淺析那邦水電站引水隧洞TBM施工控制要點(diǎn)

【摘 要】 簡(jiǎn)要敘述了那邦水電站引水隧洞TBM施工控制過(guò)程中的幾個(gè)要點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這些施工關(guān)鍵點(diǎn)的嚴(yán)格控制，確保了電站引水隧洞順利的貫通，質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】 TBM施工 控制 要點(diǎn)

1 工程概況和地質(zhì)條件

那邦水電站位于云南省盈江縣西部勐乃河上，是勐乃河梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)四級(jí)的最后一個(gè)梯級(jí)。電站裝機(jī)3×60MW，為引水式電站，引水隧洞全長(zhǎng)為9748.562m，過(guò)水?dāng)嗝鏋閳A形，最小過(guò)水?dāng)嗝嬷睆?.5m，開(kāi)挖直徑為4.5m，隧洞底坡為3.59‰。工程規(guī)模為三等中型工程。由于隧洞布置在省級(jí)銅壁關(guān)自然保護(hù)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，因此必須采用TBM法施工。該工程采用的TBM由德國(guó)海瑞克公司設(shè)計(jì)制造，敞開(kāi)式設(shè)備，挖掘直徑4530mm。

隧洞最小埋深60m，最大埋深600m。沿線基巖為混合片麻巖、黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖和條帶狀、條痕狀斜長(zhǎng)角閃片麻巖、黑云角閃斜長(zhǎng)變粒巖等，局部夾黑云角閃片巖和石英片巖（微晶片巖）。工程區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜，深大斷裂和褶皺發(fā)育，斷層、片巖夾層及節(jié)理裂隙密集發(fā)育帶以及瓦蕉背斜的核部由于張裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，易形成貯水構(gòu)造，隧洞沿線地下水位均高于洞頂，圍巖中的軟弱片巖夾層和構(gòu)造蝕變帶分布，具變形量大、徑向變形顯著或膨脹性的特點(diǎn)。

2 TBM施工控制的幾個(gè)要點(diǎn)

2.1 TBM掘進(jìn)方向的控制

TBM掘進(jìn)方向的控制極為重要，方向控制不當(dāng)，造成盤(pán)型滾刀受力不均，致使刀具提前損壞，增加換刀的次數(shù)和配件成本，影響施工進(jìn)度，另一方面，會(huì)使得隧道出現(xiàn)超、欠挖過(guò)大，增加后期工程的工作量，影響工程質(zhì)量。因此，在掘進(jìn)過(guò)程中，主司機(jī)除依據(jù)TBM設(shè)備上配備的激光導(dǎo)向系統(tǒng)對(duì)掘進(jìn)方向進(jìn)行控制外，每掘進(jìn)100m～200m，就采用萊卡TCR802全站儀利用TBM設(shè)備維護(hù)間隙進(jìn)行人工復(fù)測(cè)，并制定專門的表格對(duì)TBM導(dǎo)向系統(tǒng)的顯示數(shù)據(jù)和用全站儀復(fù)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對(duì)比分析，以確保TBM掘進(jìn)方向的精度要求。當(dāng)發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)方向出現(xiàn)偏差時(shí)，在操作室操作旋鈕，通過(guò)支撐系統(tǒng)油缸來(lái)進(jìn)行TBM調(diào)向。調(diào)向時(shí)應(yīng)注意：⑴正確調(diào)向的特征：當(dāng)調(diào)向正確時(shí)，洞壁表面比較規(guī)則，不會(huì)產(chǎn)生屋脊?fàn)畋砻?，此時(shí)看不到因?yàn)槠蛟斐傻暮圹E；若表面出現(xiàn)臺(tái)階，則說(shuō)明調(diào)向過(guò)度，應(yīng)校正調(diào)向的作業(yè)方式。⑵調(diào)向的限度要求：一個(gè)調(diào)向動(dòng)作過(guò)程不能使邊刀的移動(dòng)量超過(guò)3mm；在約0.5m的行程上，邊刀最大位移量為25mm；否則，刀盤(pán)上刮渣斗就會(huì)與巖壁發(fā)生接觸，并造成損壞；隨著邊刀磨損增大，洞徑減小，刀具和刮渣斗的空間也隨之減小，上述極限也須相應(yīng)減小。⑶正常情況下，數(shù)據(jù)顯示的刀盤(pán)位置偏差數(shù)據(jù)不應(yīng)大于30mm；如偏差較大，則應(yīng)馬上調(diào)整主機(jī)位置。⑷當(dāng)?shù)侗P(pán)偏差變小時(shí)，激光導(dǎo)向系統(tǒng)所顯示的數(shù)據(jù)應(yīng)接近于0。這時(shí)方向調(diào)整和高程調(diào)整應(yīng)緩慢進(jìn)行，以避免刀盤(pán)忽上忽下，忽左忽右。

2.2 確定最佳的掘進(jìn)參數(shù)

2.3 做好超前地質(zhì)勘探和預(yù)報(bào)

隧洞洞身段基本都處于銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，受其制約，僅在洞進(jìn)口段和出口段有勘探資料，其余均沒(méi)有勘探資料，設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)資料均為依據(jù)野外調(diào)查和樞紐區(qū)工程地質(zhì)測(cè)繪、勘探和試驗(yàn)資料編寫(xiě)。因此做好超前地質(zhì)勘探和預(yù)報(bào)工作，對(duì)TBM 施工具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，可以避免因地質(zhì)條件突然變化給施工帶來(lái)一些災(zāi)難性的后果，是非常必要的。

采用TSP-203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)作為長(zhǎng)距離宏觀控制，鉆孔超前探測(cè)、紅外線探水、SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、聲波法探測(cè)等方法作為補(bǔ)充進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)的重點(diǎn)內(nèi)容：預(yù)測(cè)開(kāi)挖面前方的地質(zhì)情況，圍巖整體性、斷層、軟弱圍巖破碎帶在前方的位置和對(duì)施工的影響，地下水活動(dòng)情況等。

同時(shí)采用掌子面編錄預(yù)測(cè)法（地質(zhì)素描法），按DL/T5109、SDJ15-78和GB5O287-1999進(jìn)行短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。根據(jù)宏觀預(yù)報(bào)和長(zhǎng)期、短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，還要對(duì)斷層破碎帶、嚴(yán)重影響帶、密集節(jié)理帶等軟弱、破碎圍巖段，特別是富水帶，和可能產(chǎn)生巖爆不良地質(zhì)洞段實(shí)施超前鉆探。TBM設(shè)備主司機(jī)在掘進(jìn)時(shí)還應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)和巖渣的變化情況，是否出現(xiàn)掘進(jìn)參數(shù)異常變化、機(jī)器振動(dòng)變化、巖渣非均勻片狀等情況，來(lái)提高對(duì)前方不良地質(zhì)的預(yù)警。

2.4 高度重視初期支護(hù)

隧洞開(kāi)挖完成后，如不進(jìn)行初期支護(hù)，會(huì)因?yàn)閼?yīng)力釋放和風(fēng)化等原因，導(dǎo)致圍巖變形，出現(xiàn)局部坍塌和掉快等，危及施工安全，影響TBM掘進(jìn)的正常進(jìn)行，尤其是在采取的敞開(kāi)式TBM設(shè)備上，高度重視初期支護(hù)尤為重要。對(duì)初期支護(hù)，一是要重視支護(hù)的及時(shí)性，二要重視初期支護(hù)的施工質(zhì)量。

根據(jù)所采用的TBM設(shè)備特點(diǎn)，為了保證初期支護(hù)的及時(shí)性，在TBM掘進(jìn)過(guò)程中，若不是遇到較大的坍塌和斷裂破碎帶等地質(zhì)問(wèn)題，初期支護(hù)和掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行。反之，在確保不會(huì)卡機(jī)的情況下，采取停機(jī)進(jìn)行支護(hù)，在按設(shè)計(jì)要求完成支護(hù)，確保安全之后再繼續(xù)掘進(jìn)（表2）。

2.5 制定詳細(xì)切實(shí)可行的通過(guò)不良地質(zhì)洞段的處理措施

在水文地質(zhì)相對(duì)較復(fù)雜的深埋長(zhǎng)隧洞進(jìn)行TBM施工，具有較大的挑戰(zhàn)性。如何保證在斷層破碎帶、巖爆和地下突涌水的情況下TBM的順利掘進(jìn)，是確保關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工期的關(guān)鍵，也是工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

為此，在掘進(jìn)施工開(kāi)始前就要仔細(xì)、認(rèn)真研究有關(guān)的地質(zhì)報(bào)告，與工程設(shè)計(jì)方的地質(zhì)工程師進(jìn)行全面的溝通，對(duì)隧洞的地質(zhì)情況做深入全面的了解。調(diào)研國(guó)內(nèi)其它工程TBM掘進(jìn)的相似巖類與那邦水電站工程區(qū)巖類的可比性。進(jìn)一步確定選擇TBM適用的地質(zhì)參數(shù)，評(píng)估TBM在工程的適應(yīng)性，進(jìn)行前期的工程類比。收集調(diào)研其它工程有關(guān)TBM在隧洞施工中受地質(zhì)條件制約的有關(guān)地質(zhì)資料。充分考慮實(shí)際施工過(guò)程中影響掘進(jìn)效率的主要地質(zhì)條件及制約因素及遇到不良地質(zhì)條件時(shí)需采取的應(yīng)急處理措施并形成預(yù)案。根據(jù)應(yīng)急預(yù)案并結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提前準(zhǔn)備好充足的處理不良地質(zhì)洞段各種物資材料，而如鋼拱架、超前小導(dǎo)管、錨桿等則需提前成型一部分待用。

在本工程TBM掘進(jìn)中遇到的主要地質(zhì)問(wèn)題是涌水、蝕變變形帶、斷層破碎帶等。為了安全、順利、快速的通過(guò)這些不良地質(zhì)洞段，分別有針對(duì)性的采取了以下處理措施：

1） 涌水的處理措施；

2） 蝕變帶變形的處理措施；

3）斷層破碎帶的處理措施

①斷層破碎帶地段TBM掘進(jìn)措施

②控制圍巖變形防止坍塌的處理措施

③預(yù)防掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)被卡住的措施

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)做好以上幾項(xiàng)嚴(yán)格的控制工作，加上施工單位規(guī)范有序的組織管理，平時(shí)注重對(duì)TBM設(shè)備的日常維護(hù)、在各工序之間銜接相互緊密，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理密切配合。那邦水電站引水隧洞TBM施工取得了最大日進(jìn)尺42m，最大月進(jìn)尺553.03m的記錄。成為云南省第一條采用TBM施工貫通的引水隧洞。