達坂隧洞TBM脫困處理措施

馬騁

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆達坂隧洞為無壓引水隧洞，主洞全長30708 m，洞線近東西向布置，隧洞開挖采用TBM法進行施工，六邊形預制混凝土管片襯砌，襯砌后內(nèi)徑為6.0 m，管片寬1.6 m，厚度28 cm，主洞埋深10～150 m，圍巖巖性以含土砂礫石、膨脹性泥巖、凝灰?guī)r、砂巖為主。目前新疆達坂隧洞已全部貫通，TBM實際平均月進尺480 m/月，最高月進尺達1003 m，最高日進尺達58.3 m，扣除TBM卡機脫困及設備檢修期間影響，TBM實際平均月進尺630 m/月，達到國內(nèi)類似工程領先水平。

2 達坂TBM被困原因分析

TBM掘進過程中遇到了強膨脹泥巖、斷層、富水等嚴重不良地質(zhì)，造成頻繁卡機。達坂隧洞工程不良地質(zhì)段主要集中在達坂TBM施工段的7處，累計長度為2254 m，用時448 d，日平均掘進5 m，大大小于TBM的正常掘進速度。

達坂隧洞施工過程中，從TBM被困情況看主要是嚴重的不良工程地質(zhì)條件造成，主要出現(xiàn)在侏羅系中統(tǒng)西山窯組J2x4地層、發(fā)育的斷層帶和地下水豐富的沖溝處。

1）泥巖夾砂巖、砂巖夾泥巖、砂巖與泥巖接觸和砂巖與泥巖互層分布洞段，往往在砂巖中有水，當達坂TBM穿過時泥巖遇水軟化、泥化，粘堵刀盤、刀盤，出現(xiàn)泥裹刀現(xiàn)象，嚴重時達坂TBM無法向前掘進。

2）涌水、突水造成尾盾大量積水和淤積泥砂、巖碴等，增加TBM的清碴難度和后配套臺車行進阻力，致使達坂TBM掘進中后配套臺車被迫拉斷，造成達坂TBM停機，同時嚴重影響達坂TBM安裝混凝土管片的質(zhì)量和速度。

3）達坂隧洞在穿越?jīng)_溝時，埋深都比較淺，約為30～80 m，地表水極易滲入洞內(nèi)，因此隧洞沿線滲出水量比較大，部分洞段積水深達40多cm。

①導致牽引機車行進時涌起水深達1.0 m高，嚴重影響運輸速度，并造成牽引機車前、后橋和變矩器頻繁損壞。

②運輸車皮一直在水中運行，輪軸承損壞嚴重。

③運輸列車常常損壞在運輸途中，不是車皮脫軌，就是牽引機車不動。

4）達坂TBM在軟弱膨脹泥巖的掘進過成中，由于縮徑變形比較大，變形應力也比較大，將達坂TBM抱死，被迫停機。

5）達坂TBM在隱蔽裂隙和劈理裂隙發(fā)育的泥質(zhì)巖洞段掘進。

TBM掘進開始掌子面是直立的，隨著達坂TBM的掘進，在刀盤前面形成一定的空腔?？涨辉赥BM的掘進過成中逐漸增大，巖石臨空面也在不斷擴大，起初掉落巖石塊塊徑小、數(shù)量少、速度也慢，隨著不斷的掘進，巖石塊掉落量越來越大，速度越來越快，并且石塊塊徑也越來越大，最大可達30～40 cm。當達坂TBM機頭塌空上方達到2.0～3.5 m，前方達到3.5～4.5m時，突然的塌方將達坂TBM機頭壓死，無法掘進。

6）斷層帶內(nèi)為角礫巖、糜棱巖、壓碎巖等散狀體，斷層帶處于飽和狀態(tài)，斷層泥包裹砂巖、礫巖及泥巖角礫呈軟塑狀，流動性強。當達坂TBM穿越斷層洞段掘進時，如同山體泥石流滑坡，斷層泥包裹砂巖、礫巖及泥巖角礫快速流入達坂TBM機頭內(nèi)，致使達坂TBM皮帶壓死，并從皮帶上溢出，流淌到護盾中，迫使停機。

7）塞克山達坂低山丘陵區(qū)中，部分沖溝為深切溝谷。溝谷范圍的巖體為強風化，地下水豐富，圍巖十分破碎，呈松散體結(jié)構，當達坂TBM穿越溝谷掘進時，發(fā)生塌方，出現(xiàn)大量涌水、流沙和涌泥現(xiàn)象。伸縮護盾底部、尾護盾混凝土管片安裝區(qū)、聯(lián)接橋至前部臺車底部等多處被流沙、淤泥淹沒，導致達坂TBM無法掘進。

3 TBM脫困處理措施

TBM被困處理主要采取人工開挖導洞，水泥、化學灌漿，洞內(nèi)應急堵水和地面排水，砂漿或細石混凝土充填，臨時鋼支撐等多項措施。根據(jù)TBM被困情況不同，一般都是采用兩種或兩種以上措施結(jié)合起來處理。

3.1 導 洞

達坂TBM掘進通過膨脹泥質(zhì)巖，縮徑變形嚴重的地段被困時，采用人工開挖導洞措施進行處理。

1）導洞布置。根據(jù)圍巖塌方及變形情況確定達坂TBM脫困導洞的布置，一般包括以下幾種情況：

①從刀盤人孔進入，自刀盤正面頂部向后開挖；②在護盾頂部，從伸縮護盾處進入向前護盾或尾盾方向開挖；③從伸縮護盾處進入，在護盾兩腰線部位向前護盾或尾盾方向開挖；④從伸縮護盾處進入，在護盾兩側(cè)靠近底部或上部向前護盾方向開挖。根據(jù)現(xiàn)場具體情況決定采用不同的導洞布置方式，導洞一般沿洞軸線水平開挖。

2）導洞施工。導洞開挖從刀盤、伸縮護盾等部位開始，人工鑿除達坂TBM周邊的圍巖，以減小圍巖變形對護盾的擠壓，從而減少護盾與圍巖間的摩阻力，使達坂TBM脫困。

導洞開挖是人工用風鎬開挖，并出碴到達坂TBM皮帶機上，通過皮帶機轉(zhuǎn)至碴斗車上。開挖過程中，根據(jù)導洞圍巖穩(wěn)定的實際情況，采用短方木進行臨時支護或不支護，若達坂TBM機頭處圍巖過于破碎可進行灌漿預加固。導洞開挖向前伸展時每隔一定時間試拉刀盤，可以移動則停止開挖。

3.2 灌 漿

1）水泥漿灌漿。達坂TBM穿越?jīng)_溝處，對圍巖松散體或強風化進行預固結(jié)處理。若被困處埋深小于50 m時，在達坂TBM刀盤前方自地面垂直造孔，超前灌注水泥漿；若埋深大于50 m時，在洞內(nèi)達坂TBM機頭處造孔，灌注水泥漿，確保達坂TBM掘進順利通過。

2）化學灌漿。當達坂TBM穿越泥巖洞段被困時，對掌子面及刀盤頂部松散體進行化學灌漿固結(jié)處理，實現(xiàn)刀的正常掘進。

3.3 應急堵水與排水

1）洞內(nèi)應急堵水。洞內(nèi)應急堵水主要采用化學灌漿堵水。化學灌漿的特點是發(fā)泡極快，擴散很小，自填充。適用于有水情況和需要快速凝固的場合，其他方法難以代替。化學灌漿堵水快捷有效，為后期的施工作業(yè)提供一個良好的作業(yè)環(huán)境，減小出水量，減輕洞內(nèi)的排水壓力和保障火車的正常運行，確保富水洞段正常掘進。

2）地面導排。達坂TBM掘進穿越塞克山達坂地面有水沖溝時，在達坂隧洞以南300～500 m處，截堵地表水，開挖引水渠或利用灌溉渠道將水引至達坂隧洞以北100～200 m外，盡可能減少地下水的補給，減少了滲水量，大大提高了達坂TBM的掘進效率。

3）豎井排水。當達坂隧洞埋深小于80 m，達坂TBM掘進通過地下水豐富地段時，采用地面豎井排水，減少滲水量。

3.4 其它措施

1）砂漿或細石混凝土充填。達坂TBM掘進出現(xiàn)比較大的塌空區(qū)，并且埋深小于60 m時，在地面采用GK-200油壓回轉(zhuǎn)式鉆機造孔至塌空區(qū)，孔徑為150 mm。自地面向塌空區(qū)充填砂漿或細石混凝土。

2）臨時鋼支撐。臨時鋼支撐布置在達坂TBM被困的可能出現(xiàn)襯砌混凝土管片失穩(wěn)洞段，防止塌洞情況出現(xiàn)。臨時鋼支撐為圓弧形，設在側(cè)拱混凝土管片下安裝孔以上，緊貼頂和側(cè)混凝土管片。在側(cè)混凝土管片下安裝孔位置設置一縱向托梁，用于臨時鋼支撐生根。臨時鋼支撐每榀間距為50～80 cm不等，另外還設有3～4道縱向聯(lián)系梁。

4 結(jié)語

文中結(jié)合新疆達坂隧洞TBM脫困處理工程施工實例進行研究分析，通過對TBM被困的情況、原因做出詳細的分析，其脫困處理主要采取人工開挖導洞，水泥、化學灌漿，洞內(nèi)應急堵水和地面排水，砂漿或細石混凝土充填，臨時鋼支撐等多項措施。根據(jù)TBM被困實際情況不同，一般都是采用兩種或兩種以上措施結(jié)合起來處理。以快速實現(xiàn)對TBM進行脫困，成功解決了TBM脫困施工難題，對雙護盾掘進機應用于復雜地質(zhì)條件積累了一定經(jīng)驗。

［1］文钅容，李世新，范以田，馬騁，等.達坂巖石隧洞全斷面掘進機（TBM）［J］.施工技術，2013.

［2］馬騁.TBM施工中管片接縫與錯臺控制措施初探［J］.地下空間與工程學報，2009（5）.

［3］馬騁.豆礫石回填灌漿質(zhì)量控制初探［J］.山西建筑，2010（7）.

［4］馬騁.化學灌漿在新疆達坂隧洞管片裂縫處理中的應用.山西建筑，2013（10）.