“兩封一灌”方式，兩封即底板鋼拱架與隧洞表面澆筑的混凝土，在圍巖外部形成一封閉的支撐骨架，提供徑向應力，增加圍巖結構的承載能力；一灌即對圍巖進行固結灌漿，改善圍巖承載結構，通過內外支護結構共同確保圍巖的穩定性。

3.2 地下水處理措施

TBM掘進過程中應加強對突發用水情況的預測與預防，地下水處理方式為應采取“以排為主，排堵結合”。

滲漏水處理。施工中應加強對洞內用水征兆的分析，針對不同的滲漏情況，采取相應的處理措施。對于輕微的涌水情況，如出現不連續滴水點、巖面濕潤或沿裂隙緩慢滲出，可直接采用噴射混凝土進行封堵；如巖面濕潤程度較嚴重，還需要鼓風進行吹干。噴射混凝土制備過程中可加入一定速凝劑，以使得混凝土快速凝結。對于隧洞內出現線流或股流的情況，可首先在在出水點挖掘排水孔，并設置塑料排水管，將涌水引至隧洞排水溝；同時采用混凝土對隧洞表面進行封堵，在排水孔周圍噴射混凝土時，應以排水孔為中心逐漸向周圍進行噴射施工。視涌水情況，適當增加排水孔數量。

地下涌水處理。當掘進面接近富水帶時，應首先采用超前地質鉆孔進行勘探，掌握前方施工段水文地質情況。根據鉆孔涌水情況，分析水壓、水量等內容，并采取適宜的涌水處理方法。如探放過程中鉆孔水量與水壓仍未明顯降低，則需要進行超前預注漿方式。在超前預注漿之前， 隧洞掘進應留設厚度不小于m的不透水層，作為注漿施工的止漿盤，同時還需要對止漿盤四周裂隙進行封堵防滲。如工作面已經掘進到富水帶，掌子面涌水量較大，并伴隨有隧洞塌腔的情況，應立即停止工作面施工；處理方式采用雙液灌漿，通過下行式注漿方式逐步推過富水帶。

4、結語

考慮工程施工的需要，工程選用開敞式TBM，其與雙護盾TBM相比在不良地質段施工難度會增加。工程實踐證明，通過加強超前地質勘探，并在不良地質地段采取針對性的處理措施，能夠有效保障施工安全，將不良地質段對TBM施工造成的影響降到最低。

參考文獻：

[1]蘇華友，張繼春，史麗華. TBM通過不良地質地段的施工技術[J]. 巖石力學與工程學報，2005，09：1635-1638.

[2]孫洪凱，祁海燕，潘旭，等. TBM在隧洞不良地質條件下的施工技術[J]. 水利規劃與設計，2015，06：78-79+82.

作者簡介：郝雷，男，（1987.05—），山東沂水人，畢業于山東水利職業學院，大專，助理工程師，主要從事水利工程施工.