TBM 引水隧洞塌方處理施工技術(shù)研究

甘宇程

（廣東水電二局股份有限公司， 廣東 廣州 511340）

1 工程概況

某項目隧洞長度為23.75km，隧洞開挖采用鉆爆法和開敞式TBM 相結(jié)合的方式，TBM 施工段長度為16.07km，開挖洞徑5.94m。項目位于西南石灰?guī)r地區(qū)，地質(zhì)條件較復(fù)雜。在穿越某段斷層破碎洞段過程中，由于頂拱壓力過大，造成圍巖露出盾尾時已經(jīng)發(fā)生變形，拱架只能按現(xiàn)場實際斷面尺寸先支立，保證TBM 設(shè)備能往前推進(jìn)，待到達(dá)空間較大施工平臺后再對拱架進(jìn)行更換?，F(xiàn)場對B17+770.3～B17+769.4 段拱架更換過程中，突然出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，塌方的土夾石造成4 榀拱架垮塌，TBM 操作室及過道和1#皮帶被掩埋，部分電氣線路、油路以及設(shè)備閥件受損。

圖1 現(xiàn)場塌方情況

2 TBM 隧洞塌方原因分析

2.1 地質(zhì)條件復(fù)雜。受到斷層破碎帶土夾石地層的影響，TBM 掘進(jìn)過程中，頂拱土夾石塌落至支立的鋼拱架和頂拱鋼筋排上，造成頂部形成臨空面。由于洞內(nèi)環(huán)境潮濕，同時局部存在少量滲水，造成頂部土夾石出現(xiàn)大范圍滑移。

2.2 更換拱架過程中，需對土體進(jìn)行清理，清理過程中，對周邊土夾石地層產(chǎn)生了一定的擾動。

3 TBM 隧洞塌方處理施工難點

3.1 TBM 設(shè)備位于斷層破碎洞段，已支立鋼拱架周邊為土夾石圍巖，此時對塌方段進(jìn)行清理或支護(hù)，對周邊圍巖會產(chǎn)生一定擾動，極易造成二次塌方。

3.2 受TBM 設(shè)備限制，洞內(nèi)施工空間非常狹小，無法采用大型設(shè)備進(jìn)行配合施工，對坍塌的土體和塊石只能人工進(jìn)行清理。

4 TBM 隧洞塌方處理

4.1 處理方法

①塌方段下游4 榀拱架臨時支撐

施工前，先對塌方段下游4 榀拱架進(jìn)行臨時加固處理。在拱架左右兩側(cè)采用I20 工字鋼柱進(jìn)行臨時加固，鋼柱底部立在已噴混加固處理的拱底基礎(chǔ)上，頂部撐住拱架頂部。

②臨時施工平臺搭設(shè)

在TBM 主梁底部采用鋼管搭設(shè)一層施工平臺，平臺位置搭設(shè)完鋼管后，在其上鋪2cm 厚膠合板作為施工平臺。

③塌方段下游5m 洞段頂拱120°范圍錨桿及固結(jié)灌漿

錨桿及固結(jié)灌漿施工前，先在塌方段下游5m 范圍洞段頂拱180°范圍采用C25(1)噴射混凝土（厚200）將頂拱進(jìn)行封閉。在已搭設(shè)好的臨時施工平臺上，對塌方段下游5m 洞段自下游往上游頂拱120°范圍采用手風(fēng)鉆垂直巖壁打入φ25 自進(jìn)式中空錨桿@1m×1.5m（環(huán)向×縱向），相間布置，錨桿長度3m，同時作為固結(jié)灌漿用。塌方段下游5m 洞段頂拱120°范圍采用固結(jié)灌漿臨時加固。灌漿采用純水泥漿，水灰比采用1、0.8、0.5 三種比級，由稀到濃進(jìn)行灌漿。灌漿由下游往上游進(jìn)行，灌注按照低壓濃漿進(jìn)行處理。

④塌方區(qū)域頂拱灌漿加固

塌方段下游5m 洞段臨時固結(jié)完成后，再采用鋼花管對塌方頂部土體和空腔進(jìn)行灌漿處理。首先在塌方段與下游交接處往塌方土體斜向上打入2～4 根φ40 鋼花管（L≥3m），鋼花管盡可能插入塌方空腔，作為塌方頂部土體和空腔灌漿用。塌方土體及空腔灌注采用純水泥漿。

⑤頂拱180°范圍往上游斜向上打入錨筋或自進(jìn)式中空錨桿

塌方區(qū)域灌漿完成后，沿著塌方段下游第一榀安裝標(biāo)準(zhǔn)的拱架外側(cè)往上游，斜向上（角度約45°～60°）打入φ25 錨筋或自進(jìn)式中空錨桿（頂拱是大石塊時）@50mm，L≥3m。打入錨筋或自進(jìn)式中空錨桿后，可重新安裝1 榀拱架。拱架安裝完成后，繼續(xù)在該榀拱架外側(cè)頂拱180°范圍往上游斜向上（角度約45°～60°）打入一排φ25@50mm（L=3m）錨筋或自進(jìn)式中空錨桿，往上游清理出下1 榀拱架的空間，重新安裝1 榀拱架。

圖2 塌方區(qū)域錨筋或自進(jìn)式中空錨桿施工斷面圖（單位mm）

⑥清理拱架安裝位置土體及壓變形鋼筋和拱架，重新安裝拱架

錨筋或自進(jìn)式中空錨桿布置完成后，再從下游往上游對塌方土體和被壓變形的鋼筋和拱架等進(jìn)行清理。清理出1 榀拱架（拱架縱向間距30cm）的空間后，在該位置重新安裝1 榀拱架。為進(jìn)一步保證該洞段的安全，該段4 榀拱架連接和與上、下游第一榀拱架連接采用增加20#槽鋼進(jìn)行連接，環(huán)向間距2m 布置。

安裝拱架前，首先在兩側(cè)主梁位置，采用I20 工字鋼進(jìn)行拱架支撐架焊接搭設(shè)，支撐柱應(yīng)與TBM 主梁、支撐架橫、縱梁焊接牢固。搭設(shè)完成后，采用千斤頂配合人工對拱架從底部到頂部一節(jié)節(jié)進(jìn)行更換。由于拱架底部已噴混加固處理，直接更換270°范圍拱架。

⑦重新安裝鋼筋網(wǎng)片和連接筋

拱架安裝完成后，對頂拱270°范圍的φ8@150mm×150mm 鋼筋網(wǎng)片和φ 18@1000mm 連接筋，進(jìn)行重新安裝。

⑧拱架頂部空腔噴射混凝土回填

拱架頂部清除的土體形成的空腔，采用C25（1）噴射砼分層回填（每層厚100mm）。

圖3 塌方區(qū)域加固清理完成

⑨臨時施工平臺及拱架支撐架拆除

待該段拱架全部更換加固完成，最后再對底部施工平臺及拱架支撐架進(jìn)行人工拆除。

5 監(jiān)控量測

塌方洞段處理完成后，在更換的4 榀鋼拱架位置布設(shè)沉降觀測點和收斂觀測點。經(jīng)過1 個月的觀測，塌方洞段基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)語

本次在TBM 引水隧洞斷層破碎洞段安全、快速地對塌方進(jìn)行了處理，保證了TBM 設(shè)備能繼續(xù)往前掘進(jìn)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。通過對TBM 隧洞塌方處理施工技術(shù)的實踐，為今后TBM 再遇到類似的塌方情況積累了相關(guān)經(jīng)驗。