一水利建设与管理 ２０１３年・第７期 ＴＢＭ通过不良地质洞段施工方案浅谈 黄 兵 （辽宁润中供水有限责任公司，沈阳 １１０１６６） 【摘 要】 本文介绍了在长大隧洞施工中，在极其破碎的断层带这种不良地质段，出现ＴＢＭ机头被困等问题。通 过采用上导洞开挖、氰凝材料注浆等施工方案，确保了工程正常顺利施工。 【关键词】 不良地质；ＴＢＭ掘进；施工方法 中图分类号：ＴＶ５１２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５４７７４（２０１３）０７－０００４－０３ Ｂｒｉｅｆ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ＴＢＭ Ｐａｓｓｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ ＨＵＡＮＧ Ｂｉｎｇ （Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｒｕｎｚｈｏｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１６６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ＴＢＭ’Ｓ ｈａｎｄｐｉｅｃｅ ｇｅｔｓ ｔｒａｐｐｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｆｆａｖｏｒａｂｌｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｆｒａｇｍｅｎｔｉｚｅｄ ｆａｕｌｔ ｚｏｎｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅ１．Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｏｐ ｈｅａｄｉｎｇ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｃｙａｎｉｄｅ ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｍａｔｅｒｉｌｓ ｇｒｏｕｔｉａｎｇ，ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｓ ｅｎｓｕｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｓｍｏｏｔｈｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆａｕｌｔ ｚｏｎｅ；ＴＢＭ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ １工程概况 长大隧洞施工中，当ＴＢＭ掘进至桩号３８＋５２６ 构较紧密，具有一定的自稳能力。地下水自掌子面的 左前方和左前上方呈股流状涌出，水流量为２０Ｌ／ｍｉｎ。 另据ＴＳＰ超前地质预报揭露，ＴＢＭ刀盘前方４１ｍ范围 为Ｖ类围岩，４１～６９ｍ范围为Ⅳ类围岩，此段洞室埋深 约４２５ｍ。 时，洞室进入断层影响带，围岩完整性差、强度较低，从 ３８＋５３７桩号开始，洞左侧拱腰开始塌方，至桩号３８＋ ５３８．４坍塌已上升至拱肩，且塌腔最深处达４ｍ。由于 围岩本身自稳能力极差，ＴＢＭ刀盘前方和左上方产生 大规模塌方并涌向指形护盾，石渣最后堆积高度达 ＴＢＭ主梁上。 ３ ＴＢＭ脱困施工方法 根据洞室塌方导致ＴＢＭ刀盘被困、刀盘周围出露 围岩情况和ＴＳＰ超前地质预报结果，ＴＢＭ设备通过不 良地质洞段分以下３个阶段。 ２地质情况 此段围岩岩性为混合片麻岩，自３８＋５２６洞室进 入断层影响带，自桩号３８＋５３８．４处已上升至拱肩，且 塌腔最深处达４ｍ，根据塌方延伸方向初步判断断层产 状为ＮＷ３３０。ＳＷ／４５。～５５。。由于塌方严重且大量石 渣从ＴＢＭ指形护盾堆积于ＴＢＭ机头后，导致钢拱架 ３．１前期准备工作 加固刀盘后面１３ｍ不良地质洞段围岩，ＴＢＭ主机 上工作平台的搭建及洞底堆渣清理，施工风、水、电的 准备，原材料采购以及现场施工人员组织、安排。 ３．２ ＴＢＭ刀盘脱困施工内容 由于刀盘左侧塌腔内充满了大量石渣，同时，塌腔 无法安装，ＴＢＭ设备被迫停止掘进。洞室右侧围岩结 ・４・ 黄兵／ＴＢＭ通过不良地质洞段施工方案浅谈 内地下水成股状外流，流量为２０Ｌ／ｍｉｎ。开挖过程中， 施工顺序从右至左、边开挖边打自钻式锚杆，并及时支 立钢拱架，按照强支护的原则施工。上导洞形成后，在 ５．２．１．１封闭涌渣口 在顶拱１８０。范围内，指形护盾钢板缝隙处施工自 钻式锚杆，自钻式锚杆参数为西２５，Ｌ＝６～１４ｍ，外插角 ＝上导洞两侧浇注混凝土基础，支立第二层钢拱架，确保 上导洞结构安全，同时，为第三阶段超前处理实施提供 ６０。，利用指形护盾的挡护，在指形护盾上安装１榀 钢拱架，在钢拱架外挂西８＠５０ Ｘ ５０钢筋网和６＝３ｍｍ 施工平台。 ３．３ ＴＢＭ通过不良地质洞段主要施工内容 施工主要采用４，４２管棚和灌注ＨＳＣ注浆材料，加 固刀盘四周和前方的破碎岩体；ＴＢＭ掘进时初期支护 采用Ｖ类不良地质段支护方案施工，保证ＴＢＭ顺利通 过不良地质洞段。 ４ ＴＢＭ脱困工作准备 ＴＢＭ脱困施工前必须做好一切材料、设备等供 应，保证在处理过程中，ＴＢＭ机头顺利通过该段洞室 安全和稳定，并形成施工工作面，具体措施如下。 ４．１ 围岩加固 采取人工补立钢拱架和人工喷射混凝土的措施进 行加固，确保此段洞室稳定。 ４．２形成机头处理工作面 由于ＴＢＭ机头空间狭小，而ＴＢＭ刀盘脱困所需 施工机械设备、材料较多，以原有ＴＢＭ设备机头的空 间无法满足施工要求，且涌出的石渣在洞底采用人工清 理至平板车，再转渣至主洞皮带，严重降低施工效率，因 此，必须对机头进行改造并形成脱困施工操作平台，并 使涌出的石渣堆至施工平台上，通过ＴＢＭ１号皮带出渣。 首先割除主梁两侧护栏和部分钢拱架安装小车平 台，同时，在ＴＢＭ主梁两侧搭建脚手架平台，使平台与 ＴＢＭ主梁在同一平面上，在平台上铺设６＝６ｍｍ钢板。 ５ ＴＢＭ刀盘脱困施工 ５．１上导洞设计参数 上导洞部位：桩号３８＋５４４～３８＋５４９，范围为ＴＢＭ 撑靴上部（顶拱１３０。）；上导洞尺寸：长×宽×高＝５ｍ Ｘ ９．５７ｍ×４．０１ｍ，上部扩挖最终断面为城门｝同形。 ５．２上导洞施工方案 ５．２．１清渣处理 在ＴＢＭ脱困施工前须将涌出的石渣清理干净，并 封堵石渣出口，上导洞施工全面开展前形成工作平台， 对新涌出的石渣具备清理条件。 的钢板，从右至左凿除混凝土后逐节安装钢拱架，封闭 塌方出渣口。 ５．２．１．２清理堆渣 机头后堆渣采用人工破碎至小块，并清理至平板 车上，然后从平板车经后配套处的转渣台，将石渣清理 至主洞皮带上，由主、支洞皮带系统运至洞外渣场。 ５．２．２塌腔处理 在ＴＢＭ顶护盾内，采用Ｇ１５０地质钻机向塌腔位 置插入０８ｏ，Ｌ＝１２ｍ混凝土输送钢管，然后，利用手喷 混凝土系统向塌腔内压入Ｃ２５喷射混凝土，封闭塌腔。 ５．２．２．１ 自钻锚杆和小导管施工 在顶拱１８０。范围内指形护盾钢板缝隙处施工自钻 式锚杆，自钻式锚杆参数为西２５，Ｌ＝１２ｍ，外插角 ＝ ９～３０。，锚杆环向间距为０．３～０．５ｍ。小导管选用４，４２ 钻杆，环向间距为０．５ｍ，孔深为８～１２ｍ，由４～６节钻 杆连接而成，前面２节为花管。 ５．２．２．２氰凝材料灌注 ａ．氰凝材料性能： 氰凝一４０自由发泡时密度４０±５ｋｇ／ｍ ，发泡时间 ５ｍｉｎ／１０％，泡沫体压强＞２ｋ ｇ／ｃｍ ；氰凝一６０自由发泡 时密度６０±５ｋｇ／ｍ ，发泡时间１０ｍｉｎ／１０￣Ｃ，泡沫体压 强＞４ｋｇ／ｃｍ 。 ｂ．氰凝材料灌浆试验： 灌浆试验目的：④较为准确地把握氰凝材料对此 段塌方情况的适应性；⑥初步试验灌浆压力、高压风风 量、风压等工艺参数；⑥初步判断氰凝材料穿透性、地 下水对其影响以及氰凝材料固化后强度；③确定氰凝 材料的固化时间。 试验步骤：首先在洞外合适场地模拟ＴＢＭ刀盘上 方塌方体，将弃渣堆积至约２ｍ高度；埋入灌浆花管， 结好高压风管、注浆管及开关等。 ５．３上导洞开挖与支护 ５．３．１上导洞地质情况 上导洞均位于断层破碎带，右侧岩体虽然较破碎， ・５・ 一水利建设与管理 ２０１３年・第７期 左侧为围岩坍塌形成的松散堆积体，且上部存在较大 塌腔，地下水呈滴水～线流状涌出，稳定性极差。 ５．３．２上导洞开挖原则 由右侧向左侧逐段开挖；利用自钻式锚杆提前加 固左边即将开挖的破碎岩体。 ５．３．３上导洞施工步骤 上导洞开挖步骤示意图见图１。 ｅ．导墙开挖完成后，在确保安全的情况下继续向 左侧打间距为３０ｅｍ的＋２５，Ｌ＝８～１２ｍ的自钻式锚 杆，稳定左侧上方松散岩体。 ｆ．开挖左侧导洞，人工清理石渣至ＴＢＭ设备１号 皮带结合平板运输车，每开挖１榀钢拱架（０．３ｍ）后， 立即安装钢拱架，封堵塌方石渣出口，最终形成上导洞 （如图２所示）。 ｇ．对上导洞的混凝土进行回填灌浆，上导洞之外 －’－～．＿． 鼙 ，＝～ ＝＝＝ ‘－＝＝ 进行固结灌浆，尤其是坍塌的松散堆积体。 ｈ．对坍塌的空腔用Ｃ２５混凝土回填，并在最后进 行回填灌浆和固结灌浆。 三 ｉ ‘—～ ’Ｉ 图ｌ上导洞施工横断面、平面示意图 注①上导洞抬头；②右侧开挖；③自钻式锚杆施工；④导墙开挖； ⑤自钻式锚杆施工；⑥左侧开挖 ａ．上导洞抬头。考虑到刀盘上方右侧（面向下 游）围岩有一定自稳能力，左侧围岩破碎且发育地下 水。采用分部开挖法开挖上导洞，先从右侧开挖上导 洞，拆除右侧指形护盾，从指形护盾后已支立钢拱架处 右侧开始抬头，右侧完成后依同样办法开挖左侧，上导 洞爬升坡度为６０。。施工主要机具为风镐，上导洞抬头 段水平距离为１ｍ，共布置４榀Ｉ１６钢拱架。 ｂ．右侧开挖。抬头段开挖完成后，继续开挖导洞 右侧，开挖后及时对围岩采取挂钢筋网、钢拱架进行支 图２上导洞支立钢拱架施工示意图 ①中间层钢拱架；②直径ｑ５８ｍ钢拱架 ６清理转接器和刀盘内堆渣 由于在ＴＢＭ刀盘被困期间，刀盘转接器和刀盘捞 渣器堆积较多石渣，在ＴＢＭ恢复掘进前必须将其清理 干净，保证设备运转安全，防止将１号皮带托滚压坏。 转接器内的石渣采用人工清理结合高压水冲洗，将石 渣清至刀盘内，再通过人工从刀盘内和入孔清理刀盘 内石渣。 护，钢拱架底部用锚杆固定，顶部用锚杆和方木共同固 定，钢拱架支立后立即采取手喷混凝土封闭岩面，以２ 榀钢拱架（０．６ｍ）进尺为一个循环。 ｃ．左侧打入自钻式锚杆。利用右侧已形成的空 ７ 结语 施工实践证明，开敞式ＴＢＭ在遇见不良地质段时 不可避免会出现塌方，上导洞开挖，氰凝材料注浆方案 间向左侧打入间距为３０ｃｍ、＋２５，Ｌ＝８～１２ｍ自钻式锚 是成功的。在ＴＢＭ掘进之前，机头处于卡住状态。处 杆，固定顶部不稳定岩体，并起到拦截松散的塌落体作 用，同时，不问断掏出左侧流出的石渣，利用ＴＢＭ设备 ｌ号皮带结合平板运输车将石渣运出洞外。 ｄ．开挖中间导墙，导墙上部自钻式锚杆施工完成 后，开挖中间导墙，导墙开挖时及时支立钢拱架，用枕 理卡机施工的关键措施是：上导洞绕开断层带，来处理 前方塌跄；氰凝材料注浆稳固塌跄带，在固件灌浆固结 前方破碎带；采取强支护、刚柔结合、适当提高刚度的 初期支护措施；清理转接器和刀盘内堆渣。实践证明， 上导洞绕开断层带，氰凝材料注浆在此施工过程中是 可行的。 木支撑，防止顶部围岩塌落，保证施工安全。 ・６・