TBM穿越砂卵石復合地質段處理方案探討

關紅俊

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原030024）

TBM穿越砂卵石復合地質段處理方案探討

關紅俊

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原030024）

東山供水工程9號隧洞TBM掘進段在掘進至距洞口2 km時，刀盤頂部右側出現(xiàn)砂卵石層，該TBM在遭遇砂礫石時卡機。通過洞內化學注漿方案、洞外化學注漿方案、洞外旋噴樁注漿與洞內化學注漿結合方案進行比選，推薦使用洞外旋噴樁注漿與洞內化學注漿結合方案，解決TBM卡機問題。

TBM卡機；涌水；砂卵石地基；化學注漿

1 基本情況

東山供水工程9號隧洞TBM段長14 634.12m，斷面內徑3.4m，襯砌采用C45預制混凝土管片拼裝式結構，厚250mm，隧洞最大設計流量6.0m3/s，最大水深1.77m，設計縱坡1/2 700。

9號隧洞TBM掘進段在掘進至距洞口2 km（東魚溝）時，刀盤頂部右側出現(xiàn)砂卵石層，掌子面顯示厚度從0.8m增大至1.5m，隧洞右側弧長從1.5m增大至3.8m，并出現(xiàn)大量涌水，涌水量由144m3/h增至250m3/h，刀盤內發(fā)現(xiàn)大量泥沙，底部4根主推油缸被泥沙全部覆蓋。為確保工程安全，TBM立即停止掘進。

2 處理意見

針對TBM卡機現(xiàn)象，隨即組織相關專家進行現(xiàn)場查看、聽取施工單位匯報及研究討論，形成了以下處理意見：一是在未探明前方地質條件變化情況下，TBM不應向前繼續(xù)掘進。二是應盡快對9號線過東魚溝段進行補充勘察，查明東魚溝段基巖面起伏、地下水等地質條件，為穿東魚溝段施工方案提供可靠的基礎資料；可考慮物探與鉆探工作同時進行。三是在補充勘察的同時，為確保TBM設備安全，應對機頭部位圍巖進行加固，圍巖加固可采用高壓旋噴等處理措施，并做好洞內外現(xiàn)場監(jiān)測及涌水流量觀測工作。過溝地質條件基本查清后，應盡快研究確定穿越東魚溝洞段的整體處理方案。

3 補充地質工作

為準確掌握9號隧洞穿東魚溝段地質資料，在掌子面前方增加了兩個地質鉆孔。

1號孔距機頭6.60m，砂卵石層厚34.8m，地面高程1 047.10 m，基巖面高程1 012.30 m，洞頂高程1 012.63m，洞頂以下有厚0.33m的砂卵石層，其下為泥巖，水位埋深22.1m，水位高程1 025.00m。

2號孔距機頭17.05m，砂卵石層厚33.2m，地面高程1 047.30m，基巖面高程1 014.10m，洞頂高程1 012.64m，洞頂以上有厚1.46m的泥巖，其上為砂卵石層，水位埋深16.1m，水位高程1 031.20m。

4 處理方案

4.1 洞內化學注漿方案

增加洞內排水設施，減小洞內積水深度，人員及設備可進洞操作，砂卵石復合地層可進行造孔灌漿的前提下，采用洞內化學注漿方案。處理TBM機頭已掘進和掌子面至前方17m左右的砂卵石復合地層地質段，樁號YD 27+473.80—YD 27+453.05。

在TBM刀盤上部位置采用手風鉆在隧洞頂部弧形區(qū)內均勻造3個孔，用直徑15mm的鋼管（端部焊接錐形端頭）人工入孔，鋼管上每隔5 cm均勻分布小孔（用于漿料的出漿），每根鋼管長度約1～1.5m（根據(jù)洞內條件確定），鋼管間套絲扣相互連接。

在TBM刀盤后前護盾位置（距離刀盤約4m左右），在護盾頂部鋼板切口再造孔注漿，造孔往洞頂方向仰角45°左右，深度約3～4m。

注漿材料固結后，TBM需短進尺掘進，然后在TBM刀盤上部位置造孔注漿，循環(huán)推進。

該方案曾在引紅濟石調水工程TBM施工卡機事故中成功應用，化學灌漿材料進行超前固結灌漿，有效加固了刀盤上方、正前方松散坍體，成功實現(xiàn)了TBM刀盤脫困。

4.2 洞外化學注漿方案

處理范圍為機頭已進入砂卵石復合地層至掌子面前方約17m范圍內。在隧洞正上方每排布置3個孔，排間距2m，孔內底部布注漿管。鉆孔（深度約30m左右）至TBM機頭深度位置，然后在孔內安裝注漿管、封孔器等注漿管道實施注漿。

由于該方案洞內洞外全部采用化學灌漿，工程結束后將出現(xiàn)地面塌洞，化學灌漿對固結影響范圍較小，經(jīng)研究不推薦該方案。

4.3 洞外旋噴樁注漿與洞內化學注漿結合方案

化學注漿處理范圍為機頭已進入的部分砂卵石復合地層及掌子面前方10m，樁號YD27+473.80—YD 27+462.35，方案同前。

旋噴樁注漿處理范圍為樁號YD27+462.35—YD27+453.05。采用三重管法進行旋噴樁注漿。樁間距0.9m，成樁直徑1.0m，咬合搭接寬度0.1m。鉆孔寬度8m，鉆孔深度從地面至隧洞頂部巖層以下0.5m，注漿深度為隧洞頂部3.5～5.0m范圍。

工程采用洞外旋噴樁注漿與洞內化學注漿結合方案，可加快施工進度。

4.4 方案比選

經(jīng)國內專家討論研究，結合工程實際情況，推薦使用洞外旋噴樁注漿與洞內化學注漿結合方案。施工單位首先用鉆機對地面進行灌漿處理，隨著處理孔數(shù)的增加及灌漿面積的擴大，地面沉陷的坍塌范圍得到控制，洞內流水流量變小，流水中有水泥漿液流出，說明地面灌漿起到了預期效果。由于地面灌漿僅控制到機頭以上2m范圍內，為進一步控制洞內滲水，隨即進行洞內化學灌漿，以加強機頭上方圍巖的壓力，防止機頭上方圍巖繼續(xù)坍塌。考慮到在機頭鑿孔會對機頭及護盾造成破壞，對原定的造孔方案進行修正，僅在機頭的刀頭口進行拆卸處理，化學灌漿管通過刀頭孔伸進坍塌區(qū)域。隨著化學灌漿的處理，洞內明顯水流減少，說明水流通道基本被阻隔，地面停止灌漿。經(jīng)過以上化學灌漿后，TBM刀盤前圍巖及周邊圍巖凝結成一塊整體，強度明顯增加。然后采用人工慢慢清理刀盤四周漿液，點動刀盤開始旋轉，TBM刀盤脫困，掘進恢復正常。隨后TBM開始慢速掘進，順利通過塌方區(qū)域。

5 結語

洞外旋噴樁注漿與洞內化學注漿結合方案成功解決了TBM卡機問題，實現(xiàn)了TBM順利掘進，保證了工程工期，為工程預期通水提供了便利。

TV543+.3［

］C［

］1004-7042（2016）08-0036-01

關紅俊（1972-），女，1996年畢業(yè)于華北水利水電學院水利工程建筑專業(yè)，工程師。

2016-06-20；

2016-07-25