隧洞TBM施工排水及突涌水專項(xiàng)施工措施分析

張研

【摘要】目前TBM施工在國(guó)內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利、交通等行業(yè)，施工環(huán)境越來(lái)越趨于復(fù)雜，但在TBM施工過(guò)程中也存在諸多安全隱患，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排水能力和理論計(jì)算排水能力往往相差較大，一旦發(fā)生瞬時(shí)大流量突涌水，極有可能導(dǎo)致施工暫停且易引發(fā)安全事故；因此，需要對(duì)隧洞的實(shí)際排水能力進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算分析，以便根據(jù)預(yù)測(cè)的最大突涌水量采取相應(yīng)的工程措施，避免突涌水狀況下TBM設(shè)備被淹受損，影響施工。

【關(guān)鍵詞】隧洞TBM；施工排水；突涌水技術(shù)

一、前言

從目前的現(xiàn)狀來(lái)看，TBM施工在國(guó)內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利、交通等行業(yè)，施工環(huán)境越來(lái)越趨于復(fù)雜，本文結(jié)合TBM施工工法對(duì)施工過(guò)程中排水存在的問(wèn)題進(jìn)行解決，并且加強(qiáng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施解決施工突涌水。

二、工程概況

新疆某水利工程T3標(biāo)段1#施工支洞為某工程主洞的施工支洞，支洞設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2583.56m，縱坡為10.4%。

支洞采用鉆爆法與TBM開(kāi)挖相結(jié)合的施工方案，均為順坡掘進(jìn)、逆坡排水。鉆爆法設(shè)計(jì)施工長(zhǎng)度為1002m，實(shí)際施工長(zhǎng)度為965m，TBM法設(shè)計(jì)施工長(zhǎng)度為1581.56m，實(shí)際施工長(zhǎng)度為1614.493m。

三、TBM施工排水技術(shù)方案

1、排水量估算

（1）穩(wěn)定滲涌水量計(jì)算：

支洞全長(zhǎng)穩(wěn)定滲涌水量=非斷層穩(wěn)定滲涌水量+斷層穩(wěn)定滲涌水量

=（494+384）+（561+2463+1001+3012+90）

=333.5m3/h

（2）最大滲涌水量計(jì)算：

支洞最大滲涌水量=非斷層穩(wěn)定滲涌水量+穩(wěn)定斷層滲涌水量+前500m斷層最大 滲涌水量 +施工斷層最大滲涌水量

=[494×（1038-110）/1038+384×（804-168）/804]+（561+2463+1001+3012）+（9137）+（291）

=717.1 m3/h

注：1.穩(wěn)定斷層滲涌水量為開(kāi)挖完成時(shí)間超過(guò)1個(gè)月后的斷層滲涌水量；

2.計(jì)算假設(shè)在施工本斷層時(shí)，掌子面后500m范圍洞段為最大滲涌水，500m后已達(dá)到穩(wěn)定滲涌水量。

綜上所述，支洞最大滲涌水量發(fā)生在支洞樁號(hào)2+146m～2+396m段最大匯水量為717.1m3/h。

2、排水方案

（1）排水系統(tǒng)能力

根據(jù)相關(guān)要求，支洞最大出水量為720m3/h，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)在TBM處按照大于720m3/h設(shè)計(jì)。

（2） 不同水質(zhì)的水泵選型

為提高排水效率，結(jié)合被排水水質(zhì)，TBM后配套水箱前配置6臺(tái)排污泵，后配套水箱之后水泵全部配置為礦用耐磨泵。

（3）泵站的設(shè)置

主、支洞交叉口地面與支洞洞口底板高差高達(dá)251m，為減少排水運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)：

1）支洞開(kāi)挖后盡可能進(jìn)行堵水處理。

2）支洞沿線分級(jí)排水，設(shè)置接力泵站。

（4） 管道流速選擇

正常排水管道流速應(yīng)為1.5m/s～2m/s，應(yīng)急排水管道流速應(yīng)為3m/s～3.5m/s。

（5） 排水管壁厚選擇

為降低成本，根據(jù)管道的排水壓力，選取相應(yīng)經(jīng)濟(jì)壁厚，當(dāng)管路≤200mm時(shí)，管道壁厚為2種；當(dāng)管路直徑>200mm且≤400mm時(shí)，管道壁厚擬為3種。壁厚應(yīng)充分考慮水錘產(chǎn)生的壓力。

（6） 清、污水分別排放

為減少污水處理量，污、清分別排放，正常排水管道（污水）應(yīng)排入洞外沉淀池，處理后排放；應(yīng)急排水及洞體滲水（清水）應(yīng)直接排放，特別注意洞體滲水及突涌水的排水系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，不應(yīng)與正常排水混合。

（7） 延伸排水管道閘閥設(shè)置

TBM掘進(jìn)段的排水管路沿線設(shè)置閘閥，其間距應(yīng)不小于300m。

（8） 洞壁管道布置

TBM后配套的排水管路延伸儲(chǔ)存裝置布置在右側(cè)，存在與集水井和集水箱不同側(cè)問(wèn)題，在主支洞交叉口存在與中轉(zhuǎn)服務(wù)區(qū)交叉，支洞施工期間應(yīng)急排水管路設(shè)置在進(jìn)洞方向的左側(cè)，正常排水的管道設(shè)置在隧洞左側(cè)。

（9） 管道延伸方式

直徑不大于200mm的排水管路，延伸儲(chǔ)存裝置的型式采用卷筒式；當(dāng)管路直徑為400mm時(shí)，TBM后配套部分采用DN250mm的高壓軟管與DN426mm的鋼管相連，高壓軟管采用S型收放儲(chǔ)存，收放儲(chǔ)存量不小于12m，實(shí)現(xiàn)TBM掘進(jìn)管路不中斷功能。

（10） 泵站布置

支洞泵站包括TBM后配套泵站和支洞洞段各沿線泵站。TBM后配套污水箱前、后泵站，支洞洞段從主支洞交叉口起，共設(shè)三級(jí)泵站，設(shè)置在支0+930.0m、支1+965m及主9+620m處，分級(jí)接力抽排。

四、加強(qiáng)突涌水技術(shù)的措施

為避免隧道出現(xiàn)突泥涌水情況，必須加強(qiáng)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。隧道施工前，對(duì)全隧道采用長(zhǎng)距離的TRT2000地震反射法地質(zhì)預(yù)報(bào)，宏觀掌握掌子面前方的地質(zhì)情況，采用紅外探水在富水帶30米左右處進(jìn)行一次中長(zhǎng)距離的探測(cè)，對(duì)圍巖的地質(zhì)情況及富水程度再次進(jìn)行預(yù)測(cè)和驗(yàn)證。如有異常對(duì)異常處采用鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，并指導(dǎo)施工，最后探明情況后施工利用TBM設(shè)備上配備的1臺(tái)COP1838HD鉆機(jī)進(jìn)行施打50米的超前探孔，進(jìn)行每個(gè)開(kāi)挖循環(huán)的跟蹤預(yù)報(bào)和探測(cè)。超前探孔的布置在二圈眼的位置，拱頂1個(gè)、兩邊各1個(gè)，根據(jù)情況再增加，保證有3個(gè)以上的探孔，并及時(shí)進(jìn)行信息收集、處理、反饋，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果，及時(shí)報(bào)相關(guān)單位，調(diào)整設(shè)計(jì)，改變施工方案及施工方法。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)所揭示地質(zhì)斷層及地下水的水量情況，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，視地質(zhì)情況采取超前預(yù)注漿、超前小導(dǎo)管注漿等支護(hù)方式對(duì)破碎圍巖進(jìn)行超前支護(hù)。 TBM掘進(jìn)期間應(yīng)做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，重點(diǎn)做好超前探水工作。

現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)工程師根據(jù)物探資料和設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，對(duì)前方圍巖狀況及時(shí)作出判斷，并對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行告知，采取合理的掘進(jìn)與支護(hù)參數(shù)，做好各項(xiàng)應(yīng)急準(zhǔn)備。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在施工過(guò)程中的排水及涌水是影響TBM設(shè)備安全和工程進(jìn)度的重要問(wèn)題，排水不利不僅會(huì)導(dǎo)致TBM設(shè)備的損毀，也會(huì)嚴(yán)重影響施工工期和參建各方的經(jīng)濟(jì)效益，更會(huì)影響TBM隧洞掘進(jìn)這一先進(jìn)施工方法的推廣應(yīng)用。TBM隧洞施工具有操作性強(qiáng)，工作效率高，解決了施工中排水問(wèn)題，保證了TBM設(shè)備的正常運(yùn)行，因此得到了非常廣泛的應(yīng)用。

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