TBM穿越河谷施工技術研究

劉國柏

(遼寧潤中供水有限責任公司, 遼寧 沈陽　110015)

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TBM穿越河谷施工技術研究

劉國柏

(遼寧潤中供水有限責任公司, 遼寧 沈陽110015)

隨著TBM施工技術在超長水工隧道中的大量運用，穿越有水河谷就成為不可避免的工程問題。本文以應急入連工程輸水隧洞橫穿天馬河TBM施工為例，對施工過程中的技術問題和防水措施進行了研究，結論對類似工程具有借鑒價值。

TBM施工； 天馬河； 防水措施

1　工程概況

1.1工程簡介

大連市位于遼寧省南部，三面臨海，是遼寧嚴重資源型缺水城市之一。大伙房水庫輸水應急入連工程是為了進一步緩解大連市用水緊張而實施的重要水利工程，該工程設計調水量為每年3億m3，能夠極大緩解大連市水資源不足的現狀。工程以碧流河水庫為界分為碧流河北段工程和碧流河南段工程，線路總長201.32km。其中碧流河北段工程長165.07km，包括150.96km的輸水管線和14.11km的輸水隧洞。根據管線的總體布置，隧洞位于蓋州市境內，入口位于許屯鎮任屯村，出口位于梁屯鎮殺虎嶺村北碧流河北岸[1]。輸水隧洞采用TBM盾構施工工法，其中穿越天馬河施工地段水文地質情況異常復雜，給施工帶來了一定困難。

1.2項目區水文地質特征

輸水隧洞穿越天馬河河谷地段的地層主要是泥質砂巖和砂巖，風化程度中等。據前期地質采樣分析，巖層的最大強度為30.27MPa，最小強度為5.25MPa，地層軟硬不均、強度變化較大、破碎程度高，隧道的最大埋深為70.89m，最小埋深僅為12.13m。

施工段的地表水主要是天馬河的地表徑流，該河道常年有水，谷深流急，且汛期多短時洪水，水文特征比較復雜。施工段的地下水主要是松散巖孔隙水和基巖裂隙水。其中基巖裂隙水埋深為0.00～11.23m，并偶見自流孔。復雜的水文地質環境，給施工過程中的防水、防滲技術提出了更高的要求。

2　TBM穿越天馬河河谷的施工措施

2.1前期準備工作

負責具體施工的項目部全體成員進行了充分的思想動員，為TBM穿越天馬河河谷施工做好了思想、技術、物資等方面的充分準備，以確保TBM機能夠順利通過河谷段，使成型隧洞滿足項目設計標準。具體準備工作如下：

a.組織相關技術人員熟悉穿越段天馬河河谷的水文地質資料，走訪附近松樹底村村民，力爭對河谷地段有一個詳盡、客觀的了解，以便將施工參數調整到理想狀態。

b.在橫穿施工開始前，對TBM機等相關設備進行一次全面檢修，特別是要做好刀具檢查，確保施工機械處于最佳狀態[2]。

c.加強TBM機的姿態控制，避免橫穿河谷施工中在姿態上出現較大偏差，杜絕在橫穿河谷地段大幅糾偏。

d.對前一階段的施工經驗進行總結，針對河谷地段的具體情況進行施工參數優化，使TBM機能夠以最佳參數通過河谷地段。

2.2施工過程中的具體技術措施

選取施工過程中的前10環作為試驗段，以試驗獲取的經驗數據優化施工參數、完善施工工藝，保證TBM機能夠有序、平衡、平穩通過天馬河河谷地段。

a.施工過程要做到組織有序。主要包括施工設備的保養有序、施工流程的安排與銜接有序以及施工過程的信息管理有序[3]。

b.保持TBM機的平衡。首先，要嚴格控制出渣量，每環不得超過50m3，避免因為超挖造成地表擾動，將透水事故降低到最小限度；其次，將刀盤轉速控制到0.9～1.1r/min，刀盤扭矩不超過2.8～3.7kN·m，推進速度控制在2.5cm/min以內；最后，盡量控制好TBM機的姿態，對出現的姿態偏差進行實時糾正，使TBM機的軸線控制偏差保持在15mm以內，嚴禁穿越河谷地段施工中進行超量糾偏，避免TBM機的蛇形運動。

c.保持TBM機的平穩[4]。首先是姿態平穩、避免蛇形，每環姿態變化量不超過4mm；其次是管片平穩，不僅要做好盾尾間隙測量，還要防止尾刷與管片碰撞導致的管片變形與密封性能下降；最后要保持推進速度的平穩，必要時可通過注入塑料的方法改善渣土性能，防止涌水流砂和噴涌現象的發生。

2.3TBM機通過后的補強措施

a.二次注漿措施。TBM機同步注漿固然重要，但也存在漿液收縮產生縫隙的問題。因此，二次注漿不僅可以彌補襯砌的上述缺陷，還可以提高襯砌的止水能力。

b.為避免管片變形對地層產生擾動，施工中要求對管片的螺栓進行三次復緊。也就是管片拼裝時進行首次擰緊；在推出盾尾后進行復緊；在后續盾構掘進至拼裝環片時，對已經成環的管片螺栓進行三次復緊，并予以全面檢查。

2.4加強施工監測

TBM淺層穿越有水河谷具有一定的危險，因此要在施工的全過程進行周邊地質環境監測[5]。對可能危及施工安全和影響周邊環境安全的隱患進行準確預測，以便及時采取應對措施。在監測過程中，控制基準和預警閾值的確定不僅要滿足工程設計要求，還要滿足監測對象的安全要求，不能超出設計值。

3　施工過程中的防水防滲漏技術措施

由于項目段地下水位較淺，水文地質情況十分復雜，因此在施工過程中要采取有效技術措施，防止施工隧道的滲漏水情況。根據以往施工經驗，TBM施工過程中的滲漏水問題主要表現在三個方面：一是環縫滲漏，二是縱縫滲漏，三是管片螺栓和吊裝孔滲漏。因此，在施工過程中針對上述情況，采取了如下防滲漏技術措施。

3.1管片自防水

管片的防水質量對隧道防水效果有決定性作用[6]，因此該施工段采用C50高強度混凝土制作防水混凝土管片，其抗滲等級設計為P12。要嚴把管片生產質量關，在生產過程中不僅要滿足塌落度和最小水泥用量要求，還應該做好養護工作，養護強度不得低于設計要求。在管片外弧側面設計三元乙丙橡膠密封墊止水結構，以形成閉合的防水圈。

密封墊防水的原理是在防水混凝土管片預留的防水凹槽內貼密封止水墊，在施工中壓縮密實而實現防水功能，在變形縫處要在密封表面設計遇水膨脹橡膠。三元乙丙橡膠密封墊的質量是影響管片密封效果的直接因素，在使用前必須進行質量檢測，具體檢測指標如表1所列。表中數據均是以密封墊的成品進行切片測試的結果，如果以橡膠樣品測試，檢測指標應在表格數據的基礎上提高20%。

表1　三元乙丙橡膠密封墊檢測指標

在密封墊粘貼前要先將混凝土管片的預留凹槽清理干凈并保持干燥，粘貼時要在凹槽內側涂刷阻燃粘貼劑，該次施工中選用的是氯丁-酚醛粘貼劑。涂刷過程分兩次進行，在第一遍涂刷表面初干時再涂刷第二遍，然后等待15min左右，待粘合劑中的溶劑基本揮發之后將兩個粘合面合在一起并壓實。

3.2螺栓孔與注漿孔防水

在該施工地段的施工中采用遇水膨脹橡膠圈進行螺栓孔和注漿孔防水，橡膠圈的規格為外徑35mm，內徑20mm，其性能指標如表2所列。表中數據均指以密封墊的成品進行切片測試的結果，如果以橡膠樣品測試，檢測指標應在表格數據的基礎上提高20%。

表2　橡膠止水圈的性能指標

3.3TBM機進出隧洞防水

施工中隧洞與端頭井的接頭處是防水的重點和難點區域，這里拐角較多，結構復雜，十分容易發生滲漏水現象。此外，TBM機在進出隧洞時由于壓力驟降，混凝土管片容易產生接縫處漏水現象。因此在TBM機進出隧洞時應采用以下防水措施：

a. TBM機進洞前，隧洞口要通過基坑維護樁以及混凝土臨時封堵的方法進行防水。

b.在開放隧洞口后，TBM機應該在最短的時間內推低工作面，同時以簾布橡膠板及時封閉隧洞口，如下圖所示。TBM機到達時，要迅速推出洞門并迅速用水硬性漿液封閉洞口。

c.施工過程中如果產生洞門滲漏，要先進行導流再澆灌混凝土，在其有足夠強度的情況下進行化學固結灌漿。

簾布橡膠板設置示意圖

3.4其他防水措施

a.封頂塊插入時如果摩擦力較大，可以考慮涂抹潤滑劑，以防止橡膠密封墊被擠出或損壞，影響防水效果。

b.在遇水膨脹橡膠的表面涂刷緩膨脹劑。

c. TBM機進洞時，前方的阻力明顯減小，極易造成管片之間由于缺少足夠的壓力而密實度不夠，此時不僅要緊固螺栓，必要時可以采取縱向拉緊措施。

4　結　論

本文以大伙房水庫應急入連工程穿越天馬河河段的TBM施工為例，對TBM橫穿河谷施工技術進行了研究與總結，得到如下結論：

a.項目區水文地質條件異常復雜，給TBM施工帶來了不小的技術挑戰。

b.研究得出TBM橫穿河谷施工過程中的一些具體舉措：施工前要做好周密準備，特別是做好TBM機的檢修與姿態控制；施工中要保證TBM機有序、平衡、平穩掘進；TBM機通過后要及時進行二次注漿和三次緊固措施。

c.針對施工中極易發生的滲漏水問題，提出具體、有效的防水措施。

[1]李瑞,姜政同,丁子棟.大伙房水庫輸水應急入連工程建設綜述[J].水利建設與管理,2012(S1):1-2.

[2]吳世勇,周濟芳.錦屏二級水電站長引水隧洞高地應力下開敞式硬巖隧道掘進機安全快速掘進技術研究[J].巖石力學與工程學報,2012(8):1657-1665.

[3]杜士斌.開敞式TBM在大伙房輸水隧洞工程中的應用[J].水利水電技術,2010(1):48-53.

[4]黃小軍,王建有,楊曉迎.大伙房水庫輸水工程TBM1施工段輸水洞安全監測分析[J].水利水電技術,2010(6):72-75.

[5]劉寧,張春生,褚衛江,等.深埋破碎巖體TBM掘進風險評估與應對[J].巖石力學與工程學報,2015(S1):3348-3355.

[6]劉東海,黃培志,馮守中.地質條件不確定性下TBM管片結構失事概率計算[J].巖土力學,2010(4)：1181，1186,1192.

Research on TBM crossing valley construction technology

LIU Guobai

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110015,China)

Crossing water valley becomes an inevitable engineering problem with the massive application of TBM construction technology in super-long hydraulic tunnel. In the paper, Emergency Dalian Diversion Project water conveyance tunnel crossing through Tianma River TBM construction is adopted an example. Technology problem and water-proof measures in the construction process are studied. The construction has reference value on similar projects.

TBM construction; Tianma River; waterproof measures

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.005

TV554

A

1005-4774(2016)10- 0016- 03