探討TBM通過不良地質(zhì)洞段的施工方法

孫迪

摘 要：TBM是我國隧道掘進(jìn)開挖的首選良好設(shè)備，但對隧道地質(zhì)條件較為敏感。受當(dāng)前勘察技術(shù)局限性、施工線路較長的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)施工中所遇到的地質(zhì)巖性與先前勘察結(jié)果不一致、且在同一隧洞存在著不同年代、不同巖性、同時(shí)伴隨著不同地質(zhì)構(gòu)造等不良地質(zhì)現(xiàn)象，這就給TBM施工帶來了極大困難和挑戰(zhàn)。對TBM如何順利通過不良地質(zhì)洞段并采取有效的支護(hù)手段進(jìn)行探討，進(jìn)而為彌補(bǔ)勘察設(shè)計(jì)結(jié)果的缺陷，保證施工順利進(jìn)行提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：TBM 隧道 不良地質(zhì) 施工方法

中圖分類號：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0078-03

目前我國許多隧道工程在深覆蓋、長距離等復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行，由于工期的要求，常規(guī)的隧道開挖方法通常難以勝任。而TBM（Tunnel Boring Machine，即全斷面隧洞掘進(jìn)機(jī)，以下均簡稱TBM）不同于目前常用的新奧法鉆爆、二次支護(hù)方法等，集鉆爆、掘進(jìn)、支護(hù)于一體，具有速度快、效率高、成本低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，從而使TBM成為我國隧道掘進(jìn)開挖的首選良好設(shè)備。但是，TBM施工與隧道的地質(zhì)條件優(yōu)劣、巖石強(qiáng)度、巖石耐磨性及巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度等關(guān)系十分密切，這些都是決定是否選用TBM以及TBM效率能否發(fā)揮的主要影響因素。另一方面，由于施工洞線長、當(dāng)前勘察技術(shù)的局限性等，施工中常常遇到地質(zhì)巖性與先前的勘察結(jié)果不一致、地下水滲漏、斷層破碎帶等不良地質(zhì)現(xiàn)象，這就給TBM施工帶來了極大困難和挑戰(zhàn)。若此時(shí)變更設(shè)計(jì)和施工方案不僅需要增加工程造價(jià)，更重要的是影響整個(gè)工程的進(jìn)度，這就違背了選用TBM速度快、效率高的初衷。因此，在不更改原有設(shè)計(jì)方案的前提下，研究TBM如何順利通過不良地質(zhì)洞段，發(fā)揮其快速高效的作用，對整個(gè)隧道工程的建設(shè)具有重要的實(shí)際意義。

1 TBM施工原理

1.1 工藝原理

TBM施工技術(shù)是集機(jī)械、電子學(xué)、機(jī)器人和土工學(xué)等原理的一套工廠化流水線隧道施工設(shè)備，其施工原理及技術(shù)是主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（PLC）、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、超前處理系統(tǒng)、主機(jī)掘進(jìn)系統(tǒng)、后配套系統(tǒng)、環(huán)保系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、永久支護(hù)系統(tǒng)及洞外保障系統(tǒng)等各系統(tǒng)的綜合的運(yùn)用，其施工工藝原理見圖1。

1.2 TBM工藝流程

TBM施工工藝流程主要圍繞TBM掘進(jìn)、出渣及初期支護(hù)等關(guān)鍵施工工序的基礎(chǔ)來進(jìn)行的。

2 TBM施工方法

2.1 導(dǎo)向控制

控制TBM掘進(jìn)方向極為重要，方向控制不當(dāng)容易造成盤型滾刀受力不均，致使刀具提前損壞，增加換刀次數(shù)、提高配件成本，影響施工進(jìn)度。另一方面，掘進(jìn)方向不當(dāng)使得隧道出現(xiàn)超、欠挖過大，增加了后期工程的工作量，影響工程質(zhì)量。因此，在隧道施工中應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)方向，將偏差控制在允許范圍內(nèi)。TBM導(dǎo)向控制原則如下。

（1）確定合理的方向參數(shù)。

（2）控制掘進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)中心線的偏差。

（3）確保做到掘進(jìn)前準(zhǔn)確定位，掘進(jìn)中嚴(yán)格操作，掘進(jìn)后適時(shí)調(diào)整。

2.2 TBM掘進(jìn)工序及作業(yè)流程

2.2.1 施工工序

TBM掘進(jìn)施工工序流程見圖2。

2.2.2 TBM掘進(jìn)作業(yè)流程

TBM掘進(jìn)時(shí)主要依靠由刀盤、機(jī)頭架與大梁、支撐和推進(jìn)裝置組成的推進(jìn)系統(tǒng)來進(jìn)行，正常的作業(yè)循環(huán)步驟參見圖3。

3 TBM通過不良地質(zhì)洞段的施工方法

3.1 斷層破碎帶洞段的處理措施

3.1.1 超前處理措施

TBM為全斷面法施工工藝，刀盤占據(jù)了整個(gè)開挖斷面，施工人員無法直接看到掌子面，對掘進(jìn)過程中的圍巖狀況不能做出準(zhǔn)確判斷，支護(hù)或超前支護(hù)亦缺乏可靠依據(jù)。因此，必須采取超前處理措施，特別是不良地質(zhì)洞段，應(yīng)對圍巖的自穩(wěn)能力、TBM設(shè)備的適應(yīng)性等方面做出較為準(zhǔn)確的評估，以便及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，并采取有效的支護(hù)手段，主要如下。

（1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對保障TBM順利且安全施工非常之關(guān)鍵。通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，可以在施工前提前做好詳細(xì)、準(zhǔn)確的地質(zhì)調(diào)查，確定掌子面前方斷層的性質(zhì)、特征、規(guī)模等地質(zhì)情況，以及地下水與洞內(nèi)圍巖的連通性、巖體結(jié)構(gòu)狀況及次生軟弱構(gòu)造對施工和支護(hù)的影響程度，以便采取相應(yīng)的處理措施。

（2）在設(shè)計(jì)方和施工技術(shù)人員的指導(dǎo)下，采用管棚、超前小導(dǎo)管注漿、超前錨桿等處理措施，進(jìn)行預(yù)處理。

3.1.2 TBM掘進(jìn)措施

斷層破碎帶圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響較嚴(yán)重，圍巖極破碎且穩(wěn)定性極差，在TBM掘進(jìn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)坍塌，且影響范圍大、深度深、拱頂沉降量大，嚴(yán)重時(shí)很容易造成拱架失穩(wěn)、變形等工程事故[1-2]。

（1）TBM掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)，掌子面附近的圍巖極破碎、松散，因此TBM刀盤應(yīng)頂在掌子面上，暫不后退，更不能在無推進(jìn)的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤進(jìn)行掘進(jìn)，開挖出渣，否則容易造成刀盤前方圍巖出現(xiàn)更大范圍坍塌或形成空洞（穴），加大施工難度，增加工程成本并延誤工期。

（2）對于斷層破碎帶，首先采用噴錨支護(hù)及時(shí)封閉圍巖，噴射混凝土的厚度隨著不同圍巖條件的地段進(jìn)行不同程度的調(diào)整，確保圍巖變形在可控范圍內(nèi)，且主機(jī)撐靴不會(huì)撐垮圍巖。同時(shí)監(jiān)控量測必須及時(shí)反饋，若拱頂沉降不能控制于穩(wěn)定值，應(yīng)采取其他手段加強(qiáng)支護(hù)措施。

（3）對于坍塌區(qū)，要用鐵皮封堵并迅速及時(shí)灌注混凝土進(jìn)行封閉。對范圍較大且坍塌于護(hù)盾上的坍腔回填時(shí)，可在混凝土中加入適量速凝劑以減少支護(hù)時(shí)間，提高效率，保證混凝土一定的流動(dòng)性，進(jìn)而確保坍腔回填密實(shí)。

（4）鋼拱架安裝一定要保證豎直，采用符合要求的間距，擰緊螺栓，徹底清除洞內(nèi)渣底，保證鋼拱架緊貼仰拱并順利安裝。

（5）若鋼拱架受壓變形，則應(yīng)及時(shí)用型鋼將其加固，牢固連接，有效控制拱架變形和圍巖穩(wěn)定，確保TBM主機(jī)安全順利通過。endprint

（6）對于圍巖破碎帶和滲（漏）水區(qū)，可采用打注漿錨桿，用濃度為36Be的水玻璃及水灰比為0.8～1.0的水泥漿對圍巖進(jìn)行加固，充滿整個(gè)圍巖空隙，提高圍巖穩(wěn)定性。

（7）及時(shí)調(diào)整設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，降低對圍巖掌子面的承壓力，減少擾動(dòng)，保護(hù)圍巖，盡量減少剝落坍塌量。在硬巖中，TBM通常是以最大的支撐反力和扭距進(jìn)行掘進(jìn)施工。但是斷層破碎帶洞段圍巖整體性和穩(wěn)定性較差，施工過程中可能伴隨有大中型坍塌，為減少對其圍巖體的破壞，不再使用側(cè)向撐靴，轉(zhuǎn)而采用后支撐頂推行走，用較低的刀盤轉(zhuǎn)速來控制刀盤的推進(jìn)速度，隨之降低了掘進(jìn)速度。

（8）對于規(guī)模較大的斷層破碎帶，利用TBM自身特點(diǎn)進(jìn)行超前處理則不夠經(jīng)濟(jì)、快捷，同時(shí)亦不能滿足工程需要。因此，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，TBM開挖至斷層破碎帶前20 m處停止，通過設(shè)置側(cè)向?qū)Ф床⒉捎勉@爆法對斷層破碎帶進(jìn)行加固處理，如可考慮采用超前管棚支護(hù)、剛性支護(hù)（鋼架支護(hù)）和柔性支護(hù)（錨噴支護(hù)，包括噴混凝土、錨桿及掛鋼筋網(wǎng)）相結(jié)合的支護(hù)方案。

3.1.3 斷層破碎帶的加固

TBM掘進(jìn)通過斷層破碎帶后，應(yīng)盡快對圍巖進(jìn)行一定的加固，主要是沿隧洞圍巖進(jìn)行鉆孔高壓固結(jié)注漿。地下水豐富時(shí)，對注漿厚度、長度應(yīng)及時(shí)調(diào)整、加強(qiáng)控制。

3.2 地下涌水的處理措施

3.2.1 滲漏水的處理

（1）地下水滲漏處理方式主要有引排和封堵兩種措施。掘進(jìn)前，采用超前鉆孔來探測鉆孔出水量、水壓、涌水里程等，若水量不大，利用TBM配備的鉆機(jī)鉆排水孔進(jìn)行排水，布好排水系統(tǒng)后，TBM方可繼續(xù)掘進(jìn)；若水量較大、巖石破碎，且不具備排水條件時(shí)，TBM自身設(shè)備處理較為困難，為確保TBM安全通過，則要采取“洞內(nèi)超前預(yù)注漿為主、后期徑向注漿為輔，開挖采用鋼拱架+超前小導(dǎo)管注漿、預(yù)留核心土”的綜合處理措施[3-4]，否則地下水滲漏可能會(huì)造成工作面及側(cè)壁坍塌，對施工造成災(zāi)難性的影響。

（2）遇到裂隙發(fā)育、涌水量較大的圍巖破碎帶，巖石導(dǎo)水性及富水性較好，可采用排堵結(jié)合的施工方法進(jìn)行處理。在特別破碎的V級圍巖地段，除進(jìn)行必要的排水外，還需采用一定措施控制圍巖變形，如打超前小導(dǎo)管進(jìn)行化學(xué)注漿封堵，并在刀盤頂護(hù)盾后端用型鋼支撐，配以錨桿、噴混凝土加強(qiáng)支護(hù)。

3.2.2 承壓水的處理

（1）根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，TBM掘進(jìn)掌子面前方有承壓水，且水的排放不影響隧道圍巖穩(wěn)定性時(shí)，可采用超前鉆孔排水的方法。

（2）若水的排放影響到隧道圍巖穩(wěn)定性，且出水量較大時(shí)，應(yīng)采用超前注漿進(jìn)行處理。

3.3 控制圍巖變形及防止坍塌的處理措施

（1）采用超前小導(dǎo)管注漿加固掌子面前方的圍巖，堅(jiān)持“先護(hù)頂后掘進(jìn)”的原則掘進(jìn)施工。

（2）刀盤頂護(hù)通過后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土等初期支護(hù)，并架設(shè)鋼支撐，做好鋼支撐間的連接處理，以減少圍巖因未及時(shí)支護(hù)而產(chǎn)生的松弛變形。

（3）采用高壓注漿錨桿、超前管棚等措施進(jìn)行圍巖加固，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件，限制其過大變形。

（4）必須在初期支護(hù)具有一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行TBM掘進(jìn)。

（5）在施工過程中，要及時(shí)對圍巖應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行量測，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，結(jié)合勘察報(bào)告正確分析圍巖及支護(hù)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)采取正確的應(yīng)對措施。當(dāng)初期支護(hù)變形過大時(shí)，應(yīng)及時(shí)噴射早強(qiáng)混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.4 塌方的處理措施

（1）當(dāng)隧洞施工過程中，出現(xiàn)了事故要及時(shí)處理。首先要對塌方范圍、周邊地質(zhì)構(gòu)造和形狀進(jìn)行詳細(xì)觀察及時(shí)處理的邊，再分析塌方發(fā)生的原因和地下水活動(dòng)情況，制定詳細(xì)的處理方案報(bào)業(yè)主和監(jiān)理審批。

（2）隧洞塌方后，采取的應(yīng)對措施根據(jù)其與TBM的相對位置情況不同而不同。一般先加固未塌方地段，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)排水工作。

（3）當(dāng)塌方規(guī)模較小時(shí)，先用TBM的刀盤頂住崩塌危巖體，然后加固其兩端洞段圍巖，盡快噴射混凝土或噴錨聯(lián)合支護(hù)加強(qiáng)洞內(nèi)支護(hù)。

（4）當(dāng)塌方規(guī)模較大，TBM的刀盤被塌落圍巖卡住時(shí)，應(yīng)采取先護(hù)后挖的方法，在查清塌洞（穴）規(guī)模的情況后，可采用超前管棚法或注漿加固法穩(wěn)定圍巖[5]。

4 保障TBM通過不良地質(zhì)洞段的展望

（1）隧道施工前期應(yīng)加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)工作，然后根據(jù)工程的規(guī)模、不良地質(zhì)段的分布及場地的具體情況和特點(diǎn)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工方案和處理措施。

（2）配備完整的超前加固和易于操作的砼噴射系統(tǒng)，可及時(shí)對前方不良地質(zhì)洞段進(jìn)行預(yù)加固處理，封閉圍巖，以控制變形和坍塌擴(kuò)延。

（3）根據(jù)前期勘察設(shè)計(jì)資料以及已開挖斷面的巖渣信息判斷隧洞前方圍巖的地質(zhì)情況，必要時(shí)需進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以便準(zhǔn)確探查前方不良地質(zhì)情況并采取有效措施。

（4）工程技術(shù)人員要充分認(rèn)識TBM的構(gòu)造、工藝流程和施工技術(shù)方法與原理等。TBM掘進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件，選用合理的掘進(jìn)參數(shù)，并鼓勵(lì)技術(shù)人員對TBM進(jìn)行創(chuàng)新改造，從而推動(dòng)TBM在我國隧道施工的發(fā)展與推廣。

（5）建立健全的安全保障體系，加強(qiáng)對工程技術(shù)人員的安全、技術(shù)培訓(xùn)工作，保證工程安全進(jìn)行。

（6）施工前，全面做好各種材料、設(shè)施等的準(zhǔn)備工作，保證TBM掘進(jìn)、支護(hù)等工作的高速、高質(zhì)量、高效地完成。

5 結(jié)語

TBM能否安全、順利通過隧道的不良地質(zhì)洞段是整個(gè)隧道工程設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)所在。雖然TBM對不良地質(zhì)地段的適應(yīng)性較差，但只要給予足夠的重視，并做好前期勘察設(shè)計(jì)及施工保障等工作，就可以安全通過，進(jìn)而保證整個(gè)工程施工順利進(jìn)行，達(dá)到預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂立超.TBM在遼寧大伙房輸水工程中的應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)，2006.

[2] 尹俊濤.與TBM相關(guān)的主要工程地質(zhì)問題研究[D].中南大學(xué)，2005.

[3] 章元愛.TBM隧道圍巖穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性研究[D].鐵道部科學(xué)研究院，2006.

[4] 梅志榮，高菊茹.大伙房輸水工程特長隧洞TBM施工關(guān)鍵技術(shù)研究[R].成都：中鐵西南科學(xué)研究院，2009.

[5] 張軍偉，梅志榮.大伙房輸水工程特長隧洞TBM選型及施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010，47（5）.endprint

（6）對于圍巖破碎帶和滲（漏）水區(qū)，可采用打注漿錨桿，用濃度為36Be的水玻璃及水灰比為0.8～1.0的水泥漿對圍巖進(jìn)行加固，充滿整個(gè)圍巖空隙，提高圍巖穩(wěn)定性。

（7）及時(shí)調(diào)整設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，降低對圍巖掌子面的承壓力，減少擾動(dòng)，保護(hù)圍巖，盡量減少剝落坍塌量。在硬巖中，TBM通常是以最大的支撐反力和扭距進(jìn)行掘進(jìn)施工。但是斷層破碎帶洞段圍巖整體性和穩(wěn)定性較差，施工過程中可能伴隨有大中型坍塌，為減少對其圍巖體的破壞，不再使用側(cè)向撐靴，轉(zhuǎn)而采用后支撐頂推行走，用較低的刀盤轉(zhuǎn)速來控制刀盤的推進(jìn)速度，隨之降低了掘進(jìn)速度。

（8）對于規(guī)模較大的斷層破碎帶，利用TBM自身特點(diǎn)進(jìn)行超前處理則不夠經(jīng)濟(jì)、快捷，同時(shí)亦不能滿足工程需要。因此，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，TBM開挖至斷層破碎帶前20 m處停止，通過設(shè)置側(cè)向?qū)Ф床⒉捎勉@爆法對斷層破碎帶進(jìn)行加固處理，如可考慮采用超前管棚支護(hù)、剛性支護(hù)（鋼架支護(hù)）和柔性支護(hù)（錨噴支護(hù)，包括噴混凝土、錨桿及掛鋼筋網(wǎng)）相結(jié)合的支護(hù)方案。

3.1.3 斷層破碎帶的加固

TBM掘進(jìn)通過斷層破碎帶后，應(yīng)盡快對圍巖進(jìn)行一定的加固，主要是沿隧洞圍巖進(jìn)行鉆孔高壓固結(jié)注漿。地下水豐富時(shí)，對注漿厚度、長度應(yīng)及時(shí)調(diào)整、加強(qiáng)控制。

3.2 地下涌水的處理措施

3.2.1 滲漏水的處理

（1）地下水滲漏處理方式主要有引排和封堵兩種措施。掘進(jìn)前，采用超前鉆孔來探測鉆孔出水量、水壓、涌水里程等，若水量不大，利用TBM配備的鉆機(jī)鉆排水孔進(jìn)行排水，布好排水系統(tǒng)后，TBM方可繼續(xù)掘進(jìn)；若水量較大、巖石破碎，且不具備排水條件時(shí)，TBM自身設(shè)備處理較為困難，為確保TBM安全通過，則要采取“洞內(nèi)超前預(yù)注漿為主、后期徑向注漿為輔，開挖采用鋼拱架+超前小導(dǎo)管注漿、預(yù)留核心土”的綜合處理措施[3-4]，否則地下水滲漏可能會(huì)造成工作面及側(cè)壁坍塌，對施工造成災(zāi)難性的影響。

（2）遇到裂隙發(fā)育、涌水量較大的圍巖破碎帶，巖石導(dǎo)水性及富水性較好，可采用排堵結(jié)合的施工方法進(jìn)行處理。在特別破碎的V級圍巖地段，除進(jìn)行必要的排水外，還需采用一定措施控制圍巖變形，如打超前小導(dǎo)管進(jìn)行化學(xué)注漿封堵，并在刀盤頂護(hù)盾后端用型鋼支撐，配以錨桿、噴混凝土加強(qiáng)支護(hù)。

3.2.2 承壓水的處理

（1）根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，TBM掘進(jìn)掌子面前方有承壓水，且水的排放不影響隧道圍巖穩(wěn)定性時(shí)，可采用超前鉆孔排水的方法。

（2）若水的排放影響到隧道圍巖穩(wěn)定性，且出水量較大時(shí)，應(yīng)采用超前注漿進(jìn)行處理。

3.3 控制圍巖變形及防止坍塌的處理措施

（1）采用超前小導(dǎo)管注漿加固掌子面前方的圍巖，堅(jiān)持“先護(hù)頂后掘進(jìn)”的原則掘進(jìn)施工。

（2）刀盤頂護(hù)通過后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土等初期支護(hù)，并架設(shè)鋼支撐，做好鋼支撐間的連接處理，以減少圍巖因未及時(shí)支護(hù)而產(chǎn)生的松弛變形。

（3）采用高壓注漿錨桿、超前管棚等措施進(jìn)行圍巖加固，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件，限制其過大變形。

（4）必須在初期支護(hù)具有一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行TBM掘進(jìn)。

（5）在施工過程中，要及時(shí)對圍巖應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行量測，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，結(jié)合勘察報(bào)告正確分析圍巖及支護(hù)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)采取正確的應(yīng)對措施。當(dāng)初期支護(hù)變形過大時(shí)，應(yīng)及時(shí)噴射早強(qiáng)混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.4 塌方的處理措施

（1）當(dāng)隧洞施工過程中，出現(xiàn)了事故要及時(shí)處理。首先要對塌方范圍、周邊地質(zhì)構(gòu)造和形狀進(jìn)行詳細(xì)觀察及時(shí)處理的邊，再分析塌方發(fā)生的原因和地下水活動(dòng)情況，制定詳細(xì)的處理方案報(bào)業(yè)主和監(jiān)理審批。

（2）隧洞塌方后，采取的應(yīng)對措施根據(jù)其與TBM的相對位置情況不同而不同。一般先加固未塌方地段，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)排水工作。

（3）當(dāng)塌方規(guī)模較小時(shí)，先用TBM的刀盤頂住崩塌危巖體，然后加固其兩端洞段圍巖，盡快噴射混凝土或噴錨聯(lián)合支護(hù)加強(qiáng)洞內(nèi)支護(hù)。

（4）當(dāng)塌方規(guī)模較大，TBM的刀盤被塌落圍巖卡住時(shí)，應(yīng)采取先護(hù)后挖的方法，在查清塌洞（穴）規(guī)模的情況后，可采用超前管棚法或注漿加固法穩(wěn)定圍巖[5]。

4 保障TBM通過不良地質(zhì)洞段的展望

（1）隧道施工前期應(yīng)加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)工作，然后根據(jù)工程的規(guī)模、不良地質(zhì)段的分布及場地的具體情況和特點(diǎn)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工方案和處理措施。

（2）配備完整的超前加固和易于操作的砼噴射系統(tǒng)，可及時(shí)對前方不良地質(zhì)洞段進(jìn)行預(yù)加固處理，封閉圍巖，以控制變形和坍塌擴(kuò)延。

（3）根據(jù)前期勘察設(shè)計(jì)資料以及已開挖斷面的巖渣信息判斷隧洞前方圍巖的地質(zhì)情況，必要時(shí)需進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以便準(zhǔn)確探查前方不良地質(zhì)情況并采取有效措施。

（4）工程技術(shù)人員要充分認(rèn)識TBM的構(gòu)造、工藝流程和施工技術(shù)方法與原理等。TBM掘進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件，選用合理的掘進(jìn)參數(shù)，并鼓勵(lì)技術(shù)人員對TBM進(jìn)行創(chuàng)新改造，從而推動(dòng)TBM在我國隧道施工的發(fā)展與推廣。

（5）建立健全的安全保障體系，加強(qiáng)對工程技術(shù)人員的安全、技術(shù)培訓(xùn)工作，保證工程安全進(jìn)行。

（6）施工前，全面做好各種材料、設(shè)施等的準(zhǔn)備工作，保證TBM掘進(jìn)、支護(hù)等工作的高速、高質(zhì)量、高效地完成。

5 結(jié)語

TBM能否安全、順利通過隧道的不良地質(zhì)洞段是整個(gè)隧道工程設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)所在。雖然TBM對不良地質(zhì)地段的適應(yīng)性較差，但只要給予足夠的重視，并做好前期勘察設(shè)計(jì)及施工保障等工作，就可以安全通過，進(jìn)而保證整個(gè)工程施工順利進(jìn)行，達(dá)到預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂立超.TBM在遼寧大伙房輸水工程中的應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)，2006.

[2] 尹俊濤.與TBM相關(guān)的主要工程地質(zhì)問題研究[D].中南大學(xué)，2005.

[3] 章元愛.TBM隧道圍巖穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性研究[D].鐵道部科學(xué)研究院，2006.

[4] 梅志榮，高菊茹.大伙房輸水工程特長隧洞TBM施工關(guān)鍵技術(shù)研究[R].成都：中鐵西南科學(xué)研究院，2009.

[5] 張軍偉，梅志榮.大伙房輸水工程特長隧洞TBM選型及施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010，47（5）.endprint

（6）對于圍巖破碎帶和滲（漏）水區(qū)，可采用打注漿錨桿，用濃度為36Be的水玻璃及水灰比為0.8～1.0的水泥漿對圍巖進(jìn)行加固，充滿整個(gè)圍巖空隙，提高圍巖穩(wěn)定性。

（7）及時(shí)調(diào)整設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，降低對圍巖掌子面的承壓力，減少擾動(dòng)，保護(hù)圍巖，盡量減少剝落坍塌量。在硬巖中，TBM通常是以最大的支撐反力和扭距進(jìn)行掘進(jìn)施工。但是斷層破碎帶洞段圍巖整體性和穩(wěn)定性較差，施工過程中可能伴隨有大中型坍塌，為減少對其圍巖體的破壞，不再使用側(cè)向撐靴，轉(zhuǎn)而采用后支撐頂推行走，用較低的刀盤轉(zhuǎn)速來控制刀盤的推進(jìn)速度，隨之降低了掘進(jìn)速度。

（8）對于規(guī)模較大的斷層破碎帶，利用TBM自身特點(diǎn)進(jìn)行超前處理則不夠經(jīng)濟(jì)、快捷，同時(shí)亦不能滿足工程需要。因此，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，TBM開挖至斷層破碎帶前20 m處停止，通過設(shè)置側(cè)向?qū)Ф床⒉捎勉@爆法對斷層破碎帶進(jìn)行加固處理，如可考慮采用超前管棚支護(hù)、剛性支護(hù)（鋼架支護(hù)）和柔性支護(hù)（錨噴支護(hù)，包括噴混凝土、錨桿及掛鋼筋網(wǎng)）相結(jié)合的支護(hù)方案。

3.1.3 斷層破碎帶的加固

TBM掘進(jìn)通過斷層破碎帶后，應(yīng)盡快對圍巖進(jìn)行一定的加固，主要是沿隧洞圍巖進(jìn)行鉆孔高壓固結(jié)注漿。地下水豐富時(shí)，對注漿厚度、長度應(yīng)及時(shí)調(diào)整、加強(qiáng)控制。

3.2 地下涌水的處理措施

3.2.1 滲漏水的處理

（1）地下水滲漏處理方式主要有引排和封堵兩種措施。掘進(jìn)前，采用超前鉆孔來探測鉆孔出水量、水壓、涌水里程等，若水量不大，利用TBM配備的鉆機(jī)鉆排水孔進(jìn)行排水，布好排水系統(tǒng)后，TBM方可繼續(xù)掘進(jìn)；若水量較大、巖石破碎，且不具備排水條件時(shí)，TBM自身設(shè)備處理較為困難，為確保TBM安全通過，則要采取“洞內(nèi)超前預(yù)注漿為主、后期徑向注漿為輔，開挖采用鋼拱架+超前小導(dǎo)管注漿、預(yù)留核心土”的綜合處理措施[3-4]，否則地下水滲漏可能會(huì)造成工作面及側(cè)壁坍塌，對施工造成災(zāi)難性的影響。

（2）遇到裂隙發(fā)育、涌水量較大的圍巖破碎帶，巖石導(dǎo)水性及富水性較好，可采用排堵結(jié)合的施工方法進(jìn)行處理。在特別破碎的V級圍巖地段，除進(jìn)行必要的排水外，還需采用一定措施控制圍巖變形，如打超前小導(dǎo)管進(jìn)行化學(xué)注漿封堵，并在刀盤頂護(hù)盾后端用型鋼支撐，配以錨桿、噴混凝土加強(qiáng)支護(hù)。

3.2.2 承壓水的處理

（1）根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，TBM掘進(jìn)掌子面前方有承壓水，且水的排放不影響隧道圍巖穩(wěn)定性時(shí)，可采用超前鉆孔排水的方法。

（2）若水的排放影響到隧道圍巖穩(wěn)定性，且出水量較大時(shí)，應(yīng)采用超前注漿進(jìn)行處理。

3.3 控制圍巖變形及防止坍塌的處理措施

（1）采用超前小導(dǎo)管注漿加固掌子面前方的圍巖，堅(jiān)持“先護(hù)頂后掘進(jìn)”的原則掘進(jìn)施工。

（2）刀盤頂護(hù)通過后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土等初期支護(hù)，并架設(shè)鋼支撐，做好鋼支撐間的連接處理，以減少圍巖因未及時(shí)支護(hù)而產(chǎn)生的松弛變形。

（3）采用高壓注漿錨桿、超前管棚等措施進(jìn)行圍巖加固，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件，限制其過大變形。

（4）必須在初期支護(hù)具有一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行TBM掘進(jìn)。

（5）在施工過程中，要及時(shí)對圍巖應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行量測，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，結(jié)合勘察報(bào)告正確分析圍巖及支護(hù)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)采取正確的應(yīng)對措施。當(dāng)初期支護(hù)變形過大時(shí)，應(yīng)及時(shí)噴射早強(qiáng)混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.4 塌方的處理措施

（1）當(dāng)隧洞施工過程中，出現(xiàn)了事故要及時(shí)處理。首先要對塌方范圍、周邊地質(zhì)構(gòu)造和形狀進(jìn)行詳細(xì)觀察及時(shí)處理的邊，再分析塌方發(fā)生的原因和地下水活動(dòng)情況，制定詳細(xì)的處理方案報(bào)業(yè)主和監(jiān)理審批。

（2）隧洞塌方后，采取的應(yīng)對措施根據(jù)其與TBM的相對位置情況不同而不同。一般先加固未塌方地段，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)排水工作。

（3）當(dāng)塌方規(guī)模較小時(shí)，先用TBM的刀盤頂住崩塌危巖體，然后加固其兩端洞段圍巖，盡快噴射混凝土或噴錨聯(lián)合支護(hù)加強(qiáng)洞內(nèi)支護(hù)。

（4）當(dāng)塌方規(guī)模較大，TBM的刀盤被塌落圍巖卡住時(shí)，應(yīng)采取先護(hù)后挖的方法，在查清塌洞（穴）規(guī)模的情況后，可采用超前管棚法或注漿加固法穩(wěn)定圍巖[5]。

4 保障TBM通過不良地質(zhì)洞段的展望

（1）隧道施工前期應(yīng)加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)工作，然后根據(jù)工程的規(guī)模、不良地質(zhì)段的分布及場地的具體情況和特點(diǎn)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工方案和處理措施。

（2）配備完整的超前加固和易于操作的砼噴射系統(tǒng)，可及時(shí)對前方不良地質(zhì)洞段進(jìn)行預(yù)加固處理，封閉圍巖，以控制變形和坍塌擴(kuò)延。

（3）根據(jù)前期勘察設(shè)計(jì)資料以及已開挖斷面的巖渣信息判斷隧洞前方圍巖的地質(zhì)情況，必要時(shí)需進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以便準(zhǔn)確探查前方不良地質(zhì)情況并采取有效措施。

（4）工程技術(shù)人員要充分認(rèn)識TBM的構(gòu)造、工藝流程和施工技術(shù)方法與原理等。TBM掘進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件，選用合理的掘進(jìn)參數(shù)，并鼓勵(lì)技術(shù)人員對TBM進(jìn)行創(chuàng)新改造，從而推動(dòng)TBM在我國隧道施工的發(fā)展與推廣。

（5）建立健全的安全保障體系，加強(qiáng)對工程技術(shù)人員的安全、技術(shù)培訓(xùn)工作，保證工程安全進(jìn)行。

（6）施工前，全面做好各種材料、設(shè)施等的準(zhǔn)備工作，保證TBM掘進(jìn)、支護(hù)等工作的高速、高質(zhì)量、高效地完成。

5 結(jié)語

TBM能否安全、順利通過隧道的不良地質(zhì)洞段是整個(gè)隧道工程設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)所在。雖然TBM對不良地質(zhì)地段的適應(yīng)性較差，但只要給予足夠的重視，并做好前期勘察設(shè)計(jì)及施工保障等工作，就可以安全通過，進(jìn)而保證整個(gè)工程施工順利進(jìn)行，達(dá)到預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂立超.TBM在遼寧大伙房輸水工程中的應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)，2006.

[2] 尹俊濤.與TBM相關(guān)的主要工程地質(zhì)問題研究[D].中南大學(xué)，2005.

[3] 章元愛.TBM隧道圍巖穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性研究[D].鐵道部科學(xué)研究院，2006.

[4] 梅志榮，高菊茹.大伙房輸水工程特長隧洞TBM施工關(guān)鍵技術(shù)研究[R].成都：中鐵西南科學(xué)研究院，2009.

[5] 張軍偉，梅志榮.大伙房輸水工程特長隧洞TBM選型及施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010，47（5）.endprint