敞開式TBM穿越深埋隧洞斷層破碎帶一次支護結構優化研究

趙曉露 孫其臣 孫向東 楊凡

1 研究背景

新疆某輸水隧洞工程全長超過40 km，開挖洞徑6.5 m，凈洞徑5.3 m，最大埋深超過2 200 m，屬超長深埋隧洞。目前該工程在掘進過程中相繼出現了沿洞線方向隱性結構面造成的頂部局部坍塌問題、局部圍巖掉快問題、花崗巖蝕變后呈松散砂狀涌出問題等，影響了TBM快速掘進施工甚至影響了TBM的正常掘進。對TBM掘進以來一次支護措施施工時間進行分析，發現錨桿的施工（主要為錨桿長度及施作范圍）對TBM掘進效率影響較大[1]。對隧洞頂拱180°范圍內2.5 m長度的錨桿，錨桿鉆機系統施工能與掘進機掘進同步進行，不影響掘進效率；對3.5 m長的錨桿，錨桿鉆機施工需要對鉆桿進行一次接拆桿，并對鉆孔直徑進行調整，耗時較長。根據TBM施工統計，一根錨桿完成時間大概需要40 min，影響掘進機掘進速度。對隧洞拱腰以下錨桿的施工除需要接拆桿外，還要對錨桿鉆機環形梁進行下齒圈的安裝，一則安拆的時間較長；二則需要阻斷底部交通運輸，掘進機無法掘進，嚴重影響掘進工期[2]。

本文依托敞開式TBM穿越斷層破碎帶，施工掘進效率低，局部安全性差，研究分析一次支護結構與TBM施工效率之間的關系。在確保圍巖穩定條件下，對一次支護結構進行優化，提高TBM掘進效率，保障工程安全，降低工程投資。

2 圍巖特征及參數

隧洞圍巖主要為古生界志留系及華力西中早期侵入巖。針對Ⅳ類圍巖斷層破碎帶，典型斷面選取樁號12+270—12+395，埋深800 m。該段巖性主要為花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖和鉀長花崗巖等，圍巖接觸帶見熱接觸變質現象，形成角巖和矽卡巖及硅質巖帶。……