TBM引水隧洞塌方處理施工技術(shù)研究

劉彥章

摘要：TBM施工法是一項(xiàng)新型的隧道施工技術(shù)，其主要以為核心設(shè)備，以大型現(xiàn)代化裝載運(yùn)輸機(jī)械為輔助設(shè)備，采用全斷面掘進(jìn)機(jī)法施工，掘進(jìn)、出渣、襯砌、灌漿等工序一次完成，全斷面一次成型，施進(jìn)度快，安全性好，通風(fēng)要求低，襯砌支護(hù)工程量少。本文針對(duì)某TBM引水隧洞穿斷層破碎洞段過(guò)程中，發(fā)生的大規(guī)模塌方情況，根據(jù)TBM施工隧洞的特點(diǎn)，采取一定的施工技術(shù)措施，保證了安全、快速地對(duì)塌方洞段進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：TBM;引水隧洞;塌方處理;施工技術(shù)

1、工程概況

某隧洞是采用全斷面掘進(jìn)機(jī)（簡(jiǎn)稱TBM）完成開(kāi)挖與支護(hù)施工的。施工中在進(jìn)洞土體段掘進(jìn)時(shí)發(fā)生塌方，處理期間因掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停滯，機(jī)頭部位土體受壓后發(fā)生變形。塌方處理結(jié)束，TBM向前掘進(jìn)，但停機(jī)部位土體產(chǎn)生的沉陷長(zhǎng)度約90m，最大沉陷值達(dá)54cm。為滿足隧洞過(guò)水要求和防止變形引發(fā)的其它不利事件，設(shè)計(jì)單位決定對(duì)該超差現(xiàn)象進(jìn)行處理。

該項(xiàng)處理是將原施工中做為永久支護(hù)的混凝土管片拆除，然后再按隧洞正確中心線進(jìn)行開(kāi)挖，隨即進(jìn)行噴錨支護(hù)，最后進(jìn)行全斷面混凝土襯砌。隧洞超差處理部位位于沙峁東溝西側(cè)，洞外與2號(hào)引水渡槽相接，隧洞出口山體邊坡覆蓋第四紀(jì)Q2+3黃土，水平露出長(zhǎng)度約160m，由里向外，土體主要由粘土、壤土、粉砂土組成。因處理段屬淺埋土洞且上覆土體多為壤土和粉砂土，在前期施工中曾發(fā)生過(guò)土體塌方，故本次處理是以超前小導(dǎo)管對(duì)土體預(yù)灌漿為主，然后按管片拆除※隧洞擴(kuò)挖※一次支護(hù)※鋼筋混凝土襯砌的順序進(jìn)行。

灌漿小導(dǎo)管單排布置，直徑42mm，孔距40cm，長(zhǎng)4.5m，上仰角度30°，布置范圍為頂拱兩側(cè)各60°，澆筑純水泥漿，漿液水灰比為（1∶1）～（0.5∶1），灌漿壓力0.5～1.0MPa。要求在管片拆除48h前灌漿。原設(shè)計(jì)洞體支護(hù)混凝土管片每環(huán)由4片組成，每片寬1.5m。上下交錯(cuò)布置，每塊之間有止水膠條、凹凸槽等相互鑲嵌。施工時(shí)先拆兩側(cè)邊塊，再拆頂拱塊，最后拆底拱塊。拆除施工中拆除一環(huán)管片即對(duì)洞體進(jìn)行一次規(guī)格處理，然后噴第1層2～5cm厚混凝土→掛第1層鋼筋網(wǎng)→再噴5～10cm厚混凝土※安裝鋼格柵拱架→掛第2層鋼筋網(wǎng)→噴混凝土至設(shè)計(jì)要求20cm厚度。在臨時(shí)支護(hù)長(zhǎng)度達(dá)到12m時(shí)，對(duì)前6m進(jìn)行永久鋼筋混凝土襯砌。當(dāng)拆除至第30環(huán)管片時(shí)發(fā)生了塌方，經(jīng)過(guò)不到10d的緊張施工，安全順利地處理了塌方事故。

2、處理經(jīng)過(guò)

超差處理按從里向外順序進(jìn)行，即相對(duì)樁號(hào)為0+139.2～0+000m，其中管片拆除部位在0+139.2～0+47.9m，共60余環(huán)管片，其外側(cè)為臨時(shí)鋼支撐支護(hù)。實(shí)際觀察隧洞土體由里向外是由粘性土、壤土過(guò)渡到粉砂土層，但不均勻，中間局部夾有含砂量較大的地段。

12-18晚6時(shí)許，當(dāng)拆除到30環(huán)頂拱管片時(shí)，上覆土體在管片拆除后約5min開(kāi)始坍塌，幾分鐘的時(shí)間就沿洞軸線方向塌成長(zhǎng)約4m、寬6m多、高5m多的穹體，總方量約160m3。待塌方稍微穩(wěn)定后進(jìn)行觀察時(shí)，其頂部還有土體以層片狀塌落。在對(duì)塌方及已有支護(hù)等情況進(jìn)行分析后，現(xiàn)場(chǎng)制定的塌方處理步驟與措施如下。

2.1對(duì)塌方兩側(cè)相鄰管片及一次支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)處理。為防止在塌方擴(kuò)展，幾小時(shí)后當(dāng)塌方基本穩(wěn)定時(shí)，首先對(duì)第31、32環(huán)管片進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)，即安裝早已準(zhǔn)備好的、用Ⅰ18制作的、與管片襯護(hù)斷面相同的拱架，每環(huán)管片中間各安裝1架，在與管片緊密接觸后，2架鋼支撐用20鋼筋焊牢。與此同時(shí)用鋼管對(duì)塌方段內(nèi)側(cè)的一次支護(hù)（鋼格柵）進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，方法為對(duì)塌方段內(nèi)側(cè)至已完成永久支護(hù)部位之間的一次支護(hù)段中完好的2架鋼格柵每架均勻地用3根15cm鋼管進(jìn)行豎向支撐，以防不測(cè)。

2.2加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)。塌方發(fā)生后，安排測(cè)量人員對(duì)31、32、33環(huán)管片以及塌方段里側(cè)的一次支護(hù)進(jìn)行沉陷及收斂觀測(cè)，要求1h測(cè)量1次，并繪出變形曲線，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和采取措施。

2.3設(shè)專職安全員進(jìn)行施工監(jiān)護(hù)。為防止處理塌方過(guò)程中人員及設(shè)備發(fā)生意外，并隨時(shí)觀察塌方洞段變化的情況，安排專門人員24h進(jìn)行安全監(jiān)察，并授予其有下令停工的權(quán)力。

2.4塌方處理措施。采用平行梁一側(cè)遞進(jìn)支護(hù)方法及時(shí)封閉頂拱。所謂平行梁一側(cè)遞進(jìn)法支護(hù)就是從進(jìn)洞左側(cè)開(kāi)始，沿頂拱180°范圍內(nèi)，利用第31環(huán)混凝土管片和另一端未變形鋼格柵為支撐點(diǎn)，向右側(cè)鋪設(shè)用Ⅰ14制作的縱梁。縱梁安放間距0.4m，為保證永久襯砌斷面尺寸，其梁底位置距鋼格柵外層主筋凈間距220cm。然后在縱梁上部鋪設(shè)25螺紋鋼筋網(wǎng)，間距均為16.7cm。鋼筋網(wǎng)與工字鋼縱梁焊接。工字鋼縱梁鋪設(shè)完成后，迅速對(duì)其上部進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，噴層厚度≥40cm。噴混凝土作業(yè)時(shí)不對(duì)塌方土體進(jìn)行支護(hù)，以免破壞基本穩(wěn)定的土體，但在每道縱梁安完后，先對(duì)上部土體進(jìn)行少量水泥砂漿噴護(hù)，并逐漸由左向右延伸，以便在土體外部形成一層不斷加厚的薄殼，既可以防止少量土體剝落，還可利用與土體顏色的不同使人們隨時(shí)發(fā)現(xiàn)土體的任何變化。利用此方法從左至右施工，操作人員在支護(hù)好的梁底（棚架）下作業(yè)，上部即使有土體剝落也無(wú)大礙，塌方發(fā)生后不到48h便形成了一道安全的防護(hù)棚。考慮到下步頂拱回填需要，做縱梁支護(hù)時(shí)，在塌方部位中間最高位置及其兩側(cè)預(yù)埋了直徑分別為15cm與5cm鋼管3根，其高度距塌方穹頂0.3m，1根為混凝土泵管，另2根為排氣兼灌漿管。

防護(hù)棚形成后，迅速用裝載機(jī)輔以人工清除塌方土體。為增強(qiáng)上部縱梁的穩(wěn)定性，清除塌方土體的同時(shí)對(duì)洞體兩側(cè)縱梁下部的洞壁按規(guī)格進(jìn)行擴(kuò)挖，隨后馬上噴40cm厚混凝土與上部梁體相接，使縱梁自我成為一個(gè)整體。在噴混凝土全部結(jié)束后，在防護(hù)棚下安裝間距不變，但比設(shè)計(jì)直徑增大20cm的鋼格柵，并與噴混凝土外露拉筋等焊接，互相之間進(jìn)行加固。塌方緊急處理歷時(shí)不足3d，其間未出現(xiàn)任何安全問(wèn)題。

2.5二次混凝土支護(hù)

當(dāng)?shù)?2環(huán)小導(dǎo)管灌漿完成后，對(duì)包括塌方段在內(nèi)的6.0m長(zhǎng)洞體進(jìn)行了永久混凝土襯砌，也可稱為塌方段的二次混凝土支護(hù)。為增強(qiáng)混凝土整體強(qiáng)度，設(shè)計(jì)對(duì)安裝的鋼筋進(jìn)行了調(diào)整，內(nèi)層主筋間距由16.7cm改為13.3cm，外層主筋由22改為25，其間距不變。混凝土全斷面一次澆筑，常規(guī)方法作業(yè)。

3、分析與探討

該地段土體非均勻變化，含砂量突然增加，土體自穩(wěn)性降低，是造成塌方的主要原因。塌方前在拆除兩側(cè)管片時(shí)曾發(fā)現(xiàn)個(gè)別點(diǎn)有少量的松散土從頂部管片自然散落現(xiàn)象，但未引起足夠重視和及時(shí)采取有效措施是塌方發(fā)生的次要原因。含砂量增大的土體范圍小，塌方處理及時(shí)，措施穩(wěn)妥，對(duì)防止塌方的發(fā)展與擴(kuò)大起到了有益的作用。

塌方處理后，經(jīng)過(guò)幾年冬雨季和充水運(yùn)行，在土體凍融及內(nèi)外水壓力作用下塌方段至今未發(fā)生任何異常，實(shí)踐證明此次土體洞段塌方處理是成功的。

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（作者單位：中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司）