不良地質(zhì)段TBM施工技術(shù)分析

【摘要】以某輸水工程引水隧洞TBM施工為例，分析了施工中存在的主要工程地質(zhì)問題，提出通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)加強(qiáng)對(duì)不良地質(zhì)體的預(yù)報(bào)與預(yù)測(cè)，并分析了不同地質(zhì)情況可采取的處理措施。

【關(guān)鍵詞】輸水隧洞；不良地質(zhì)段；TBM施工

某水庫(kù)引水工程設(shè)計(jì)引水隧洞長(zhǎng)度在km，其中有大約60.84km隧洞由法施工為主，輔以鉆爆法的施工方式。設(shè)計(jì)隧洞斷面為圓形，直徑為m。考慮施工空間及地質(zhì)條件因素，工程確定設(shè)備型式為開敞式，并結(jié)合全環(huán)內(nèi)通式襯砌模板臺(tái)車對(duì)隧洞進(jìn)行同步襯砌。

1、工程地質(zhì)

工程區(qū)域地質(zhì)條件較為復(fù)雜，區(qū)域斷層分布較多，僅主洞線附近約有29條斷層，其中F3、F11、F13、F14、F41等大型壓扭性斷層對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響最為嚴(yán)重，使得隧洞圍巖破碎程度較大，Ⅳ、Ⅴ類圍巖所占比重較大，影響了隧洞正常開挖與后期圍巖穩(wěn)定性。

1.1 工程地質(zhì)問題

對(duì)隧洞施工標(biāo)段地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查，得到引水隧洞施工主要面臨的工程地質(zhì)問題有以下兩個(gè)方面：其一，圍巖巖穩(wěn)定性較差。施工標(biāo)段圍巖主要為微風(fēng)化—新鮮，巖性抗壓強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性良好。但隧洞圍巖賦存條件十分復(fù)雜，區(qū)域斷層分布較多，僅主洞線附近就有29條斷層；斷層類型以壓扭性斷層為主，對(duì)區(qū)域圍巖穩(wěn)定性影響最為嚴(yán)重。同時(shí)在高地應(yīng)力作用下，圍巖破壞與失穩(wěn)類型多樣，并有發(fā)生巖爆的可能。其二，隧洞涌水。隧洞施工標(biāo)段整體涌水量較小，僅部分異常地段涌水量會(huì)增加，預(yù)計(jì)最大單寬流量在m3/h。

2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

由于輸水工程線路較長(zhǎng)，工程地質(zhì)勘探中不免存在遺漏之處。為保證隧洞施工的順利進(jìn)行，需要加強(qiáng)對(duì)不良地質(zhì)體的超前探測(cè)與預(yù)報(bào)。工程超前地質(zhì)勘探采用采用法，并結(jié)合鉆探、、等綜合勘探措施，對(duì)不良地質(zhì)體進(jìn)行判別。掘進(jìn)工作面在臨近不良地質(zhì)體前，往往有一些地質(zhì)征兆，如掌子面圍巖破碎情況、渣料成分、塊度大小、掘進(jìn)機(jī)工作參數(shù)等，通過綜合分析以了解地質(zhì)體情況。結(jié)合工程施工情況，對(duì)施工中常見不良地質(zhì)體前兆標(biāo)志進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2.1 斷層破碎帶

遇斷層破碎帶之前，隧洞掘進(jìn)出圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育程度將明顯增加，巖體破碎情況加劇，強(qiáng)度下降，巖體風(fēng)化程度有顯著增強(qiáng)；挖掘出的渣石顏色異常，有黃、紅、褐等不同顏色。同時(shí)，對(duì)于嚴(yán)重的斷層破碎帶，TBM掘進(jìn)過程中機(jī)械會(huì)發(fā)生震顫，掌子面會(huì)發(fā)生較大的響聲，嚴(yán)重時(shí)掘進(jìn)刀盤會(huì)被擠壓卡死，無法進(jìn)行切削施工。

2.2 突水、突泥

掘進(jìn)面巖體節(jié)理裂隙組數(shù)明顯增多，滲水情況嚴(yán)重，滲水帶有一定水壓，滲出水流較為渾濁。

3、不良地質(zhì)段TBM施工技術(shù)

3.1 過斷層破碎帶

隧洞掘進(jìn)斷層破碎帶時(shí)，可能產(chǎn)生拱頂坍塌、埋沒刀盤、刀盤工作異常、涌水等問題，影響隧洞掘進(jìn)與襯砌的順利進(jìn)行。針對(duì)不同斷層影響情況，工程需采取相應(yīng)的解決措施，可通過調(diào)整支護(hù)參數(shù)與支護(hù)方式。針對(duì)小斷層情況，工程設(shè)計(jì)在掘進(jìn)過程中，撐靴以上巖面采用錨桿+Φ8@15cm×15cm鋼筋網(wǎng)進(jìn)行貼面支護(hù)，錨桿間排距控制在800mm-1000mm；如巖石破碎程度較大，則適當(dāng)調(diào)整鋼筋網(wǎng)規(guī)格，采用Φ8@10cm×10cm規(guī)格鋼筋網(wǎng)。同時(shí)，如斷層破碎段圍巖變形較為嚴(yán)重，可選擇性采用鋼拱架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，拱架與系統(tǒng)錨桿支架焊接牢固；為增加拱架支護(hù)的穩(wěn)定性，各拱架之間用Φ22縱向連接筋進(jìn)行連接。特殊情況下，亦可采用人工噴射混凝土方式進(jìn)行封閉支護(hù)。

隧洞變形過大也是施工中常見問題，對(duì)于此可采用“兩封一灌”方式，兩封即底板鋼拱架與隧洞表面澆筑的混凝土，在圍巖外部形成一封閉的支撐骨架，提供徑向應(yīng)力，增加圍巖結(jié)構(gòu)的承載能力；一灌即對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，改善圍巖承載結(jié)構(gòu)，通過內(nèi)外支護(hù)結(jié)構(gòu)共同確保圍巖的穩(wěn)定性。

3.2 地下水處理措施

TBM掘進(jìn)過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)突發(fā)用水情況的預(yù)測(cè)與預(yù)防，地下水處理方式為應(yīng)采取“以排為主，排堵結(jié)合”。

滲漏水處理。施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)用水征兆的分析，針對(duì)不同的滲漏情況，采取相應(yīng)的處理措施。對(duì)于輕微的涌水情況，如出現(xiàn)不連續(xù)滴水點(diǎn)、巖面濕潤(rùn)或沿裂隙緩慢滲出，可直接采用噴射混凝土進(jìn)行封堵；如巖面濕潤(rùn)程度較嚴(yán)重，還需要鼓風(fēng)進(jìn)行吹干。噴射混凝土制備過程中可加入一定速凝劑，以使得混凝土快速凝結(jié)。對(duì)于隧洞內(nèi)出現(xiàn)線流或股流的情況，可首先在在出水點(diǎn)挖掘排水孔，并設(shè)置塑料排水管，將涌水引至隧洞排水溝；同時(shí)采用混凝土對(duì)隧洞表面進(jìn)行封堵，在排水孔周圍噴射混凝土?xí)r，應(yīng)以排水孔為中心逐漸向周圍進(jìn)行噴射施工。視涌水情況，適當(dāng)增加排水孔數(shù)量。

地下涌水處理。當(dāng)掘進(jìn)面接近富水帶時(shí)，應(yīng)首先采用超前地質(zhì)鉆孔進(jìn)行勘探，掌握前方施工段水文地質(zhì)情況。根據(jù)鉆孔涌水情況，分析水壓、水量等內(nèi)容，并采取適宜的涌水處理方法。如探放過程中鉆孔水量與水壓仍未明顯降低，則需要進(jìn)行超前預(yù)注漿方式。在超前預(yù)注漿之前， 隧洞掘進(jìn)應(yīng)留設(shè)厚度不小于m的不透水層，作為注漿施工的止?jié){盤，同時(shí)還需要對(duì)止?jié){盤四周裂隙進(jìn)行封堵防滲。如工作面已經(jīng)掘進(jìn)到富水帶，掌子面涌水量較大，并伴隨有隧洞塌腔的情況，應(yīng)立即停止工作面施工；處理方式采用雙液灌漿，通過下行式注漿方式逐步推過富水帶。

4、結(jié)語

考慮工程施工的需要，工程選用開敞式TBM，其與雙護(hù)盾TBM相比在不良地質(zhì)段施工難度會(huì)增加。工程實(shí)踐證明，通過加強(qiáng)超前地質(zhì)勘探，并在不良地質(zhì)地段采取針對(duì)性的處理措施，能夠有效保障施工安全，將不良地質(zhì)段對(duì)TBM施工造成的影響降到最低。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：郝雷，男，（1987.05—），山東沂水人，畢業(yè)于山東水利職業(yè)學(xué)院，大專，助理工程師，主要從事水利工程施工.