TBM 刀盤倉內超前水平鉆探取芯技術

王應龍

（廣東水電二局股份有限公司， 廣州 511340）

0 前言

全斷面硬巖掘進機（Full Face Rock Tunnel Boring Machine 簡稱TBM）是集機械、電子、液壓、激光、控制等技術于一體的高度機械化和自動化的大型隧道開挖襯砌成套設備，由電動機（或電動機——液壓馬達）驅動刀盤旋轉、液壓缸推進，使刀盤在一定推力作用下，貼緊巖石壁面，通過安裝在刀盤上的刀具破碎巖石，使隧道斷面一次成型的大型工程機械。

1 工程概況

廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區是廣西的重點工程。一期工程北干渠Ⅰ標段全長29.44km，其中采用全斷面隧洞硬巖掘進機（TBM）施工長度為16km，圓形斷面，洞徑Φ5.94m，設計縱坡1/4000。

2 TBM 刀盤倉內超前水平鉆探取芯

2.1 TBM 掘進概況

TBM 設備在停機狀態下，施工人員進入刀倉內，將刀盤中心刀拆除，獲取鉆探取芯位置，將取芯設備拆除分解，通過進人孔將拆解的設備部件逐件搬運至刀倉內再進行組裝，再進行鉆孔取芯。

2018 年7 月15 日開始在刀盤內進行水平鉆孔取芯工作，使用鋼筋混凝土鉆孔機（型號SG-300F），直徑59mm 取芯鉆頭獲取探孔巖芯。探測鉆孔范圍為TBM掌子面掘進前隧洞內的地質情況。探孔應采取全長取芯鉆進方式，以便于探孔成果分析與地質構造的定性。

2.2 TBM 刀盤倉內水平取芯流程

①TBM 刀盤后退10cm；②拆除中心滾刀；③安裝取芯機基座；④調整取芯機基座位置以及是否垂直掌子面；⑤安裝鋼筋混凝土鉆孔機取芯設備；⑥檢查取芯設備是否通電通水；⑦開始取芯工作；⑧每次取芯深度不超過30 厘米延長鉆桿每30 厘米一個循環直至取芯最遠17 米；⑨鉆桿延伸可以利用主梁空間進行整體拆除增加進行，提高鉆孔取芯延伸鉆桿的時間；⑩取芯完成后拆除取芯設備，恢復刀盤方可進行掘進工作。

3 TBM 刀盤倉內水平鉆孔取芯地質結果

本次取芯施工共計7 次，具體進尺詳見表1.

表1 鉆孔取芯統計表

3.1 樁號B17+814 超前鉆探取芯結果：①0～1.51m 為土夾石，②1.51～3.75m 為土夾石，③3.75～5.22m 為土層，探孔取芯長度5.22m，均無滲水情況出現。

3.2 樁號B17+796 超前鉆探取芯結果：①0～3.5m 為土層，②3.5～6.55m 為土夾石，③6.55～7.57m 為土層，④7.57～9.14m 為土夾石，⑤9.14～10.63 為破碎巖石，探孔取芯長度10.63m，均無滲水情況出現。

3.3 樁號B17+792 超前鉆探取芯結果：①0～2.21m 為土層，②2.21～4.5m 為土夾石，③4.5～8.67m 為沙土，④8.67～10.63 為破碎巖石，⑤，⑥，⑦10.63～14.41m為土夾石。探孔取芯長度14.41m，均無滲水情況出現。

3.4 樁號B17+781 超前鉆探取芯結果：①0～2.59m 為土層，②2.59～5.55m 為土夾石，③5.55～5.92m 為土層，④5.92～6.29m 為砂土，⑤6.29～8.14m 為土夾石，⑥8.14～10.63 為破碎巖石，⑦10.63～12.85m 為土夾石，⑧12.85～15.28m 為土夾石，⑨15.28～17.1m 為巖石。探孔取芯長度17.29m，有滲水情況出現。

3.5 樁號：B17+766 超前鉆探取芯結果：①0～3.7m 為巖層，②3.7～7.55m 為土夾石，③7.55～9.92m 為砂土層，④9.92～11.43m 為土層，⑤11.43～14.95m 為土夾石。探孔取芯長度14.95m，有滲水情況出現。

3.6 樁號：B17+756 超前鉆探取芯結果：①0～5.7m 為土夾石，②5.7～8.14m 為土夾石，③8.14～12.63 為土夾石，④12.63～16.96m 為破碎巖石。探孔取芯長度16.96m，均無滲水情況出現。

3.7 樁號：B17+738 超前鉆探取芯結果：①0～3.3m 為破碎巖石，②3.3～17.1m為巖石。探孔取芯長度17.1m，均無滲水情況出現。

4 TBM 刀盤倉內水平鉆孔取芯后圍巖揭露情況

4.1 自樁號B17+802.3 往上游，圍巖整體為全、強風化泥土層，拱頂泥夾石脫落嚴重；水流方向右側側墻掉塊嚴重，深度約20～60cm 不等，長度約7m 以上，延伸至盾體內，圍巖多以松散泥夾石形式存在，掉塊后形成較大空腔；頂拱120°范圍有少量滲水現象，圍巖整體性極差

4.2 樁號B17+782.2 往上游段，該段隧洞圍巖屬V 類，拱頂為V 類圍巖，以松散土為主，伴有大小不一的孤石，穩定性極差。目前已影響到鋼拱架更換的正常施工，為確保鋼拱架更換支護的安全，需對該段作加強支護處理。

4.3 樁號B17+781.077，圍巖整體為全風化泥土層及強風化泥夾石層，整體穩定性極差，除拱頂10～12 點鐘方位以泥夾石形式存在，其余部位均多為土褐色松散泥體，且脫落嚴重并形成較大空腔，少許滲水。

4.4 樁號B17+770.6～B17+763.4 段，該段隧洞圍巖屬V 類，以松散土為主，受土層較厚影響，隧洞頂拱土石層掉落量過大，側墻土質較軟、松動，且掘進方向右側12 點～15 點鐘區域有明顯的滲水，圍巖整體性極差。

4.5 樁號：B17+747.8 往上游洞段,拱頂圍巖整體為全風化土層夾強風化松散孤石為主，巖土層及孤石較松動易脫落，脫落趨勢由上游右側往下游左側方向，成階梯型，脫落后形成頂拱120°范圍的一個大面積空腔,無滲水，完整性極差，穩定極差，側墻及底部圍巖稍破碎且少量夾泥,有滲水。

4.6 樁號:B17+728.6 后，圍巖整體為中厚～厚層灰黑色微風化灰巖，裂隙發育較少,少見方解石脈，完整性較好，局部小掉塊，無滲水，巖石錘擊聲清脆，巖石較堅硬，整體性變好，穩定性較好。依據（工程巖體分級標準），綜合判定該樁號起圍巖為Ⅲ類。

5 總結

本次TBM 過斷層共進行了7 次超前水平鉆探取芯（累計取芯長度96.32 米），分階段獲取了掌子面前方地質情況，有效的指導了TBM 掘進各項參數的設定，同時為后續支護方式提供了理論依據，為安全穿越提供了地質上的保障，順利地完成了地質構造的超前探測工作，并安全順利揭露該構造，在廣西桂中治旱TBM 施工應用中取得了成功。

采用TBM 刀盤倉內超前水平鉆探取芯技術，具有較強的針對性，在不影響其他施工的情況下，能成功收集探測區域在橫向上巖層、巖性分布特征，同時結合現場地質形態及周邊地質構造分布特征，可綜合分析確定地質構造性質及其規模大小。該技術具有使用成本低、解釋精度高、成果資料豐富等優點，其解釋成果可直接為生產服務，產生了較大的安全、經濟和社會效益，有效地推廣該技術，可為TBM 施工安全掘進保駕護航。