全斷面雙護盾掘進機檢修洞室開挖

賈 義

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概況

某隧洞工程采用全斷面雙護盾掘進機（以下簡稱TBM）開挖，掘進段總長約23.6km，由于TBM設(shè)備中有一部分零件的使用壽命有限，不能一次性完成23.6km隧洞掘進任務(wù)，需在中途停止掘進，進行一次全面的維護、保養(yǎng)和檢查，才能進行后繼工作。檢修中主要對液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等進行檢查和保養(yǎng)，同時還要對主軸承密封進行檢查并決定是否更換。根據(jù)設(shè)計要求原TBM檢修洞室設(shè)計開挖尺寸為13.2m×13.2m×25.0m，而當(dāng)支洞開挖至檢修洞室交叉處時，發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)條件與原設(shè)計不符，屬V類圍巖，根據(jù)受力分析，無法按原設(shè)計斷面開挖。最終根據(jù)以能保證TBM檢修的最小空間尺寸確定了開挖斷面尺寸，檢修標(biāo)準(zhǔn)洞段成型后兩側(cè)較TBM直徑護盾各寬1m，并在刀盤頂部增加吊車梁洞室。

2 工程地質(zhì)條件

隧洞圍巖為侏羅系中統(tǒng)西山窯組三段灰黑色中厚層炭質(zhì)泥巖，并夾有薄層粉砂質(zhì)泥巖，巖層產(chǎn)狀 NE685°SE∠46～48°，層面裂隙較發(fā)育，可見較多的層間錯動產(chǎn)生的擦痕，中厚層炭質(zhì)泥巖受層面錯動的影響，隱蔽剪劈理發(fā)育，層間錯動較破碎，巖體多呈微風(fēng)化狀。該巖組巖石強度低，抗風(fēng)化力弱，圍巖穩(wěn)定條件較差，對洞壁巖體穩(wěn)定不利，屬V類圍巖。

3 TBM檢修洞室開挖尺寸與平面圖

根據(jù)實際地質(zhì)條件及TBM檢修需要，檢修洞室由交叉段（檢修洞室與02支洞）、上下游標(biāo)準(zhǔn)段、吊車梁洞室、加強段四大部分組成，交叉段與標(biāo)準(zhǔn)段的開挖斷面為城門洞型，開挖尺寸為18.4m×9.65m×9.3m(長×高×寬)，吊車梁洞室為在原標(biāo)準(zhǔn)段上部左右兩邊分別擴挖1.2m和3.2m，形成牛腿狀，以便安裝起吊設(shè)備,具體開挖尺寸為4.3m×14.65m×13.8m（長×高×寬），上下游加強段開挖斷面為直徑8.19m圓形洞室，上、下游長度分別為15.55m和7.55m（見圖1）。

圖1 檢修洞室平面圖（單位：mm）

4 施工方法

采用鉆爆法施工，錨噴支護。

由于隧洞開挖跨度大，圍巖較差，施工中必須遵循分塊開挖、短進尺、多循環(huán)、及時支護的開挖原則。

爆破方法主要采用光面爆破與淺孔爆破相結(jié)合的開挖辦法。

5 開挖順序

開挖順序見圖2。

圖2 檢修洞室開挖順序圖

5.1 交叉段的開挖

當(dāng)支洞開挖至與檢修洞室交叉段時，先進行交叉段上導(dǎo)的開挖，交叉段的開挖最為重要，因為它的開挖成功與否，直接關(guān)系到其他段的施工。由于交叉段整體跨度較大，且與02支洞交叉，對圍巖穩(wěn)定極為不利，為了施工安全，應(yīng)進行分塊開挖并及時支護。挖后先對巖面初噴4cm厚混凝土封閉圍巖，并及時進行鋼拱架安裝、錨桿施作和噴射混凝土等一期支護的施工。首先進行第①塊開挖與鋼格柵的安裝支護，此處的鋼格柵不能按照正常的鋼格柵鋼板接點在中心線位置加工，應(yīng)偏過軸線兩到三米，這樣開挖時向軸線延伸兩到三米，才能保證鋼格柵的拱腳座落在巖石上，形成一個拱形，在頂部打入徑向錨桿。在開挖中，一次按兩榀格柵的間距確定開挖進尺，每開挖兩榀立即進行一次支護，按照這樣的施工辦法先完成交叉處頂拱的開挖后再進行第②塊的開挖，向下延伸鋼格柵至整個頂拱層斷面的拱腳處，由于拱腳處的鋼格柵不是垂直連接，只能采用搭接焊接連接，并打入八字錨桿，以增加拱腳的穩(wěn)定。在向下開挖時，為了保證施工安全，不能出現(xiàn)兩榀以上鋼格柵拱腳懸空，須開挖一榀格柵便進行噴混凝土封閉。當(dāng)?shù)冖趬K開挖完成后，頂部伸下的鋼格柵全部連接后，交叉段整個頂拱層已完成開挖及支護，然后進行下部第③塊與第④塊的開挖，開挖中采用臺階式的開挖順序。第⑤塊屬于檢修機坑，在基坑澆筑混凝土前采用反鏟挖機開挖完成（見圖3）。

圖3 交叉段和標(biāo)準(zhǔn)段開挖順序圖（單位：mm）

5.2 標(biāo)準(zhǔn)段開挖

標(biāo)準(zhǔn)段開挖見圖3。

5.2.1 頂拱層開挖

在完成交叉段的開挖后，即進行上、下標(biāo)準(zhǔn)段的頂拱層開挖。由于標(biāo)準(zhǔn)段上導(dǎo)直徑為9.3m，跨度較大，在這種圍巖中不能全斷面開挖，應(yīng)分為上、下兩部分開挖。上部開挖時仍采用短進尺、及時支護的原則，在開挖中要隨時觀察圍巖情況，對于出現(xiàn)的不連續(xù)的地質(zhì)構(gòu)造(如張開節(jié)理、斷層、裂隙、剪切帶和其他的不連續(xù)構(gòu)造)，及時調(diào)整鋼格柵的間距，并增加徑向錨桿，每榀鋼格柵拱腳都要擊入鎖腳錨桿，增加拱腳的穩(wěn)定性。

5.2.2 下半部分開挖

下半部分開挖采用階梯式淺孔爆破開挖的方法，由于洞室跨度較大，考慮施工安全，開挖時左、右兩側(cè)應(yīng)錯開交替開挖，避免頂拱同一榀格柵兩個拱腳同時懸空。

5.3 吊車梁洞室開挖

當(dāng)完成上、下游標(biāo)準(zhǔn)段開挖時，便可進行吊車梁洞室的開挖。由于吊車梁洞室斷面小，洞室高，考慮施工安全，合理分塊，采用“下—上—下”的開挖方法，即先從靠近上游標(biāo)準(zhǔn)段頂部中間位置向上開挖2～3m導(dǎo)洞，利用腳手架分層到達吊車梁設(shè)計的最頂層，在向上開挖時應(yīng)隨時必須短進尺，強支護，注意圍巖情況，每層以不超過2m為宜，且開挖出的巖面除頂部外其余四面圍巖必須及時噴護封閉。當(dāng)開挖的2～3m導(dǎo)洞已形成拱形斷面并且安裝了4～6榀鋼格柵后，然后分別向軸線左右兩邊開挖橫向洞室的拱形，當(dāng)?shù)踯嚵憾词易铐攲訖M向洞室拱形開挖完成后，便可臺階式分層向下開挖下部。臺階式開挖一直到洞室底部。在吊車梁洞室開挖時，由于開挖空間小，空氣不易流通，應(yīng)將風(fēng)筒掛入工作面內(nèi)，以保證工作面的空氣流通（見圖4）。

圖4 吊車梁洞室開挖順序圖（單位：mm）

5.4 上下游加強段開挖

為了避免TBM在到達檢修洞室時對圍巖的擾動，保證檢修洞室的安全，在檢修洞室上下游分別設(shè)15m和8m的加強段，加強段的開挖同樣采用頂拱層與下部錯開臺階式施工，先進行頂拱層的開挖，最后進行下半部左、右錯開交替的開挖。

6 結(jié)語

在圍巖比較破碎的大型隧洞開挖中，一定要根據(jù)施工圖紙制定安全、經(jīng)濟的開挖順序，科學(xué)合理地分塊，隨時觀察圍巖的變化，及時調(diào)整支護參數(shù)。