中部引黃工程雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)隧洞堵水施工實(shí)踐

楊鯤鵬

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

中部引黃工程雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)隧洞堵水施工實(shí)踐

楊鯤鵬

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)隧洞發(fā)生涌（突）水后，封堵涌（突）水相當(dāng)困難，主要原因是涌（突）水點(diǎn)位于預(yù)制混凝土管片后面，無法針對涌（突）水點(diǎn)進(jìn)行封堵，同時管片與巖壁間空腔雖然被豆礫石、水泥漿回填，但回填灌漿密實(shí)度很難達(dá)到堵水要求，導(dǎo)致涌水沿空腔流動，難以將涌水全部封堵。通過TBM掘進(jìn)隧洞涌水部位、涌水量大小、涌水壓力等不同情況下的堵水施工，介紹了雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)隧洞涌（突）水施工所用材料、工具及具體施工方法，為其他相似類型隧洞涌（突）水堵水施工提供借鑒。

隧洞；涌（突）水；堵水；TBM掘進(jìn)施工；中部引黃工程

1 工程概況

山西中部引黃工程TBM2標(biāo)工程包括進(jìn)洞支洞、主洞，長20.326km，總干3號隧洞樁號總98+070.25—總118+395.85，坡度1/2500，進(jìn)洞支洞樁號長3641.21m，縱坡6.5%，其中樁號XJ3+335.02—XJ3+350.02為15m平洞段，樁號XJ3+350.02—XJ3+641.21（主洞與支洞交叉點(diǎn)）為平面弧段，弧長291.185m（R=500m）。

2 工程地質(zhì)情況

進(jìn)洞支洞樁號1+494.54—3+765.57地段推測巖溶地下水位位于洞頂以上0～213m，存在施工涌水問題，估算涌水量見表1。

表1 TBM下游支洞分段涌水量估算表

樁號2+217.02—2+725.72地段洞身穿過的地層為奧陶系下統(tǒng)及寒武系上統(tǒng)鳳山組。奧陶系下統(tǒng)地層巖性為淺灰色、深灰色中—厚層白云巖，底部為約2m厚的鈣質(zhì)頁巖；寒武系上統(tǒng)鳳山組地層巖性為灰白色、深灰色厚層中—粗粒白云巖，隧洞圍巖為中硬巖。推測樁號2+288.02—2+725.72地段巖溶地下水位位于洞頂以上0～130m，隧洞開挖時可能出現(xiàn)涌水或突水。

樁號2+725.72—2+921.76地段洞身穿過地層為寒武系上統(tǒng)長山組及崮山組。長山組上部地層巖性為青灰色白云巖，下部地層巖性為青灰色竹葉狀灰?guī)r夾白云巖；崮山組上部地層巖性為青灰色泥質(zhì)條帶灰?guī)r，下部地層巖性為黑紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，隧洞圍巖多為軟—較軟巖。推測巖溶地下水位位于洞頂以上130～160m，隧洞開挖時可能發(fā)生涌水或突水。

樁號2+921.76—3+641.20地段洞身穿過的地層為寒武系中統(tǒng)張夏組及太古界界河口群奧加灣組。張夏組地層巖性為深灰色白云巖、灰?guī)r；奧家灣組地層巖性為條帶狀斜長角閃巖等，隧洞圍巖為中硬巖。推測巖溶地下水位位于洞頂以上160～212m，隧洞開挖時可能發(fā)生涌水或突水。

3 現(xiàn)場情況

當(dāng)TBM掘進(jìn)至樁號2447時，掌子面10點(diǎn)位置發(fā)現(xiàn)有透水，透水點(diǎn)直徑20mm，呈徑流，水壓偏低。按TBM施工常規(guī)做法，尤其是下坡掘進(jìn)工況時，應(yīng)當(dāng)采用TBM設(shè)備配備的超前地質(zhì)鉆機(jī)先探后掘，如發(fā)現(xiàn)涌水情況立即采取超前鉆孔進(jìn)行超前灌漿處理（水泥漿改化學(xué)灌漿），但當(dāng)時超前鉆機(jī)未到場，無法采用此施工方法。

4 地下涌水處理措施

根據(jù)地質(zhì)情況及施工現(xiàn)場情況，尤其是TBM設(shè)備下坡掘進(jìn)工況，為保證施工安全和質(zhì)量，采用“先探后掘、以堵為主、堵排結(jié)合、擇機(jī)封堵”的原則進(jìn)行施工。

先探后掘是在有效使排水能力大于涌水量后進(jìn)行掘進(jìn)，保證能夠及時、有效地將涌水排出洞外，具體措施為：TBM機(jī)頭位置安放6臺DN80潛水泵（3備3用）；增設(shè)機(jī)頭位置至中部污水箱DN80排水管，并備用消防水帶300m；中間污水箱增設(shè)1臺DN100潛水泵；機(jī)尾排水設(shè)施，原DN80多級泵更換為DN100多級泵，改造管道以便適時切換，保障運(yùn)行；增設(shè)2條DN80排水管線（一條鋼管、一條聚乙烯管道）隧洞中布置4處10m3鋼制水箱，形成5級連級排水設(shè)施。10kV電源入洞，每處配備200kVA變配電設(shè)施，4臺DN80潛水泵（2備2用），通訊、監(jiān)控連接值班室及時調(diào)度；在樁號XJ2+840隧洞右側(cè)安設(shè)2片鋼制側(cè)管片（擴(kuò)挖形成水倉）；在樁號XJ3+358隧洞水平洞段擴(kuò)挖形成水倉；每個排水點(diǎn)安排專人值守；及時對地下涌水進(jìn)行封堵，保障TBM設(shè)備掘進(jìn)安全。

5 地下涌水封堵施工方案

5.1 掌子面出現(xiàn)裂隙巖溶水、涌水點(diǎn)（孔）

當(dāng)掌子面出現(xiàn)涌水點(diǎn)，且施工人員能夠進(jìn)行操作時，在裂隙周圍用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑25mm，深度50～80cm，埋設(shè)DN20mm鋼管（帶球閥門）進(jìn)行泄壓和導(dǎo)水（同時也是灌漿管），埋設(shè)距離和數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場確定，一般采用50～80cm間距。然后用水不漏對巖面裂隙進(jìn)行封堵，待封堵材料達(dá)到強(qiáng)度30MPa（約1.5～2.5d），采用DS化學(xué)漿液、普通硅酸鹽42.5水泥漿，用液壓雙液注漿泵依次進(jìn)行注漿封堵（注漿壓力0.5～2MPa），封堵結(jié)束后（約3h）拆除外露鋼管。

5.2 隧洞壁涌水、透水

施作加強(qiáng)封閉環(huán)：用手工水鉆按孔距60cm，直徑20mm，雙排梅花型布置鉆孔，采用雙液高壓灌注機(jī)將化學(xué)灌漿材料（A/B組份）依次注入，形成1～1.2m寬的封閉環(huán)（如管片后豆礫石因水沖流失，封閉環(huán)應(yīng)加寬），將涌水段進(jìn)行分段阻隔，阻隔長度視涌水量大小確定（一般應(yīng)控制在6～10環(huán)左右）。

鉆孔埋設(shè)灌漿管，管徑38mm，管長60cm，間距1.75m×1.4m，管道安設(shè)球閥。

待封閉環(huán)達(dá)到強(qiáng)度1～1.5MPa（約2.5～3h）采用水玻璃（水玻璃無效時采用DS化學(xué)漿液）、普通硅酸鹽42.5水泥漿，用液壓雙液注漿泵依次進(jìn)行注漿封堵（注漿壓力0.5～1MPa），封堵結(jié)束后（約2.5h）拆除外露鋼管。水∶水泥∶DS漿液比為1∶1∶1。

5.3 隧洞洞壁涌水量大且涌水壓力大區(qū)段

加寬封閉環(huán)寬度（此段因管片背后豆礫石被水沖走，流失量大）至1.6m；鉆孔布置灌漿孔（同上）；采用中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院研發(fā)生產(chǎn)的“注漿用水下不分散水泥絮凝劑”和硫鋁酸鹽52.5水泥配置成凈漿，使用JRD300B灌漿泵依先底管片、后側(cè)、頂管片的順序進(jìn)行注漿封堵，固結(jié)后強(qiáng)度可達(dá)30MPa，注漿壓力0.5～1MPa，水∶水泥：絮凝劑比為0.5∶1∶0.03；封堵結(jié)束后2.5h拆除外露鋼管。

5.4 二次處理

對已進(jìn)行注漿封堵段處理后仍有滲、滴、冒水現(xiàn)象，進(jìn)行二次灌漿或化學(xué)灌漿處理。

5.5 總干3號隧洞TBM2標(biāo)進(jìn)洞支洞縱斷面圖工程地質(zhì)情況

根據(jù)物探資料，樁號3+016附近等值線彎曲變形，整體電性趨勢的連續(xù)性被切斷，存在明顯的電性界限，推斷該處存在斷層F3。樁號2+966.62—3+066.62地段處于斷層破碎帶及影響帶內(nèi)巖石破碎，巖體完整性差，圍巖極不穩(wěn)定，不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重，且地下水位位于洞頂以上160～212m，隧洞開挖時可能發(fā)生涌水或突水。

根據(jù)以上情況，此洞段在TBM掘進(jìn)施工中容易發(fā)生塌方，涌水量大，水頭壓力高，甚至突發(fā)性涌水，威脅TBM施工安全，對此將采用下列施工方案。

加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報，尤其是中、短期預(yù)報，聘請專業(yè)人士使用地質(zhì)雷達(dá)和超前地質(zhì)鉆機(jī)探孔等方法獲得準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報，指導(dǎo)施工；在TBM掘進(jìn)至樁號2+ 916.62時（即達(dá)到該特殊地質(zhì)洞段前50m），對TBM設(shè)備電氣、液壓、機(jī)械、灌漿等系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真維護(hù)保養(yǎng)，使TBM以最佳狀態(tài)通過不良地質(zhì)洞段；地質(zhì)工程師在此段施工時要及時通過尾護(hù)盾裸露巖石、皮帶機(jī)出渣料變化、停機(jī)時進(jìn)入掌子面觀察圍巖，以及采用超前鉆機(jī)對前方圍巖探測等措施作出正確判斷；必要時對刀盤進(jìn)料口進(jìn)行封堵，當(dāng)遇到不良地質(zhì)段出渣量特別大時，應(yīng)減小出渣量，以保證TBM施工順利進(jìn)行；使用超前地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行先探后掘的原則：如超前鉆探時遇到大量涌水情況，應(yīng)通過超前鉆孔進(jìn)行有序泄水、泄壓，待出水量穩(wěn)定或降低后，確定是否要進(jìn)行灌漿和地質(zhì)處理；對該斷層影響帶施工時如果利用超前地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行探測發(fā)現(xiàn)有軟巖地層、涌泥、軟質(zhì)巖變形、斷層帶引起的掉塊、坍塌時，首先利用超前鉆機(jī)鉆孔，進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，涌（突）水段用化學(xué)灌漿處理，用手持式噴射混凝土設(shè)備快速封閉巖面，及時對破碎地段進(jìn)行固結(jié)灌漿，水∶水泥∶水玻璃比為1∶1∶1。

5.6 安全施工措施

第一，所有進(jìn)入施工現(xiàn)場人員穿工作服、勞保鞋，配戴安全帽。特殊工種人員按規(guī)定配戴專門的勞動防護(hù)用品，并由專職安全員進(jìn)行現(xiàn)場檢查、巡視。

第二，施工所用電器設(shè)備的金屬外殼，必須做到接地又接零。一切電器設(shè)備做到安全可靠，嚴(yán)格管理，經(jīng)常檢查、維修，使之處于良好狀態(tài)，非專職電氣人員不操作電氣設(shè)備。

第三，禁止擅自動用、安裝電氣設(shè)備。電動機(jī)械使用的電纜，禁止用鉛絲纏繞。電動機(jī)運(yùn)行時注意電壓波動，嚴(yán)禁三相電機(jī)只有二相運(yùn)行。

第四，高處作業(yè)使用的工具、材料等做好防護(hù)防止掉落，所用材料要堆放平穩(wěn)，工具應(yīng)隨手放入工具袋內(nèi)，上下傳遞物件禁止拋擲，使用的材料應(yīng)隨用隨吊，用后及時清理，在物架上臨時堆放物品，嚴(yán)禁超過允許載荷。

第五，所有機(jī)械設(shè)備在使用前均進(jìn)行常規(guī)檢查和試運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)特別注意制動系統(tǒng)是否完好，詳細(xì)檢查各部機(jī)件和儀表讀數(shù)是否正常，周圍有無干擾，確認(rèn)無問題時方可正式運(yùn)轉(zhuǎn)。

第六，機(jī)械設(shè)備應(yīng)定機(jī)定人操作，持證上崗。不熟悉機(jī)械性能和操作方法的人員不得單獨(dú)操作。非專業(yè)人員禁止開動機(jī)械設(shè)備。機(jī)械操作手應(yīng)隨時注意機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況，不得擅離職守。

第七，交接班作業(yè)嚴(yán)格交接手續(xù)，當(dāng)班人員把本班情況和發(fā)現(xiàn)的問題向接班人員交待清楚，并做詳細(xì)記錄。

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］1004-7042（2016）11-0044-02

楊鯤鵬（1983-），男，2010年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2016-09-17；

2016-10-24