強富水砂卵石沖溝段地層TBM施工技術(shù)探討

張 斌

（山西東山供水工程有限公司，山西太原030002）

強富水砂卵石沖溝段地層TBM施工技術(shù)探討

張 斌

（山西東山供水工程有限公司，山西太原030002）

本文針對強富水砂卵石沖溝段地層出現(xiàn)的掌子面突泥涌水（最大涌水達到750m3/h），刀盤內(nèi)涌進大量泥沙，主機下半部分和連接橋部位被泥沙淤積，導致TBM無法掘進；通過采取雙護盾TBM穿越強富水砂卵石沖溝段地層施工工法，有效解決了雙護盾TBM在強富水砂卵石沖溝段地層難于脫困的難題。

雙護盾TBM；砂卵石沖溝段地層；掌子面

強富水砂卵石沖溝段地層容易出現(xiàn)的掌子面突泥涌水（最大涌水達到750m3/h），刀盤內(nèi)涌進大量泥沙，主機下半部分和連接橋部位被泥沙淤積，導致TBM無法掘進。有關(guān)技術(shù)人員通過對補充勘探、降排水、圍巖加固、支護結(jié)構(gòu)等進行改進，形成了雙護盾TBM穿越強富水砂卵石沖溝段地層施工工法［1］。雙護盾TBM掘進機是一種特殊的連續(xù)掘進設(shè)備，由于它是將機、電、液壓、傳感、信息技術(shù)等多方面的技術(shù)融于一體，能夠?qū)ζ茙r、出碴、支護等眾多的作業(yè)來同時進行，具有快速、優(yōu)質(zhì)、高效、安全、環(huán)保、自動化和信息化程度高等特點，解決了雙護盾TBM在強富水砂卵石沖溝段地層難于脫困的難題。

1 工程實例

山西省晉中東山供水工程是一項跨流域引調(diào)水工程，該項目供水工程施工十一標（YD14+ 418.86m～YD29+879.30m），其中TBM施工段長14635.44m，圓形斷面，開挖直徑4.16m。襯砌為C45（W 8、F150）預制混凝土管片拼裝式結(jié)構(gòu)，單管片型式為六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)，厚25cm，寬1.2m，由四個管片組成一個環(huán)，管片與管片之間要嚴格的鏈接，一般是通過定位諒解銷進行鎖定，并用膨脹橡膠止水帶對所有的管片進行固定，然后在縱向縫內(nèi)設(shè)置圓柱形PVC導向桿。襯砌后隧洞凈直徑3.4m。為了進一步減少管片和周巖之間的縫隙，要采用填砂的形式或者通過回填灌裝的方式對縫隙進行填充，填充結(jié)實的強度一般為C15，以達到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和防滲止水效果。東魚溝位于東山供水工程十一標9#隧洞樁號約YD27+470～YD27+ 070，長度約400m段；埋深約30m左右。

TBM在掘進過程中出現(xiàn)大量涌水，涌水量由144m3/h增至250m3/h，隨涌水伴隨大量涌泥，導致短時間內(nèi)主機下半部分和連接橋部位被泥沙淤積，TBM無法繼續(xù)掘進，采用“雙護盾TBM穿越強富水砂卵石沖溝段地層的施工工法”。

2 鉆孔質(zhì)量控制

根據(jù)建設(shè)單位給定的目標要求，特別是對設(shè)計圖紙上的樁位點，在實際的工程中要采用鋼筋或者白灰點對樁位點進行標記，標記完成后，要標記號標記編號，在施工時就可以用鉆機鉆頭對準標記的樁位點，這樣施工就相對來說更為準確些。再進行鉆頭鉆點的施工時，要使鉆頭尖完全對準樁位，鉆機要保持平衡，立軸垂直，在施工的過程中要牢度，減少震蕩，要控制導向架垂直度＜0.5%，使成樁后的樁位偏差＜20mm。

開鉆是一種比較嚴格的要求，需要有技術(shù)組開設(shè)工作通知單，報監(jiān)理批準，進行嚴格的審核，最后才能進行施工［2］。為了保證鉆孔的垂直，需要借用具體的工具進行測量，一般采用的工具是水平尺測量機。在進行鉆孔時，要一邊操作、一邊進行記錄，特別是出現(xiàn)塌孔、漏漿等現(xiàn)象時要嚴格的記錄下來，對孔的深度也要嚴格的記錄下來。鉆孔終孔后，及時將孔口蓋好，以防雜物掉入孔內(nèi)。記錄表要填寫清楚、整潔，對孔深、孔位、洞穴、涌水、漏水、巖土勘察等都要嚴格的記錄，要寫好記錄報告。記錄報告要經(jīng)監(jiān)理、技術(shù)員、機臺長簽字后當天交技術(shù)組。

施工過程中應(yīng)對化學灌漿材料、灌漿實驗程序和各道工序的質(zhì)量進行檢查并記錄。預加固對灌漿強度要求低，只要按照灌漿工序達到閉漿條件，達到滿填滿灌即可認為灌漿合格。

只要進行地面灌漿，就要對洞內(nèi)的各種情況進行觀察，特別是對漏漿、滲水等現(xiàn)象要嚴格的觀察，一旦出現(xiàn)以上這種問題，就要及時的和地面上保持聯(lián)系，進行補救，以防地面注漿方式等不當而影響TBM正常施工。在鉆進過程中應(yīng)詳細記錄鉆至基巖的孔深，并根據(jù)進尺快慢及掉鉆情況判斷塌空區(qū)，量測記錄塌空的起始孔深。

圖1 地表注漿堵水示意圖（縱剖面）

圖2 地表化學灌漿孔平面布置示意圖

3 TBM脫困施工質(zhì)量控制

3.1 方向控制

導向系統(tǒng)是一套適用于TBM快速掘進的測量導向系統(tǒng)，但導致TBM掘進偏差的因素很多，必須建立TBM掘進偏差控制制度［3］。當遇特殊情況時，應(yīng)及時采取措施，嚴格控制司機調(diào)向，確保掘進質(zhì)量，影響TBM偏差因素有以下幾點。

（1）測量精度，由于TBM開挖斷面為圓形，圍巖具有應(yīng)力和收斂變化，所以系統(tǒng)無法控制測量與施工測量的偏差直接影響掘進精度；

（2）灰塵大將直接導致發(fā)射的激光束無效，由于系統(tǒng)無法接收到光信號系統(tǒng)無法正常工作，故通風系統(tǒng)必須確保工作正常，尤其是除塵風機的運行正常，遇特殊情況時需停機通風；

（3）溫度高、水汽大將導致空氣不均勻，使激光束折射，這是激光導向系統(tǒng)的主要誤差；

（4）地質(zhì)條件差，將導致TBM支撐系統(tǒng)減弱，主機無法按設(shè)定的方向掘進，圍巖坍落時應(yīng)有相應(yīng)的處理對策；

（5）由于TBM刀盤自重及旋轉(zhuǎn)對圍巖的反作用力，刀盤有偏低、偏左的趨勢，掘進時應(yīng)有意識地向右、向上掘進；

（6）必須確保沒有燈光直射到目標屏上，此外要保證激光光路暢通；

（7）施工人員調(diào)向意識要強，通過學習及加強管理，來提高測工水平及操作人員業(yè)務(wù)水平。

3.2 開挖操作質(zhì)量控制

（1）由于這種地面的復雜性，決定了挖掘機在這種條件下的掘金速度相對比較慢，必要的時候還要停止前進進行支護。由于在掘進的過程中，圍巖的硬度比較大，掘進的刀具會收到正面和側(cè)面兩個方面的沖擊，這樣下來就會在一定程度上減少了它的使用的壽命?？刂婆ぞ刈兓秶∮诘扔?0%，并降低推進速度，控制貫入度指標在3mm以下［6］。

（2）刀盤轉(zhuǎn)速選用低速，推進速度開始為20%。等圍巖變化趨勢穩(wěn)定后，推進速度可上調(diào)45%左右，扭矩變化范圍小于10%。

（3）當皮帶機上出現(xiàn)一定比例（例如20%左右）的塊狀石渣時，降低推進速度，控制貫入度不大于3mm［4］。

3.3 管片安裝質(zhì)量控制

（1）對管片的養(yǎng)護。對于管片的養(yǎng)護，首先要從安裝方面加強對操作人員的培訓，減少因為安裝出現(xiàn)的碰撞和擠壓。在平時的維護中，要定期對輔助推進油缸進行維修、維護。在施工過程中，要根據(jù)具體的情況，采取不同的措施，特別是圍巖條件不理想的時候，要超前處理并使用重型管片。

（2）管片接縫滲水質(zhì)量控制。加強安裝操作手的培訓，減少安裝中的誤差；嚴格控制豆礫石的質(zhì)量。不允許使用石粉含量大或嚴重遜徑的豆礫石；在地質(zhì)條件不好處，要超前處理并使用重型管片，確保管片不沉降。

（3）管片錯臺控制質(zhì)量控制。為滿足施工技術(shù)要求，合理控制管片安裝質(zhì)量，結(jié)合TBM滑行管片襯砌安裝的實際情況，對安裝前后管片接縫錯臺進行處理。

圖3 帶埋件管片拼裝展開圖

軟巖、斷層破碎帶和膨脹由于掌子面圍巖軟硬偏差大，掘進過程刀盤會偏離洞軸線，單護盾模式掘進特別是轉(zhuǎn)彎段掘進會使管片側(cè)向受力引起管片擠壓錯臺，而且由于塌空腔的存在，會使已襯砌管片在側(cè)壓力的作用下引起后期錯臺［5］。此時，TBM應(yīng)采用低推進速度，刀盤低速高扭矩掘進，確保掘進姿態(tài)；轉(zhuǎn)彎段應(yīng)逐步調(diào)整；掌子面圍巖軟硬偏差大應(yīng)降低推進速度，確保將管片錯臺控制在允許范圍之內(nèi)。

4 效益分析

針對TBM無法繼續(xù)掘進，本工程通過采用“雙護盾TBM穿越強富水砂卵石沖溝段地層的施工工法”，不僅成功穿越了該不良地質(zhì)段，而且大大縮短了工期，降低了成本，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為同類工程出現(xiàn)類似技術(shù)難題的應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。與洞內(nèi)加固一段前進一段、TBM步步為營脫困施工的傳統(tǒng)處理方法比較，在保證了施工質(zhì)量的前提下，可節(jié)省直接投資250～300萬元，至少縮短處理工期30天，節(jié)省窩工損失180～210萬元。

5 結(jié)語

通過結(jié)合山西省晉中東山供水工程施工實例，針對該工程中強富水砂卵石沖溝段地層出現(xiàn)的掌子面突泥涌水，采取雙護盾TBM穿越強富水砂卵石沖溝段地層施工方案。從本工程實施效果表明，該施工方案是可行的，不僅縮短施工工期，而且節(jié)約工程投資，可在強富水砂卵石沖溝段地層中推廣應(yīng)用。

［1］賀紅效.TBM長隧洞施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù)［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2008（01）：10-11.

［2］杜士斌.開敞式TBM在大伙房輸水隧洞工程中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，2010（01）：48-53.

［3］張根才.萬家寨引黃工程不良地質(zhì)條件下TBM施工技術(shù)對策［J］.水利建設(shè)與管理，2009（09）：30-31.

［4］柴國平.單護盾TBM在不良地質(zhì)隧洞施工中的問題及解決措施［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2014（11）：46-49.

［5］孫洪凱，祁海燕，潘旭，等.TBM在隧洞不良地質(zhì)條件下的施工技術(shù)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（06）：78-79.

［6］寥國域.淺析TBM雙護盾工程現(xiàn)場快速組裝技術(shù)［J］.城市建筑，2013（16）.

U455

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1008-1305（2017）01-0121-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.037

2016-08-15

張 斌（1968年—），男，高級工程師。