高速公路TBM不良地質處理措施及設備改造

胡祺

摘 要：為避免不良地質產生負面影響，提出高速公路TBM不良地質處理措施及設備改造。分析圍巖表層破碎掉塊、局部破碎較深、圍巖松散、圍巖風化、蝕變、二次塌方不良地質特點，并給出相對處理措施。在圍巖破碎區(qū)域及時拉出護盾內的鋼筋排，采用鋼筋排支護，對表層圍巖及掉塊進行支撐，減少落渣;針對圍巖松散，采用3 mm鐵板封堵塌腔，并預留回填注漿管，超前噴區(qū)域設備防護，然后超前噴混完成后進行回填灌漿;用H型鋼配合千斤頂將下沉拱架頂緊。針對主驅動、主機皮帶機系統(tǒng)以及混凝土噴射系統(tǒng)進行改進，加強不良地質施工安全性。

關鍵詞：高速公路;TBM不良地質;處理措施;設備改造

0 引言

樂西高速具有工程規(guī)模大、橋隧比例高、地質地形復雜、進場通道差等特點，橋隧比達83.15%。樂西高速建設正全線推進，計劃2025年建成通車，建成后將連接烏蒙山集中連片特困區(qū)和大小涼山腹地彝族主要聚居地，完善路網功能。但是，不良地質災害的發(fā)生往往都具有一定的突發(fā)性和巨大的破壞性，尤其在山區(qū)人口密集地段，給廣大人民的生命、財產安全造成重大威脅，很大程度上制約了國民經濟的快速發(fā)展[1]。為避免不良地質產生負面影響，提出高速公路TBM不良地質處理措施及設備改造。

1 TBM遭遇的不良地質及處理措施

樂山至西昌高速公路馬邊至昭覺段起于樂山市馬邊縣城東側，順接仁沐新高速公路馬邊支線，經雷波縣、美姑縣，止于昭覺縣南側，接G7611線昭通至西昌段高速公路，項目路線全長約152.48公里。

主要巖性：平導洞TBM施工段長10.68 km，最大埋深1 037 m，圍巖主要以粉砂質泥巖、細砂巖、灰?guī)r、砂巖、泥頁巖夾煤層、峨眉山玄武巖等組成。

圍巖條件：Ⅲ類圍巖占比6.5%，Ⅳ類圍巖占比73.3%，Ⅴ類圍巖占比20.2%，飽和單軸抗壓強度最高61.3 MPa，屬于軟巖隧道。

斷層：存在破碎斷層，斷層帶可能存在大涌水，突涌泥。

主要施工難點包括長距離施工掘進、埋深大，圍巖軟弱，存在軟巖大變形、斷層破碎帶地層、設備需求時間緊，再制造時間短等，針對圍巖表層破碎掉塊、局部破碎較深、圍巖松散不良地質現(xiàn)象以及處理措施進行分析。

1.1 圍巖表層破碎掉塊

在圍巖破碎區(qū)域及時拉出護盾內的鋼筋排，采用鋼筋排支護，對表層圍巖及掉塊進行支撐，減少落渣。鋼筋排均勻分布，端頭與鋼拱架焊接牢靠。根據(jù)圍巖、出渣量等合理調整推進壓力、刀盤轉速等掘進參數(shù)，安全快速通過，在系統(tǒng)噴錨區(qū)域進行系統(tǒng)噴混。

1.2 局部破碎較深、圍巖松散

塌腔位置及時抽出護盾內的鋼筋排，采用3 mm鐵板封堵塌腔，并預留回填注漿管，超前噴區(qū)域設備防護，然后超前噴混完成后進行回填灌漿。最后清理拱底積渣及回彈料。根據(jù)圍巖、出渣量等合理調整推進壓力、刀盤轉速等掘進參數(shù)，安全穩(wěn)步通過。

1.3 圍巖風化、蝕變

圍巖較破碎，為蝕變巖或風化、強風化巖，強度低，掉渣較多，掘進過程中從護盾尾端涌出大量流沙。清理和支護困難。

塌腔位置及時抽出護盾內的插鋼筋排，防止落渣增多，根據(jù)松散體范圍、角度、深度選定合適位置打設中空錨桿，數(shù)量滿足化灌固結要求，然后進行化學灌漿固結。根據(jù)圍巖、出渣量等合理調整推進壓力、刀盤轉速等掘進參數(shù)，安全快速通過。

1.4 二次塌方

揭露圍巖軟弱，現(xiàn)場已增強鋼拱架類型，并加密鋼拱架、鋼筋排等初支加強措施。經左右線爆破圍巖擾動后，拱頂出現(xiàn)二次塌方，塌腔深度約2 m～5 m，將已支護的鋼拱架壓沉約10 cm～15 cm，部分拱架被壓變形。

用H型鋼配合千斤頂將下沉拱架頂緊，在邊墻和起拱線位置圍巖相對較好的地方打設一定長度的鎖腳錨桿，用千斤頂將下沉拱架頂回;頂回拱架后預留灌漿孔，進行超前噴砼封閉;對塌腔內進行回填灌注C25混凝土;回填完打設設錨桿固定;最后拆除頂撐。對變形拱架進行人工更換，并人工架立、加密拱架，提供足夠的支撐力。處理完成后恢復掘進。根據(jù)圍巖、出渣量等合理調整推進壓力、刀盤轉速等掘進參數(shù)，安全快速通過。

在施工前，要注意施工材料是否正確、所選擇的施工方案是否合適、時刻關注施工動態(tài)，一旦產生問題就要及時解決，從而提高施工計劃的科學合理性。

在施工過程中，要時刻注意施工速度，要在可以保證施工質量情況下盡量縮短施工周期達到減少施工成本的目的。然后還要注意各個勞動力的工作狀況，要保證每個崗位上都有最優(yōu)數(shù)量的勞動力，不可以出現(xiàn)勞動力閑置的狀況，讓各項任務都有勞動人員去落實;其次，施工過程中要嚴格按照相關規(guī)范進行施工，到達關鍵性施工環(huán)節(jié)時，要請專業(yè)技術人員對現(xiàn)場施工現(xiàn)場情況進行勘察指導，在技術上提供幫助，遏制一切可能造成安全隱患問題的產生，同時也要時刻注意勞動人員們的安全狀況。另外，要定期對施工人員進行技術培訓，提高施工人員的技術，從而提高施工的質量。

最后，在施工結束后，要利用高科技產品對施工結果進行驗收，有不合格之處及時做出調整，從而在最大程度上保證特殊環(huán)境下滑坡地質災害的治理效果。

2 DG785敞開式TBM設備改造

樂西高速項目平導洞施工利用原吉林引水公司敞開式TBM設備再制造，是國產首臺大直徑敞開式TBM的再次利用。

針對不良地質，配置“快速支護系統(tǒng)”，在極軟弱破碎帶地段能夠快速安裝密布鋼筋排、錨桿、鋼拱架及時支護，快速通過。引松工程成功通過破碎帶。

2.1 主驅動改進

對主驅動裝置進行改進處理：

（1）增加注脂點數(shù)量;

（2）在圍巖條件差時，建議將第一道密封腔的油脂由EP2改為稠度更大、流動性更慢的HBW油脂;

（3）減速機減速比改為26，轉速范圍0～6.4，額定扭矩9 460 kN·m，脫困扭矩14 134 kN·m，增大脫困能力及額定扭矩。

2.2 主機皮帶機系統(tǒng)

（1）采用1 200 mm帶寬主機皮帶機，能有效避免渣料掉落;

（2）雙液壓馬達+減速機驅動，驅動扭矩大，大幅提高皮帶機的脫困能力。

2.3 混凝土噴射系統(tǒng)

噴混系統(tǒng)前置置于連接橋上，相對于原DZ101前置10 m，縮短噴混滯后時間。

綜上所述，主要針對主驅動、主機皮帶機系統(tǒng)以及混凝土噴射系統(tǒng)進行改進，加強不良地質施工安全性。

3 結論

樂西高速TBM項目意義重大，是國內公路隧道首臺應用TBM的案例，工程地質測繪是運用地質、工程地質理論，對與工程建設有關的各種地質現(xiàn)象進行觀察和描述，初步查明已建成地段或各建筑地段的工程地質條件。本文分析圍巖表層破碎掉塊、局部破碎較深、圍巖松散、圍巖風化、蝕變、二次塌方不良地質特點，并給出相對處理措施。針對主驅動、主機皮帶機系統(tǒng)以及混凝土噴射系統(tǒng)進行改進，加強不良地質施工安全性。

參考文獻：

[1]袁艷斌，陳維.降低大直徑雙護盾TBM在不良地質洞段卡機風險的對策研究[J].四川水力發(fā)電，2019，38（2）：64-66.

[2]榮世光.長大深埋型水工隧洞不良地質條件TBM施工技術研究[J].中國水能及電氣化，2019（1）：18-22.