供水工程巖溶及軟弱破碎地層敞開式TBM施工技術

游 勝

（北京振沖工程股份有限公司，北京 100102）

整體來看，隧道等地下工程地質存在多變性特點，而且變數極大，無法實現預先探明操作，經常出現侵入巖、蝕變巖等內容。在此過程中，工作人員需要預報TBM能夠連續穿越該類地層，這對于主體工程建設具備重要意義。雖然我國利用敞開式TBM已經成功建立了很多隧道，相關研究內容也較多，但由于地下工程的復雜多變特點，相關工作人員仍需對其進行深入性研究。

1 主要工程地質問題

1.1 工程地質巖性

在某工程建設過程中，涉及的地層巖性主要包括以下內容，即三疊系上統小蜜蜂頂子組凝灰巖、石灰系中下統磨盤山組灰巖等等。為了實現TBM適應性的進一步提升，相關工作人員需要做好TBM施工技術的全面創新，并為后續TBM對軟弱破碎地層適應性處理奠定基礎。除此之外，TBM穿越不良地質構造主要包括破碎帶、灰巖段巖溶溶洞區和富水碳質板等軟弱破碎地層，容易引發電氣故障、被卡等問題。為了將該類問題解決，相關工作人員可以借助于地質預報、掘進參數的合理選擇，對相關監測技術進行應用，最終將TBM對軟弱破碎地層適應性問題解決。

1.2 不良地質構造

TBM施工技術在應用過程中，經常會出現不良地質構造，尤其是在與洞身相交的斷面處，經常會出現阻水或者是導水斷裂情況，進而增加了與地表水的聯系性。

2 主要技術方案與措施

2.1 超前地質預報

超前地質預報工作的開展，可以決定TBM能否安全、順利通過軟巖地段。一般來說，超前地質預報可以降低盲目性出現，便于采用正確的開挖和支護措施，尤其是在軟巖或者是斷層破碎帶掘進過程中作用更為明顯。在實際四標段地質預報操作過程中，主要涉及的內容同有以下幾方面，即斷層、軟弱夾層、規模和性質等等，不同巖類間接觸界面位置不同，人們可以對工程地質災害可能出現的位置和規模等進行全面預測。站在預報方法角度來說，主要涉及的措施有物探+鉆探+地質素描相結合的手段。在物探操作過程中，主要涉及的手段有兩種：第一，搭載在TBM設備上的激化極化法；第二，TRT法。相比之下，激化極化法屬于是電法勘探過程中的一個重要分支結構，主要是以不同地質介質之間的激電效應差異為物質基礎，借助于研究對象的激電效應，實現對地質勘探工作的全面開展，該手段可以實現對掌子面前方30 m地質情況進行預測。TRT法基本原理是在遇到地震波之后，便會出現聲學阻抗差異，其中會有一部分信號被反射回來，另一部分直接進入到前方介質層面之中。在實際大型透平機應用上，壓縮機均是依靠軸承支撐其宣傳操作，強化組織安全程度，并為其提供有效環境保障，確保后續工作的全面開展。

2.2 TBM掘進和出渣控制

2.2.1 掘進參數的選擇

掘進參數的合理選擇，對后續工作開展至關重要，相關工作人員可以根據實際地質預報結構，對實際圍巖情況進行揭露，尤其是軟弱破碎地層容易產生坍塌，而且在具體溶洞發育過程中，容易產生掌子面存在相關問題，進而對刀具產生損壞，在實際掘進參數選擇上，應遵循低轉速、小推力原則，避免對周圍圍巖產生擾動問題，與此同時，還能將刀具損傷概率降到最低。借助于掘進參數的有效控制，可以降低對不良地質段圍巖的擾動操作，進而對塌方、掉塊等問題進行限制。

2.2.2 循環進尺的控制

在很多工程建設過程中，可以借助于敞開式TBM施工技術，實現對油缸行程的進一步了解，一般情況下，該推進行程為1.8 m，與正常單循環進尺相符。在具體不良地質段控制上，主要是對出露護盾圍巖盡早封閉，并強化支護操作，避免風化問題造成剝落或者是坍塌等問題出現，進而實現對臨空面發展的全面限制，將施工連續性和施工安全特點呈現出來。站在圍巖完整性角度來說，可以將圍巖進尺控制在0.9 m左右，換句話說，實際鋼拱架支護間距主要集中在0.9 m左右，在與TBM水平撐靴相結合過程中，需要將特殊設計情況呈現出來，而且該工況可以得到正常換步操作。如果溶蝕發育和洞頂脫空在4 m左右，具體循環進尺可以控制在0.45 m左右，將鋼拱架支護間距控制在0.45 m左右，強化噴射混凝土回填密實度。

2.2.3 刀盤清理

炭質板遇到水泥化特性之后，相關工作人員需要將刀盤噴水關閉，降低人為原因造成的泥化問題。除此之外，在糊刀盤和糊刀孔設計，工作人員可以對刀盤進行清理操作，并在立拱架和常規保養時間之中，強化對刀盤清理，確保兩個刮渣孔得到高效清理，實現泥渣外排操作。除了立拱架和保養時間之外，人們需要做好實際的停機刀盤處理操作，避免整個體系受到相關內容影響。

2.3 出露護盾圍巖的及時支護封閉

在實際護盾尾部設計上，應根據實際情況設置相應卡槽，將布設范圍集中在拱頂120°，并將鋼筋排一端提前插入到卡槽之內，另一端與鋼拱架背部焊接在一起。隨著TBM掘進操作的開展，鋼筋逐漸被拖出，形成相對閉塞的棚戶體系，此時，可以避免拱頂出現墜落等問題。站在實際鋼筋排支護角度來說，除了確保設備和支護人員安全之外，還要降低清渣工作量，并降低停機時間，消除刀盤護具被卡風險，為后續連續掘進工作的開展創造有利條件。另外，在實際應急濕噴系統設計過程中，由于TBM設備噴混凝土系統位于掌子面后方約55 m距離，無法對護盾周圍圍巖進行及時支護和封閉操作。在此過程中，相關工作人員需要增加濕噴機，避免對混凝土設備產生破壞。

2.4 溶洞處理

由于很多區域溶洞規模有限，多半填充型溶洞，該中溶洞的處理原則是對輪廓線進行有效挖掘，避免3 m之外的溶洞對隧洞穩定性產生影響。想要對3 m以內的輪廓線進行挖掘操作，需要實施以下處理措施：第一，如果溶洞位于拱頂，處理方法與大規模巖石塌落處理方法相適應，強化支護和回填操作。第二，位于撐靴受力位置的溶洞，需要進行回填加固處理。但為了提前發現輪廓線3 m以內的溶洞，等到圍巖出露護盾之后，需要及時應用錨桿鉆機開展有效的鉆探操作，及時發現噴灌混凝土回填密實情況，避免出現撐靴打滑等問題，為后續工作的開展創造有利條件。

3 結語

綜上所述，現階段的TBM施工超前地質預報手段以定性物探為主，在定量鉆探過程中，由于設備問題容易對實時效果產生嚴重影響。相關工作人員可以在刀盤和盾體位置預留孔洞，并安裝相應的水平鉆孔勘探操作，為后續鉆探驗證創造有利條件，并確保地質預報精準性的全面提升。