TBM在引水工程隧洞開(kāi)挖中的應(yīng)用

石小慶

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 渭南 714000）

全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TunnelBoringMachine），簡(jiǎn)稱TBM，是指在常壓情況下全斷面開(kāi)挖巖石的高度機(jī)械化刀盤式機(jī)頭掘進(jìn)機(jī)，主要由主機(jī)及后配套系統(tǒng)構(gòu)成，由于其掘進(jìn)速度快，地質(zhì)適宜性強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道中充分應(yīng)用，通常TBM分為開(kāi)敞式和護(hù)盾式兩種，護(hù)盾式又分為單護(hù)盾和雙護(hù)盾類型，雙護(hù)盾TBM的最大特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)挖掘進(jìn)與襯砌管片拼裝同時(shí)平行交叉作業(yè)。

1 工程概況

本工程主要包括輸水工程和取水工程，其中輸水工程包括總干線、東干線、西干線以及各供水支線，輸水工程沿線主要有輸水隧洞、壓力管線、渡槽、倒虹吸、埋涵、節(jié)制分水閘及退水閘等建筑物。

2 隧道開(kāi)挖中水電站引水工程部分TBM選型

TBM施工是連續(xù)的施工過(guò)程，并且施工的機(jī)械化程度較高、勞動(dòng)強(qiáng)度小、安全性好。但是工程地質(zhì)條件對(duì)TBM選型具有很大的影響，引水部分的隧道開(kāi)挖斷面尺寸在TBM選擇固定的型號(hào)后就很難更改。TBM的挖掘進(jìn)展就有一部分取決于巖體的裂隙等級(jí)程度、巖石的韌性和單軸抗壓程度。例如敞開(kāi)式TBM多應(yīng)用于硬巖的隧道掘進(jìn)，但選擇敞開(kāi)式的TBM必須考慮通過(guò)軟弱圍巖能力、特殊地質(zhì)地段的超前支護(hù)設(shè)備的使用、遇到瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)的地段應(yīng)及時(shí)開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)備等情況。

TBM施工適用于直徑為1.5m～15m的圓形隧道，TBM掘進(jìn)成型的圓形斷面使輸水隧道在斷面積上得到充分的利用，特別是形成的光滑型巖面有利于減少輸水通道的水頭的大量流失。施工時(shí)對(duì)TBM主機(jī)型式的選擇中，主要有敞開(kāi)式、單護(hù)盾、雙護(hù)盾、三護(hù)盾等多種類型的組合型式。并伴隨著不斷完善的TBM輔助功能，如錨桿設(shè)備的合理安裝、高效的噴漿混凝土系統(tǒng)，掛網(wǎng)設(shè)置機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、拱架安裝機(jī)型等迅速初等支護(hù)能力，并采用超前注漿和超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，TBM具有了先進(jìn)的技術(shù)性能和完善的功能系統(tǒng)。TBM是由數(shù)十臺(tái)大型設(shè)備的同一的整體，TBM的高效運(yùn)轉(zhuǎn)取決于每一臺(tái)設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)掌握工程進(jìn)展中的工程地質(zhì)條件，施工人員應(yīng)合理地對(duì)掘進(jìn)參數(shù)和支護(hù)設(shè)置要求進(jìn)行調(diào)整。

3 引水工程隧洞開(kāi)挖中的TBM施工工藝

3.1 施工程序

總體工藝程序?yàn)椋罕乒に囋囼?yàn)→頂拱層中導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)→兩側(cè)耳洞開(kāi)挖支護(hù)→巖臺(tái)上中槽→上中槽側(cè)向保護(hù)層開(kāi)挖→巖臺(tái)深層錨固→巖臺(tái)水平保護(hù)層開(kāi)挖→巖臺(tái)中槽開(kāi)挖→中槽側(cè)向保護(hù)層開(kāi)挖→巖臺(tái)周邊系統(tǒng)加固→洞室底板水平保護(hù)層開(kāi)挖。

各分區(qū)開(kāi)挖施工工藝流程如下：測(cè)量放線→樣架安裝→樣架精調(diào)→造孔施工→驗(yàn)孔→ 樣架拆除→爆破參數(shù)設(shè)計(jì)及裝藥爆破→出渣清底→爆破效果檢查。

3.2 施工方案

3.2.1 工藝性實(shí)驗(yàn)

工藝性試驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)可分2～3次進(jìn)行，可選取在TBM通過(guò)洞段頂拱、邊墻和底板位置。通過(guò)試驗(yàn)確定相關(guān)部位的爆破參數(shù)、鉆孔精度控制方法及巖臺(tái)邊角保護(hù)措施。

3.2.2 測(cè)量放樣

根據(jù)已確定的分層分塊設(shè)計(jì)圖尺寸，放樣各個(gè)斷面的外部輪廓線，并采用紅色噴漆進(jìn)行標(biāo)記。尤其是周邊光爆孔，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)的間距逐孔放樣，并在后方2.5m～2.8m處標(biāo)記孔向方位角，便于鉆孔孔向精準(zhǔn)控制。樣架安裝前，必須先放樣開(kāi)挖控制線，確定導(dǎo)向管下橫桿的具體位置。

3.2.3 樣架安裝

在進(jìn)行巖臺(tái)光爆開(kāi)挖時(shí)，為保證巖臺(tái)棱角能完整的保留，提高爆破效果，采用φ50mm鋼管搭設(shè)鉆孔樣架，樣架整體穩(wěn)定性須滿足穩(wěn)固要求。樣架在初裝階段，導(dǎo)向管應(yīng)有可調(diào)節(jié)余量，待精調(diào)后再加以固定。導(dǎo)向管下橫桿距離巖面不宜大于20cm，上橫桿距離巖面不宜大于40cm，導(dǎo)管長(zhǎng)度不宜大于50cm，上橫桿嚴(yán)禁作為鉆孔操作平臺(tái)受力桿。搭設(shè)鉆孔操作平臺(tái)，鋪設(shè)馬道板，另行采用腳手架進(jìn)行搭設(shè)。安裝完成后進(jìn)行樣架調(diào)整，導(dǎo)向管底部距離巖石面3cm-5cm為宜，在每個(gè)導(dǎo)管的孔口標(biāo)明每個(gè)鉆孔孔底距離導(dǎo)向管管口的深度，以保證鉆孔孔底標(biāo)高一致（誤差±5cm）。

3.2.4 鉆孔施工

采用手風(fēng)鉆進(jìn)行垂直孔鉆孔，垂直鉆孔需要套鉆實(shí)施，并且鉆孔深度不宜大于2.5m，超過(guò)2.5m不宜將鉆桿拔出，造成鉆桿卡住，只能置于孔內(nèi)，不僅造成鉆孔報(bào)廢，而且造成鉆桿、鉆頭不能再利用。鑒于上述問(wèn)題，可優(yōu)化為水平鉆孔或上斜孔，在樣架能實(shí)施的情況下便于深孔操作。

4 施工時(shí)的重點(diǎn)注意事項(xiàng)

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)圖在開(kāi)挖斷面上標(biāo)注出爆眼位置，定人、定區(qū)、定量鉆孔。巖臺(tái)部位鉆孔時(shí)應(yīng)搭設(shè)鉆孔樣架，精準(zhǔn)定位后方可開(kāi)鉆。嚴(yán)格按布孔施鉆，注意“飄鉆”，保證炮孔質(zhì)量。鉆孔精度按設(shè)計(jì)施工，并檢查驗(yàn)收，當(dāng)開(kāi)挖面凹凸較大時(shí)，按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度使所有炮孔底部在同一垂直面上。周邊孔沿輪廓線的調(diào)整范圍和掏槽孔的孔位偏差不應(yīng)大于5cm，炮孔外偏斜率不應(yīng)大于50mm/m；其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm。光面爆破炮孔痕跡應(yīng)在開(kāi)挖輪廓面均勻分布；炮孔痕跡保存率：完整巖石在80%以上，較完整和完整性差的巖石不少于50%，較破碎和破碎巖石不少于20%；爆破作業(yè)排煙結(jié)束后，安裝專人對(duì)爆破效果進(jìn)行檢查，排險(xiǎn)。施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝流程，抓好每個(gè)環(huán)節(jié)。未經(jīng)工程技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員無(wú)權(quán)變更施工方案、工藝。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求和施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)該隧洞TBM掘進(jìn)段的反坡排水設(shè)計(jì)和實(shí)際使用效果分析，有四點(diǎn)施工體會(huì)供參考：一是TBM反坡排水設(shè)計(jì)，采用分級(jí)抽排的方案可行，較為穩(wěn)妥，但需大致了解隧洞突涌水特性、掌握水泵性能和相鄰建筑(或標(biāo)段)關(guān)系，這些需要提前研究；二是在進(jìn)行反坡排水設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)配電等配套設(shè)施等一并考慮，并充分考慮應(yīng)急電源設(shè)置，做到快速切換；三是應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿堵水，減小抽排壓力；四是特長(zhǎng)、深埋、大斷面的反坡施工隧洞，尤其是采用TBM設(shè)備施工時(shí)，選擇排水方案設(shè)計(jì)一定要慎重，否則將對(duì)TBM設(shè)備及人員安全帶來(lái)極大危害。