TBM在秦嶺輸水隧洞嶺北段施工應(yīng)用研究

趙國濤

(中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 408400)

1 工程概況

1.1 基本情況

秦嶺隧洞TBM施工段嶺北工程主洞施工長度16690m(樁號：K46+360～K63+050)。5號支洞(樁號：斜0+00～斜45+95)，水平距離4595m，斜向長度為4620m，與正洞在樁號K55+280處交接。該支洞施工洞段圍巖以Ⅳ級為主，其次為Ⅲ、Ⅴ級。該支洞通過斷層六條，寬度總計400m，主要解決中間TBM長段落施工通風(fēng)、出渣、檢修等問題。

秦嶺輸水隧洞TBM嶺北段施工組成如下：TBM后配套安裝洞(100m)、TBM主機(jī)安裝洞(82m)、TBM步進(jìn)洞(307m)、TBM始發(fā)洞(25m)、TBM檢修洞(60m)、TBM拆卸洞(50m)和TBM掘進(jìn)施工段(7226m+8840m)。采用一臺φ8.02m敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)施工，支洞固定皮帶機(jī)+主洞連續(xù)皮帶機(jī)出渣，模筑襯砌段采用全圓穿行式模板臺車TBM同步襯砌技術(shù)。其中TBM后配套各洞均采用鉆爆法施工，現(xiàn)澆混凝土襯砌。

1.2 地形地貌

TBM施工段位于秦嶺嶺脊高中山區(qū)，地形起伏。高程范圍1070～1850m，洞室最大埋深約1300m。5號支洞：從進(jìn)口至交接口地層依次為千枚巖夾變砂巖，千枚巖、炭質(zhì)千枚巖，千枚巖夾變砂巖。項目施工區(qū)域在大地構(gòu)造上屬于秦嶺褶皺系中的南秦嶺印支褶皺帶。該施工支洞通過f12、f13、f14、f15、f16、f17六條斷層，斷帶物質(zhì)為碎裂巖和糜棱巖，寬30～90m。

1.3 圍巖分類

TBM段隧洞圍巖類別以Ⅲ、Ⅳ類為主(見TBM段圍巖類別統(tǒng)計圖)。

TBM段圍巖類別統(tǒng)計圖

1.4 工程地質(zhì)條件及穩(wěn)定性評價

TBM嶺北工程洞室埋深550～1300m，巖性為千枚巖、炭質(zhì)千枚巖、變砂巖、角閃石英片巖、華力西期閃長巖以及斷層碎裂巖、糜棱巖、斷層角(泥)礫。洞身段位于弱風(fēng)化—微風(fēng)化巖體中，巖體破碎—較完整。洞身段均位于地下水位以下，地下水分布主要受構(gòu)造、節(jié)理、裂隙的發(fā)育和分布情況控制，主要表現(xiàn)為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水。各斷層破碎帶處洞身圍巖以Ⅴ類為主，極不穩(wěn)定[1]。

2 施工方案分析

2.1 TBM主洞鉆爆段

2.1.1 后配套安裝洞、TBM檢修洞

后配套安裝洞設(shè)計長度100m，開挖斷面高17.3m，寬11.8m，采用圓拱直墻斷面，地質(zhì)巖性為Ⅲ、Ⅳ類圍巖。后配套安裝洞利用先期施工完成的6號主洞延伸段(鉆爆段)為施工作業(yè)面，采用擴(kuò)挖方法形成后配套安裝洞的開挖施工作業(yè)空間。開挖作業(yè)時采用挑頂導(dǎo)洞法，先開挖挑頂小導(dǎo)洞，再進(jìn)行二次擴(kuò)挖，并分區(qū)分部進(jìn)行施工，采用鉆爆法施工，光面爆破，風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔。挑頂導(dǎo)洞斷面根據(jù)圍巖情況合理確定，掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺為3m，出渣主要采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)配20t自卸車運(yùn)輸，人工配合1.6m3挖掘機(jī)進(jìn)行安全處理及巖面清理。

TBM檢修洞設(shè)計長度60m，開挖斷面高10.02m，寬10.52m，采用圓拱直墻斷面，Ⅲ類圍巖；檢修洞利用5號支洞擴(kuò)挖形成檢修洞施工作業(yè)空間，雖然圍巖較好，但由于斷面較大，考慮出渣運(yùn)輸?shù)纫蛩?，開挖作業(yè)時采用臺階法施工。后配套安裝洞、檢修洞采用壓入式通風(fēng)，無軌運(yùn)輸出渣，組合鋼模襯砌。

2.1.2 TBM主機(jī)組裝洞

利用先期完成的后配套安裝洞作為作業(yè)面和施工通道，采用鉆爆法施工，光面爆破，導(dǎo)洞先行，分步臺階法二次擴(kuò)挖成型的施工工藝進(jìn)行開挖。采用風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔，裝載機(jī)配合自卸車出渣，組合鋼模襯砌，壓入式通風(fēng)。

導(dǎo)洞開始處位于安裝洞的中下部，逐步上抬至安裝洞頂部。導(dǎo)洞完成后，根據(jù)出渣需要，首先進(jìn)行上部臺階擴(kuò)挖，預(yù)留下部臺階作為出渣運(yùn)輸通道。上部完成后自內(nèi)向外開始下半部分的擴(kuò)挖。

主機(jī)安裝洞開挖斷面高20.09m，寬15.41m。斷面為蘑菇形，蘑菇頭底部寬18.61m，開挖斷面大，拱部要預(yù)埋安裝橋吊用的吊點，拱腳平臺要施作安裝橋吊走行軌的托梁，對開挖輪廓線尺寸要求十分嚴(yán)格，尤其不能破壞拱腳平臺部分的圍巖[2]，以免影響托梁基礎(chǔ)的承載能力。因此，采用光面爆破技術(shù)，嚴(yán)格按設(shè)計控制好周邊眼的間距和裝藥密度，以減少超欠挖情況，最大限度地減少對托梁基礎(chǔ)部分的擾動和破壞。掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺控制在3m，出渣主要采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)配20t自卸車運(yùn)輸，人工配合1.6m3挖掘機(jī)進(jìn)行安全處理及巖面清理。

2.1.3 步進(jìn)洞、始發(fā)洞

步進(jìn)洞設(shè)計長度307m，其中Ⅳ類圍巖38.88m，較破碎、節(jié)理發(fā)育；Ⅲ類圍巖268.12m，完整性差、節(jié)理發(fā)育；Ⅳ類圍巖開挖斷面高8.89m，寬9.06m，圓拱直墻斷面；Ⅲ類圍巖開挖斷面高8.72m，寬8.72m，圓拱直墻斷面。

始發(fā)洞設(shè)計長度25m，地質(zhì)巖性為Ⅲ類圍巖，完整性差、節(jié)理發(fā)育；開挖斷面為直徑8.92m的圓形斷面。Ⅲ類圍巖開挖作業(yè)時采用全斷面法，Ⅳ類圍巖開挖作業(yè)時采用臺階法施工，臺階高度考慮運(yùn)輸及作業(yè)方便，上半斷面高度取不低于6m，光面爆破，側(cè)卸式裝載機(jī)配合自卸車裝渣運(yùn)輸。開挖落底后先施做仰拱塊道床細(xì)石混凝土，然后回填渣至道床最頂面；TBM通過后采用TBM同步襯砌臺車襯砌，混凝土集中拌和，攪拌運(yùn)輸車運(yùn)入，泵送入模，人工振搗密實。

2.1.4 TBM拆卸洞室

根據(jù)總體施工安排，拆卸洞(樁號：K46+410～K46+360)先利用TBM掘進(jìn)通過擬拆卸洞段，然后用鉆爆法擴(kuò)挖至設(shè)計的拆卸洞室斷面，扒渣機(jī)裝渣，梭式礦車有軌運(yùn)輸至5號支洞與主洞交口處，再通過5號支洞皮帶機(jī)出渣，支護(hù)、襯砌施工方法同主機(jī)組裝洞室。TBM拆卸運(yùn)至洞外后，施工拆卸洞室的漿砌片石，并采用鋼模施作內(nèi)襯混凝土。

2.2 TBM主洞掘進(jìn)段

采用全斷面開敞式硬巖TBM，開挖直徑8.02m(邊刀磨損到極限時)，掘進(jìn)行程1.8m。采用連續(xù)皮帶機(jī)和支洞皮帶機(jī)接力，把棄渣從TBM后配套運(yùn)至支洞洞口，利用洞外轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)運(yùn)輸至臨時棄渣場，之后以自卸車運(yùn)至永久棄渣場。TBM在第一階段掘進(jìn)時，通過6號支洞將棄渣運(yùn)至支洞洞口；TBM在第二階段掘進(jìn)時，通過5號支洞將棄渣運(yùn)至支洞洞口。

早期洞段開挖支護(hù)借助TBM上錨桿、鋼拱架、噴射混凝土等。二次襯砌采用TBM同步襯砌施工技術(shù)，TBM掘進(jìn)的同時，在后配套后方適當(dāng)?shù)奈恢猛绞┕ざ我r砌并保持二者綜合作業(yè)速度相匹配。施工材料從洞外以汽車經(jīng)6號支洞運(yùn)至TBM組裝洞室，轉(zhuǎn)載到有軌運(yùn)輸列車上，再以有軌運(yùn)輸方式運(yùn)抵TBM以及二次襯砌作業(yè)點。全部施工材料均通過6號支洞運(yùn)至洞內(nèi)。

建設(shè)專業(yè)的仰拱預(yù)制廠，專用模具生產(chǎn)、蒸汽養(yǎng)護(hù)；TBM上配備仰拱塊吊機(jī)，在TBM掘進(jìn)的同時完成仰拱預(yù)制塊鋪設(shè)。施工期通風(fēng)采用歐美進(jìn)口風(fēng)機(jī)，一站壓入式通風(fēng)，TBM掘進(jìn)第一階段由6號支洞口取風(fēng)，經(jīng)支洞、主洞到達(dá)TBM作業(yè)區(qū)；TBM掘進(jìn)第二階段由5號支洞口取風(fēng)，經(jīng)支洞、主洞到達(dá)TBM作業(yè)區(qū)。TBM施工段施工期排水全部采用梯級泵站，由6號支洞排出。

3 施工重難點分析

施工重點、難點包括如下內(nèi)容：Ⅳ、Ⅴ類圍巖等地質(zhì)條件下TBM掘進(jìn)技術(shù)難點；突涌水、突泥等不良地質(zhì)條件下超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)難點；TBM同步襯砌技術(shù)難點；施工排水技術(shù)難點；以及長距離通風(fēng)、長距離運(yùn)輸和高巖溫、巖爆地質(zhì)條件下施工技術(shù)難點。

3.1 Ⅳ、Ⅴ類圍巖等地質(zhì)條件下TBM掘進(jìn)技術(shù)難點分析與對策

3.1.1 重點難點分析

5號支洞需要穿越的Ⅳ、Ⅴ類圍巖長度分別為3315m和385m，占掘進(jìn)段總長度的80.52%，其中穿越6條斷層，累計影響長度為400m，占掘進(jìn)長度的8.7%。

TBM施工段需要穿越的Ⅳ、Ⅴ類圍巖長度分別為6102.517m和870m，占TBM掘進(jìn)段總長度的42.15%，其中穿越14條斷層，累計影響長度為920m，占TBM掘進(jìn)長度的5.69%。

本項目能否按照既定工期完成，TBM快速安全通過Ⅳ、Ⅴ類圍巖段是關(guān)鍵。通過對設(shè)計文件圖紙的研究，總結(jié)出穿越的Ⅳ、Ⅴ類段對開挖的影響，主要表現(xiàn)為如下幾個方面：初期支護(hù)量增加，嚴(yán)重影響掘進(jìn)速度；落渣急劇增加，造成殘渣量劇增，清渣工作量大，占用時間長，直接影響鋼拱架支護(hù)以及掘進(jìn)施工；軟巖破碎帶超前支護(hù)，減緩掘進(jìn)速度；千枚巖地層需要及早封閉，且初期支護(hù)占用時間長，導(dǎo)致開挖速度減緩。尤其在斷層破碎帶，圍巖往往穩(wěn)定性差，會導(dǎo)致坍塌、擠壓變形，將嚴(yán)重影響施工。特別是本標(biāo)段開挖過程中需要通過的斷層破碎帶數(shù)量之多、比例之大，可以說是前所未有的。因此，如何順利穿越這些斷層將對本項目工期、施工安全產(chǎn)生巨大影響。

3.1.2 對策及措施

開展隧道開挖地質(zhì)超前預(yù)報工作。通過超前地質(zhì)預(yù)報設(shè)備，結(jié)合地質(zhì)勘探、隧洞設(shè)計以及施工觀測成果，需及時實施超前地質(zhì)預(yù)報，防患于未然。采取聯(lián)合探測的形式，同時配備超前鉆探、BEAM系統(tǒng)、HSP系統(tǒng)，必要時采用TSP203系統(tǒng)對掌子面前方進(jìn)行長距離預(yù)報[3]。通過地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，及早采取預(yù)防措施盡量減少特殊巖性造成的停機(jī)時間。當(dāng)遇到隧洞掌子面前方出現(xiàn)斷層帶和軟弱破碎帶時，采用超前鉆機(jī)實施超前處理。

加強(qiáng)初期支護(hù)設(shè)備能力配置。在Ⅳ類加強(qiáng)、Ⅴ類圍巖及斷層破碎帶施工，支護(hù)施工工程量較大，從施工安全、施工進(jìn)度等方面考慮，又要求有較快的開挖能力，此時制約進(jìn)尺的不再是破巖能力，而是初期支護(hù)能力，因此，對于該支洞的開挖必須配置高效的初期支護(hù)設(shè)備。錨桿鉆機(jī)選用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、實踐應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品，保證具有快速鉆孔能力。鋼拱架安裝器設(shè)計，參考以往本單位應(yīng)用經(jīng)驗，與制造商共同研究，選用結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、操作便捷的設(shè)備，并且可以根據(jù)圍巖條件拼裝普通鋼拱架、加強(qiáng)型鋼拱架、可伸縮鋼拱架，甚至適用的鋼管片。在斷層破碎帶洞段掘進(jìn)，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)是較為有效的支護(hù)方式，因此，鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)必須能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化或者半機(jī)械化，關(guān)鍵是高效[4]。在斷層破碎帶，必須噴射混凝土，并且要求及早封閉，最終還要達(dá)到要求的噴射厚度。

配置超前支護(hù)和圍巖加固設(shè)備。配置超前支護(hù)鉆機(jī)，必要時可以對刀盤前方的圍巖實施超前錨桿、超前小導(dǎo)管、超前注漿、超前管棚等超前加固；可以采用加固速度快、效果較明顯的新型化學(xué)漿液材料。

綜合應(yīng)用多種支護(hù)手段。在Ⅳ類加強(qiáng)、Ⅴ類圍巖的斷層破碎帶等區(qū)域性斷層影響洞段，開挖過程中的支護(hù)工作尤其重要，必須根據(jù)現(xiàn)場揭露的圍巖狀況，由地質(zhì)工程師進(jìn)行綜合判斷，制定適宜的支護(hù)措施并及時實施。

撐靴面積配置合理、撐緊壓力可調(diào)。Ⅳ、Ⅴ類圍巖穩(wěn)定性差，有可能造成撐靴撐緊洞壁困難，因此撐靴與洞壁的接觸面積要配置合理，同時撐緊壓力可以根據(jù)圍巖條件調(diào)整，做到既能保證足夠的推進(jìn)力、又能盡量避免造成撐靴部位圍巖進(jìn)一步坍塌。

3.2 突涌水、突泥等不良地質(zhì)條件下超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)難點分析與對策

3.2.1 重點難點分析

5號支洞和嶺北TBM施工段洞身基本都在地下水位以下，地下水主要為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水，基本依靠大氣降水補(bǔ)充。隧洞所涌之水均為儲存于非均質(zhì)各向異性的裂隙含水介質(zhì)中的靜儲量，與地表水體無直接水力聯(lián)系，但出水點分布不均，主要分布在斷層帶及影響帶、節(jié)理密集帶、軟弱結(jié)構(gòu)面地段。預(yù)測隧洞通過斷層帶時，可能出現(xiàn)較大突然涌水涌泥。

按照水文計算5號支洞一般涌水量為5076m3/d，最大涌水量為10152m3/d。嶺北TBM施工段預(yù)測主洞存在14個突涌水區(qū)段，總長度920m。正常涌水量為12268m3/d，最大涌水量為24536m3/d。嶺北TBM施工段，雖然是順坡排水，但由于坡度極小，僅1/2474，施工期排水如果完全依靠自流方式，勢必造成TBM區(qū)域大量積水。這對于施工人員、設(shè)備的安全以及施工進(jìn)度等均會造成直接影響。由于地下水沒有明顯的構(gòu)造異常顯示，但又隨機(jī)分布，因此探明和預(yù)報地下水位置和富水規(guī)律，是隧洞地下水處理研究的重點。如何做好地下水超前地質(zhì)預(yù)報也是本工程的難點之一。

3.2.2 對策及措施

采取綜合超前地質(zhì)預(yù)報手段。在極易發(fā)生涌水地段施工掘進(jìn)時，綜合采取各種超前地質(zhì)預(yù)報方法，提前檢測掌子面附近水文地質(zhì)條件；接近含水體時利用超前鉆孔進(jìn)行水量和水壓測試，判斷水的方向及突水、涌泥的危險程度，根據(jù)涌水量和水壓確定灌漿止水方案。

5號支洞段：采用3級施工為反坡排水，在1號泵站(水倉400m3)、2號泵站(水倉420m3)、3號泵站(水倉450m3)分別安設(shè)3臺150D30×5型水泵，采用2用1備的原則設(shè)置，將5號支洞的水分級抽至洞外。

掌子面配備了6臺70-12型多用泵，每臺流量70m3/h、揚(yáng)程80m、電機(jī)功率7.5kW和5.5kW。掌子面水用多用泵將水抽至臨時集水坑，再由臨時集水坑抽到接力泵站進(jìn)而排到3號泵站，3號泵站將水排到2號泵站，再由2號泵站將水排到1號泵站進(jìn)而排到洞外，臨時集水坑隨著掌子面開挖而同步前移(目前項目部在5號洞備用了3臺200kW、150m3/h、180m揚(yáng)程水泵作為繼續(xù)向5號洞上下游掘進(jìn)的備用泵)。

嶺北TBM段：對于掌子面前方，采取聯(lián)合探測的方法。施工現(xiàn)場采用TBM自帶的超前鉆機(jī)鉆孔，根據(jù)鉆孔時鉆機(jī)的推力、扭矩和鉆進(jìn)速度，預(yù)測前方地質(zhì)和地下水情況。TBM掘進(jìn)的同時，連續(xù)采用BEAM系統(tǒng)實施電法超前地質(zhì)探測，根據(jù)在錦屏二級電站引水洞開敞式TBM上的應(yīng)用經(jīng)驗[5]，可探測長度在洞徑6倍范圍內(nèi)的地質(zhì)與地下水情況。配備HSP超前地質(zhì)探測系統(tǒng)，利用聲波反射法探測掌子面前方地質(zhì)與地下水情況，該系統(tǒng)已經(jīng)在很多工程施工中得以應(yīng)用，應(yīng)用效果良好。必要時采用安伯格測量技術(shù)公司研制的TSP203探測系統(tǒng)進(jìn)行隧洞施工中長期預(yù)報。

設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，并配備預(yù)防突涌水涌泥時的應(yīng)急排水措施。在TBM上配備2套加強(qiáng)型排水系統(tǒng)，根據(jù)涌水量大小決定開啟數(shù)量。由于隧洞坡度小，TBM掘進(jìn)過程中需要采取抽排方式排水至主洞與支洞交叉口的集水坑，再分級泵送到洞外。項目在6號支洞與主洞交叉口處的6號泵站增加2條，φ400排水管道，配以2臺410kW水泵應(yīng)對突涌水情況發(fā)生，為使TBM掘進(jìn)過程中排水通暢，在TBM組裝洞至6號支洞喇叭口處全部修建了排水渠，能夠?qū)崿F(xiàn)自流。5號支洞排水系統(tǒng)在5號支洞施工完成后，保留下來作為TBM施工第二階段時后備排水設(shè)施，一旦出現(xiàn)突涌水時啟用。

設(shè)置完善的逃生和避險設(shè)施。為確保人員安全，特別在5號支洞內(nèi)設(shè)置了逃生梯，并放置救生圈，以便發(fā)生涌水時施工人員能安全逃生。在合理的位置設(shè)置避險安全倉，來不及逃出洞外的人員可以進(jìn)入安全倉，等待救援。

3.3 TBM同步襯砌技術(shù)難點分析與對策

3.3.1 重點難點分析

TBM施工具有安全、快速等特點，以往開敞式TBM掘進(jìn)的隧洞，必須全部或者分階段貫通后，再施作二次襯砌，工期長、成本高，存在安全隱患；本標(biāo)段工程要求采用TBM同步襯砌施工技術(shù)。

開敞式TBM同步襯砌施工技術(shù)，就是TBM在前方正常掘進(jìn)，后面同時施作二次襯砌，需要保證二者之間的相互協(xié)調(diào)、互不干涉，也就是不論TBM處于何種工作狀態(tài)，二次襯砌的任何工序均不受影響；同時，不論二次襯砌處于何種工作狀態(tài)，TBM掘進(jìn)的任何工序均不受影響。

實現(xiàn)TBM同步襯砌，必須要妥善解決如下重點問題：TBM掘進(jìn)與二次襯砌同步施工總體方案規(guī)劃；連續(xù)皮帶機(jī)穿越同步襯砌臺車且不間斷運(yùn)行；有軌運(yùn)輸列車穿行同步襯砌臺車且二襯作業(yè)不受干擾；長距離隧洞施工通風(fēng)系統(tǒng)穿越同步襯砌臺車且通風(fēng)運(yùn)行不間斷、通風(fēng)效果不受影響；二次襯砌速度與TBM掘進(jìn)速度相匹配；TBM施工供電、供水、排水、照明、通信等線路穿越同步襯砌臺車且不因同步襯砌作業(yè)而中斷；要求同步襯砌臺車工作性能穩(wěn)定，保障施工平穩(wěn)進(jìn)行。

3.3.2 對策及措施

借鑒在中天山隧洞有軌運(yùn)輸出渣條件下開敞式TBM同步襯砌(開挖直徑8.8m)、蘭渝鐵路西秦嶺隧洞連續(xù)皮帶機(jī)出渣條件下開敞式TBM同步襯砌(開挖直徑10.23m)施工經(jīng)驗，緊密結(jié)合本工程的條件與特點，制定方案合理、可行性高的同步襯砌方案。本工程隧洞開挖直徑8.02m，采用連續(xù)皮帶機(jī)出渣，有軌列車運(yùn)送施工材料，并且TBM上的軟風(fēng)管儲存筒外徑達(dá)到約2.2m，且仰拱預(yù)制塊為內(nèi)弧面形狀，因此同步襯砌臺車設(shè)計難度更大、同步襯砌施工組織也更加困難。

同步襯砌臺車有效襯砌長度為16m，數(shù)量配置與TBM綜合掘進(jìn)速度相匹配。同步襯砌臺車與TBM、連續(xù)皮帶機(jī)、隧洞通風(fēng)系統(tǒng)同步設(shè)計，相互協(xié)調(diào)，確保在橫斷面布置上保持協(xié)調(diào)統(tǒng)一。臺車下部臺架預(yù)留空間，保證單列有軌運(yùn)輸列車正常通行。臺車上部臺架中間，預(yù)留大直徑通風(fēng)軟管通行通道，并安裝相應(yīng)的保護(hù)筒，避免通風(fēng)軟管受損；通風(fēng)軟管在洞內(nèi)懸掛的位置、在TBM后配套上的安裝位置以及穿越同步襯砌臺車時的位置保持一致，避免通風(fēng)軟管出現(xiàn)彎折而影響通風(fēng)效果。臺車臺架側(cè)面設(shè)計連續(xù)皮帶機(jī)承臺，并預(yù)留足夠空間，作為連續(xù)皮帶機(jī)穿越同步襯砌臺車時的支撐和通道；承臺上設(shè)置減震裝置，避免連續(xù)皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動對二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。連續(xù)皮帶機(jī)在洞壁的固定支架，設(shè)計為兩節(jié)式、長度可調(diào)結(jié)構(gòu)，拆裝方便，滿足連續(xù)皮帶機(jī)穿越臺車前后支架快速拆卸和再次安裝之需，并且適應(yīng)二次襯砌施作前后支架長度的變化。IV、V類圍巖洞段需要施作鋼筋混凝土，因此在每部同步襯砌臺車前方設(shè)計制造鋼筋綁扎臺車，同樣需要滿足上述通行條件，實現(xiàn)方法相同。在TBM掘進(jìn)第一階段配置2臺同步襯砌臺車，當(dāng)TBM轉(zhuǎn)入第二階段掘進(jìn)施工時，原用于第一階段的2臺同步襯砌臺車?yán)^續(xù)完成第一階段剩余洞段的襯砌施工，第二階段增配2臺同步襯砌臺車跟隨TBM施工。

3.4 長距離通風(fēng)技術(shù)難點分析與對策

3.4.1 重點難點分析

秦嶺隧洞越嶺段約40km，分為兩個標(biāo)段，嶺北TBM段(分界點K46+360)至6號支洞與主洞交叉口(K65+163.517)，中間設(shè)有5號支洞(5號支洞與主洞交叉口樁號K55+280)，TBM施工分為兩個階段，則隧洞施工通風(fēng)也分為兩個階段，第一階段利用6號支洞實施通風(fēng)，最大通風(fēng)距離12362m(6號支洞2479m+主洞9883m)；第二階段利用5號支洞實施通風(fēng)，最大通風(fēng)距離13540m(5號支洞4620m+主洞8920m)。嶺北TBM施工段最大埋深1300m，不具備增加輔助通道的條件，因而上述最大通風(fēng)距離也無法縮短。

隧洞開挖直徑8.02m、最大通風(fēng)距離達(dá)13.5km的施工通風(fēng)，在方案設(shè)計、設(shè)備配置、施工管理等方面均具有很高的挑戰(zhàn)性；同時，本標(biāo)段工程還要采用TBM同步襯砌技術(shù)，則隧洞施工通風(fēng)系統(tǒng)還要順利穿越同步襯砌臺車，并保證長時間不間斷運(yùn)行，這對于通風(fēng)設(shè)計又增加了難度。

3.4.2 對策及措施

采用先進(jìn)的通風(fēng)機(jī)以及優(yōu)質(zhì)通風(fēng)軟管，加強(qiáng)施工通風(fēng)管理。采用一站式獨(dú)頭壓入通風(fēng)，直接從洞外壓送新鮮空氣到洞內(nèi)?？傮w通風(fēng)方案根據(jù)支洞設(shè)計，分為兩個階段。采用歐美進(jìn)口、節(jié)能風(fēng)機(jī)，既保證風(fēng)量風(fēng)壓，又可降低運(yùn)行成本。采用性能可靠的大直徑、長管節(jié)通風(fēng)軟管，減少風(fēng)量損耗。從支洞到主洞轉(zhuǎn)彎處，通風(fēng)軟管采用特殊設(shè)計，確保風(fēng)道平順，減小阻力。通風(fēng)軟管接頭采用拉鏈?zhǔn)讲⒂邢鄳?yīng)的防護(hù)措施，確保不漏風(fēng)且接頭部位阻力小。完善有害氣體監(jiān)測措施，設(shè)計良好的除塵系統(tǒng)，TBM上合理配套高效的除塵設(shè)備，確保施工人員與設(shè)備的安全。加強(qiáng)通風(fēng)管理，確保通風(fēng)軟管懸掛順直，盡量避免或減少通風(fēng)軟管破損，對破損部位采用先進(jìn)方法及時修補(bǔ)。

3.5 巖爆地段施工技術(shù)難點分析與對策

3.5.1 重點難點分析

嶺北TBM施工段預(yù)測巖爆全部發(fā)生在Ⅲ類圍巖洞段，合計14個區(qū)段，總長9420m，占TBM掘進(jìn)長度的58.3%，巖爆的等級以中等—輕微為主。5號支洞地應(yīng)力較高，當(dāng)在完整強(qiáng)度較大、干燥環(huán)境的Ⅲ類圍巖洞段的變砂巖中施工作業(yè)時，因為地應(yīng)力集中，在掌子面或離掌子面1倍左右洞徑的地段極易發(fā)生巖爆。TBM施工具有對圍巖擾動較小、掘進(jìn)速度快、開挖邊界光滑等特點，掘進(jìn)成洞后，圍巖應(yīng)力集中較弱，在一段時間內(nèi)能保持穩(wěn)定；然而，經(jīng)過一段時間的應(yīng)力重分布后就可能發(fā)生巖爆，即TBM施工中的巖爆具有滯后性，這種現(xiàn)象對于施工安全的危害更大。

3.5.2 對策及措施

加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報。根據(jù)勘察設(shè)計成果，在可能發(fā)生巖爆的洞段掘進(jìn)時，以地質(zhì)預(yù)報為先導(dǎo)，堅持先探測后掘進(jìn)的原則。加強(qiáng)預(yù)測預(yù)報，做好超前地質(zhì)預(yù)報，根據(jù)施工經(jīng)驗及超前鉆孔對巖體進(jìn)行力學(xué)計算分析，確定巖爆發(fā)生的強(qiáng)度等級。

及時噴水。利用TBM刀盤噴水系統(tǒng)，加大掌子面噴水流量與噴水壓力，降低開挖面的巖石溫度和脆性，軟化表層使應(yīng)力釋放，減少巖爆發(fā)生的可能。對暴露的石頭表面及時灑水，軟化巖石，降低脆性加強(qiáng)塑性，減小巖爆的可能性。

施作應(yīng)力釋放孔。巖爆洞段，只要圍巖在TBM護(hù)盾后方出露，立即利用錨桿鉆機(jī)在洞壁上鉆孔，釋放圍巖地應(yīng)力；必要時，采用超前鉆機(jī)在掌子面上縱向鉆孔，釋放應(yīng)力，可有效降低巖爆發(fā)生的強(qiáng)烈程度。應(yīng)力釋放孔鉆孔完成后，向孔內(nèi)注入高壓水，加快應(yīng)力釋放、軟化圍巖，降低巖爆危害。

加強(qiáng)初期支護(hù)。根據(jù)錦屏二級電站引水洞以及其他隧洞施工經(jīng)驗[6]，加強(qiáng)初期支護(hù)，對于避免、減輕巖爆，降低巖爆危害具有顯著效果。

人員安全防護(hù)。巖爆非常劇烈時，人員躲避到安全距離，直至巖爆平靜。重新開始開挖施工時，檢查有無剝落巖石，如有需要及時清除。在可能巖爆地段作業(yè)，安排專人加強(qiáng)巖石應(yīng)力應(yīng)變各項指標(biāo)監(jiān)測，作業(yè)人員和機(jī)械加強(qiáng)防護(hù)，確保施工作業(yè)穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

長大隧道施工面臨著不可控因素諸多，開挖過程中可能出現(xiàn)圍巖穩(wěn)定性差，突涌水、突泥等不良地質(zhì)，以及TBM同步襯砌、長距離通風(fēng)難、巖爆等一系列問題，必須根據(jù)現(xiàn)場施工條件，優(yōu)化施工方案，注重超前地質(zhì)預(yù)報，加強(qiáng)初期支護(hù)，設(shè)置完善的排水系統(tǒng)和避險設(shè)施，配置超前支護(hù)和圍巖加固設(shè)備，綜合多種支護(hù)手段，加強(qiáng)圍巖安全監(jiān)測。秦嶺輸水隧洞嶺北段完工后外觀質(zhì)量及整體性良好，無孔洞、蜂窩，超聲回彈和鉆孔取芯檢測結(jié)果顯示的各項指標(biāo)參數(shù)均符合規(guī)范及設(shè)計要求。