淺談敞開式TBM在不良地質(zhì)段塌方處理

田春成 王群

【摘 要】敞開式TBM是集掘進(jìn)、出渣、初期支護(hù)、通風(fēng)除塵于一體的隧道洞室開挖施工設(shè)備，適用于巖石整體較完整，具有較好的自穩(wěn)性的巖石段洞室開挖。文章通過對(duì)不良地段運(yùn)用TBM開挖過程中對(duì)不良地質(zhì)地段出現(xiàn)前的預(yù)判和對(duì)不良地段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與支護(hù)，并對(duì)不良地段的塌方的處理方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，旨在為該類工程建設(shè)提供參考和借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】敞開式 TBM 地質(zhì) 處理 方法

1 TBM結(jié)構(gòu)及施工方法

敞開式TBM是集掘進(jìn)、出渣、初期支護(hù)、通風(fēng)除塵于一體的隧道洞室開挖施工設(shè)備，適用于巖石整體較完整，具有較好的自穩(wěn)性的巖石段洞室開挖。TBM由主機(jī)、連接橋、后配套及TBM附屬支護(hù)設(shè)備組成。TBM施工步驟為撐靴→掘進(jìn)→換步→撐靴，附屬施工工作為鋪設(shè)TBM及機(jī)車軌道，通風(fēng)筒延伸、供電線路延伸、供水排水延伸、連續(xù)皮帶延伸。

2 不良地質(zhì)段出現(xiàn)前分析判斷

在TBM的開挖過程中，主要采取以下措施進(jìn)行分析判斷：根據(jù)皮帶機(jī)渣料判斷，開挖渣料塊狀多、含泥量大，說明地質(zhì)條件差。在停機(jī)和刀盤安裝刀具時(shí)，地質(zhì)人員可以通過刀座對(duì)前方圍巖進(jìn)行觀察判斷，也可以由刀座安裝孔進(jìn)入掌子面對(duì)圍巖觀察作出的判斷。TBM操作手從掘進(jìn)參數(shù)的判斷。TBM在掘進(jìn)過程中，圍巖條件的變化，時(shí)時(shí)刻刻都在影響著TBM的掘進(jìn)參數(shù)。通過分析TBM掘進(jìn)參數(shù)的變化，亦可判斷圍巖的好壞，以此指導(dǎo)施工，防止圍巖坍塌。在實(shí)際施工過程中，如掘進(jìn)推力低于100bar（相當(dāng)于6.43MN），而推進(jìn)速度大于額定值的40%，則可大致推斷前方圍巖較差，需注意防止發(fā)生坍塌。

3 不良地質(zhì)段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及支護(hù)

在隧道施工中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是解決不良地質(zhì)地址段TBM設(shè)備順利施工的重要手段。TBM掘進(jìn)時(shí)，使用宏觀超前預(yù)報(bào)如工程地質(zhì)法，長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)如TSP技術(shù)，短距離超前預(yù)報(bào)如BEAM系統(tǒng)。在不良地質(zhì)段內(nèi)，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，綜合分析出護(hù)盾后圍巖的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和地下水情況，判斷掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征。通過幾何做圖確定隧洞拱頂、邊墻不穩(wěn)定塊體規(guī)模，采取超前支護(hù)如超前錨桿支護(hù)、超前小剛管注漿支護(hù)。

4 不良地質(zhì)段塌方處理

在不良地質(zhì)段引起塌方的原因主要有出現(xiàn)斷層、巖石破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育地段、局部不穩(wěn)定的楔形體導(dǎo)致巖石失穩(wěn)塌方，塌方的位置主要為頂拱及倆側(cè)邊墻。在塌方段TBM施工的原則為：管超前、嚴(yán)注漿、慢開挖、快封閉、快襯砌。

在TBM掘進(jìn)過程中發(fā)生頂拱塌方時(shí)施工程序?yàn)榍迩怂蓜?dòng)巖石→塌腔內(nèi)布設(shè)錨桿→噴射混凝土→支立鋼支撐→鋼支撐內(nèi)側(cè)焊接鋼板→回填混凝土→塌方段固結(jié)灌漿。

（1）在清撬松動(dòng)巖石時(shí)需在安全員指揮下進(jìn)行，清撬時(shí)注意保護(hù)好TBM設(shè)備，防止掉下來的石頭將電氣線路或液壓管路損壞。

（2）塌方部位如果有地下水，在水量小時(shí)應(yīng)采用鉆孔安裝水管方式沿著洞臂引到洞內(nèi)的排水管中排到洞外；在水量大時(shí)采取以賭為主、以排為輔，對(duì)出水部位進(jìn)行阻水灌漿。

（3）采用TBM附屬設(shè)備錨桿鉆機(jī)在塌腔內(nèi)布設(shè)Ф25L=4500mm錨桿，梅花形布置、根據(jù)實(shí)際情況確定錨桿外漏尺寸，錨桿外漏部分要保證在后期混凝土回填時(shí)，起到巖石與混凝土之間相互支撐的作用；布設(shè)完錨桿后對(duì)塌腔內(nèi)噴射C30混凝土厚度為20cm，TBM附屬混凝土噴射機(jī)噴射不到的部位，采用TK600混凝土噴射機(jī)進(jìn)行噴射，及時(shí)封閉塌腔內(nèi)裸露的巖石；利用鋼拱架安裝器進(jìn)行鋼支撐支護(hù)，間距為0.5m，未塌方部位鋼支撐之間連接采用[10槽鋼間距按1.0m進(jìn)行連接，增加鋼拱架之間的穩(wěn)定性，塌方部位鋼支撐之間連接采用5mm厚鋼板進(jìn)行焊接（如塌方部位在鋼板焊接時(shí)在塌腔內(nèi)預(yù)埋兩根直徑Ф325鋼管，在混凝土施工時(shí)使用；如塌方部位在邊墻，在焊接鋼板在毛混凝土澆筑前，分層進(jìn)行焊接），鋼支撐支立結(jié)束后迅速對(duì)未塌方的部位進(jìn)行噴射C30混凝土，厚度為15cm，防止塌方部位外延。

（4）塌腔回填混凝土。頂拱塌方部位混凝土回填：TBM掘進(jìn)施工所用的水平撐靴在洞臂兩側(cè)，塌方部位出現(xiàn)在頂拱時(shí)，對(duì)TBM正常掘進(jìn)影響較少，能夠有較充分的時(shí)間對(duì)塌腔內(nèi)進(jìn)行回填混凝土處理。頂拱塌方部位混凝土回填標(biāo)號(hào)采用C30混凝土，并添加早強(qiáng)劑以便盡快達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，混凝土入倉塌落度控制在200mm±20mm。當(dāng)塌方部位出現(xiàn)在頂拱并且塌腔深度大于1m時(shí)，回填混凝土分兩期施工，一期混凝土厚度為鋼支撐最高點(diǎn)以上50cm形成承載殼，混凝土入倉使用混凝土輸送泵入倉，混凝土輸送泵管沿著預(yù)埋的鋼管深入塌腔，另一根預(yù)埋鋼管作為排氣孔。在焊接的鋼板上安裝平板振搗器，對(duì)一期混凝土進(jìn)行振搗，一期混凝土終凝，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再對(duì)剩余空腔進(jìn)行混凝土回填。待回填混凝土全部達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再對(duì)塌方部位進(jìn)行固結(jié)灌漿，確保塌方部位穩(wěn)定安全。塌腔深度小于1m時(shí)可一次性回填混凝土。邊墻塌方部位混凝土回填：塌方部位出現(xiàn)在邊墻時(shí)，TBM水平撐靴無法撐緊，影響TBM的正常掘進(jìn)，需要停機(jī)對(duì)邊墻塌方部位進(jìn)行處理。為了縮短塌方處理時(shí)間，對(duì)邊墻塌方部位進(jìn)行C30毛石混凝土回填，埋石率30%，混凝土入倉塌落度控制在180mm±20mm，C30毛石混凝土配合比如下：在毛石混凝土施工前，首先用鋼板在邊墻塌方部位底部緊貼鋼支撐內(nèi)側(cè)進(jìn)行焊接，每層焊接高度為50cm，混凝土澆筑每上升2層預(yù)埋一排Ф42鋼管，鋼管長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況確定，間距1m，各層預(yù)埋鋼管之間梅花形布置。采用混凝土輸送泵入倉方式，插入式振搗器振搗?；炷翝仓Y(jié)束達(dá)到終凝后，在預(yù)埋的Ф42鋼管內(nèi)插入電熱管進(jìn)行加溫，電熱管之間串聯(lián)，并安裝漏電保護(hù)器。通過電熱管加溫后混凝土3天強(qiáng)度到19.5MPa，可以滿足TBM水平撐靴壓力要求。

5 不良地質(zhì)段施工注意事項(xiàng)

在TBM施工前應(yīng)對(duì)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)的分析判斷，制定相應(yīng)的預(yù)防預(yù)報(bào)措施，備足有關(guān)的應(yīng)急機(jī)具和材料。在TBM施工過程中堅(jiān)持以預(yù)防為主，根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)掌子面前方地質(zhì)狀況作出判斷，避免TBM在沒有任何保護(hù)措施的情況下進(jìn)入不良地質(zhì)段。在TBM施工過程中應(yīng)常觀察巖層和地下水的變化情況，防止突然事故的發(fā)生，在不良地質(zhì)段出現(xiàn)地下水時(shí)應(yīng)先治水。在臨近TBM開挖掌子面的現(xiàn)場(chǎng)倉庫內(nèi)儲(chǔ)備一定數(shù)量的支護(hù)材料及排水設(shè)備，以備應(yīng)急。

6 結(jié)語

在TBM不良地質(zhì)施工時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)防是關(guān)鍵，當(dāng)在不良地質(zhì)段出現(xiàn)塌方時(shí)應(yīng)首先保證人員安全、TBM設(shè)備安全的前提下對(duì)塌方部位進(jìn)行處理，并確保工程施工安全。

作者簡(jiǎn)介：田春成（1982—），男，漢族，遼寧撫順人，本科，工程師，從事水利工程施工。