劉國(guó)柏

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司, 遼寧 沈陽(yáng)　110015)

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TBM穿越河谷施工技術(shù)研究

劉國(guó)柏

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司, 遼寧 沈陽(yáng)110015)

隨著TBM施工技術(shù)在超長(zhǎng)水工隧道中的大量運(yùn)用，穿越有水河谷就成為不可避免的工程問題。本文以應(yīng)急入連工程輸水隧洞橫穿天馬河TBM施工為例，對(duì)施工過程中的技術(shù)問題和防水措施進(jìn)行了研究，結(jié)論對(duì)類似工程具有借鑒價(jià)值。

TBM施工； 天馬河； 防水措施

1　工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

大連市位于遼寧省南部，三面臨海，是遼寧嚴(yán)重資源型缺水城市之一。大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連工程是為了進(jìn)一步緩解大連市用水緊張而實(shí)施的重要水利工程，該工程設(shè)計(jì)調(diào)水量為每年3億m3，能夠極大緩解大連市水資源不足的現(xiàn)狀。工程以碧流河水庫(kù)為界分為碧流河北段工程和碧流河南段工程，線路總長(zhǎng)201.32km。其中碧流河北段工程長(zhǎng)165.07km，包括150.96km的輸水管線和14.11km的輸水隧洞。根據(jù)管線的總體布置，隧洞位于蓋州市境內(nèi)，入口位于許屯鎮(zhèn)任屯村，出口位于梁屯鎮(zhèn)殺虎嶺村北碧流河北岸[1]。輸水隧洞采用TBM盾構(gòu)施工工法，其中穿越天馬河施工地段水文地質(zhì)情況異常復(fù)雜，給施工帶來了一定困難。

1.2項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)特征

輸水隧洞穿越天馬河河谷地段的地層主要是泥質(zhì)砂巖和砂巖，風(fēng)化程度中等。據(jù)前期地質(zhì)采樣分析，巖層的最大強(qiáng)度為30.27MPa，最小強(qiáng)度為5.25MPa，地層軟硬不均、強(qiáng)度變化較大、破碎程度高，隧道的最大埋深為70.89m，最小埋深僅為12.13m。

施工段的地表水主要是天馬河的地表徑流，該河道常年有水，谷深流急，且汛期多短時(shí)洪水，水文特征比較復(fù)雜。施工段的地下水主要是松散巖孔隙水和基巖裂隙水。其中基巖裂隙水埋深為0.00～11.23m，并偶見自流孔。復(fù)雜的水文地質(zhì)環(huán)境，給施工過程中的防水、防滲技術(shù)提出了更高的要求。

2　TBM穿越天馬河河谷的施工措施

2.1前期準(zhǔn)備工作

負(fù)責(zé)具體施工的項(xiàng)目部全體成員進(jìn)行了充分的思想動(dòng)員，為TBM穿越天馬河河谷施工做好了思想、技術(shù)、物資等方面的充分準(zhǔn)備，以確保TBM機(jī)能夠順利通過河谷段，使成型隧洞滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。具體準(zhǔn)備工作如下：

a.組織相關(guān)技術(shù)人員熟悉穿越段天馬河河谷的水文地質(zhì)資料，走訪附近松樹底村村民，力爭(zhēng)對(duì)河谷地段有一個(gè)詳盡、客觀的了解，以便將施工參數(shù)調(diào)整到理想狀態(tài)。

b.在橫穿施工開始前，對(duì)TBM機(jī)等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一次全面檢修，特別是要做好刀具檢查，確保施工機(jī)械處于最佳狀態(tài)[2]。

c.加強(qiáng)TBM機(jī)的姿態(tài)控制，避免橫穿河谷施工中在姿態(tài)上出現(xiàn)較大偏差，杜絕在橫穿河谷地段大幅糾偏。

d.對(duì)前一階段的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)河谷地段的具體情況進(jìn)行施工參數(shù)優(yōu)化，使TBM機(jī)能夠以最佳參數(shù)通過河谷地段。

2.2施工過程中的具體技術(shù)措施

選取施工過程中的前10環(huán)作為試驗(yàn)段，以試驗(yàn)獲取的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化施工參數(shù)、完善施工工藝，保證TBM機(jī)能夠有序、平衡、平穩(wěn)通過天馬河河谷地段。

a.施工過程要做到組織有序。主要包括施工設(shè)備的保養(yǎng)有序、施工流程的安排與銜接有序以及施工過程的信息管理有序[3]。

b.保持TBM機(jī)的平衡。首先，要嚴(yán)格控制出渣量，每環(huán)不得超過50m3，避免因?yàn)槌谠斐傻乇頂_動(dòng)，將透水事故降低到最小限度；其次，將刀盤轉(zhuǎn)速控制到0.9～1.1r/min，刀盤扭矩不超過2.8～3.7kN·m，推進(jìn)速度控制在2.5cm/min以內(nèi)；最后，盡量控制好TBM機(jī)的姿態(tài)，對(duì)出現(xiàn)的姿態(tài)偏差進(jìn)行實(shí)時(shí)糾正，使TBM機(jī)的軸線控制偏差保持在15mm以內(nèi)，嚴(yán)禁穿越河谷地段施工中進(jìn)行超量糾偏，避免TBM機(jī)的蛇形運(yùn)動(dòng)。

c.保持TBM機(jī)的平穩(wěn)[4]。首先是姿態(tài)平穩(wěn)、避免蛇形，每環(huán)姿態(tài)變化量不超過4mm；其次是管片平穩(wěn)，不僅要做好盾尾間隙測(cè)量，還要防止尾刷與管片碰撞導(dǎo)致的管片變形與密封性能下降；最后要保持推進(jìn)速度的平穩(wěn)，必要時(shí)可通過注入塑料的方法改善渣土性能，防止涌水流砂和噴涌現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3TBM機(jī)通過后的補(bǔ)強(qiáng)措施

a.二次注漿措施。TBM機(jī)同步注漿固然重要，但也存在漿液收縮產(chǎn)生縫隙的問題。因此，二次注漿不僅可以彌補(bǔ)襯砌的上述缺陷，還可以提高襯砌的止水能力。

b.為避免管片變形對(duì)地層產(chǎn)生擾動(dòng)，施工中要求對(duì)管片的螺栓進(jìn)行三次復(fù)緊。也就是管片拼裝時(shí)進(jìn)行首次擰緊；在推出盾尾后進(jìn)行復(fù)緊；在后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)至拼裝環(huán)片時(shí)，對(duì)已經(jīng)成環(huán)的管片螺栓進(jìn)行三次復(fù)緊，并予以全面檢查。

2.4加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)

TBM淺層穿越有水河谷具有一定的危險(xiǎn)，因此要在施工的全過程進(jìn)行周邊地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)[5]。對(duì)可能危及施工安全和影響周邊環(huán)境安全的隱患進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。在監(jiān)測(cè)過程中，控制基準(zhǔn)和預(yù)警閾值的確定不僅要滿足工程設(shè)計(jì)要求，還要滿足監(jiān)測(cè)對(duì)象的安全要求，不能超出設(shè)計(jì)值。

3　施工過程中的防水防滲漏技術(shù)措施

由于項(xiàng)目段地下水位較淺，水文地質(zhì)情況十分復(fù)雜，因此在施工過程中要采取有效技術(shù)措施，防止施工隧道的滲漏水情況。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，TBM施工過程中的滲漏水問題主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是環(huán)縫滲漏，二是縱縫滲漏，三是管片螺栓和吊裝孔滲漏。因此，在施工過程中針對(duì)上述情況，采取了如下防滲漏技術(shù)措施。

3.1管片自防水

管片的防水質(zhì)量對(duì)隧道防水效果有決定性作用[6]，因此該施工段采用C50高強(qiáng)度混凝土制作防水混凝土管片，其抗?jié)B等級(jí)設(shè)計(jì)為P12。要嚴(yán)把管片生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)，在生產(chǎn)過程中不僅要滿足塌落度和最小水泥用量要求，還應(yīng)該做好養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度不得低于設(shè)計(jì)要求。在管片外弧側(cè)面設(shè)計(jì)三元乙丙橡膠密封墊止水結(jié)構(gòu)，以形成閉合的防水圈。

密封墊防水的原理是在防水混凝土管片預(yù)留的防水凹槽內(nèi)貼密封止水墊，在施工中壓縮密實(shí)而實(shí)現(xiàn)防水功能，在變形縫處要在密封表面設(shè)計(jì)遇水膨脹橡膠。三元乙丙橡膠密封墊的質(zhì)量是影響管片密封效果的直接因素，在使用前必須進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，具體檢測(cè)指標(biāo)如表1所列。表中數(shù)據(jù)均是以密封墊的成品進(jìn)行切片測(cè)試的結(jié)果，如果以橡膠樣品測(cè)試，檢測(cè)指標(biāo)應(yīng)在表格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提高20%。

表1　三元乙丙橡膠密封墊檢測(cè)指標(biāo)

在密封墊粘貼前要先將混凝土管片的預(yù)留凹槽清理干凈并保持干燥，粘貼時(shí)要在凹槽內(nèi)側(cè)涂刷阻燃粘貼劑，該次施工中選用的是氯丁-酚醛粘貼劑。涂刷過程分兩次進(jìn)行，在第一遍涂刷表面初干時(shí)再涂刷第二遍，然后等待15min左右，待粘合劑中的溶劑基本揮發(fā)之后將兩個(gè)粘合面合在一起并壓實(shí)。

3.2螺栓孔與注漿孔防水

在該施工地段的施工中采用遇水膨脹橡膠圈進(jìn)行螺栓孔和注漿孔防水，橡膠圈的規(guī)格為外徑35mm，內(nèi)徑20mm，其性能指標(biāo)如表2所列。表中數(shù)據(jù)均指以密封墊的成品進(jìn)行切片測(cè)試的結(jié)果，如果以橡膠樣品測(cè)試，檢測(cè)指標(biāo)應(yīng)在表格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提高20%。

表2　橡膠止水圈的性能指標(biāo)

3.3TBM機(jī)進(jìn)出隧洞防水

施工中隧洞與端頭井的接頭處是防水的重點(diǎn)和難點(diǎn)區(qū)域，這里拐角較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，十分容易發(fā)生滲漏水現(xiàn)象。此外，TBM機(jī)在進(jìn)出隧洞時(shí)由于壓力驟降，混凝土管片容易產(chǎn)生接縫處漏水現(xiàn)象。因此在TBM機(jī)進(jìn)出隧洞時(shí)應(yīng)采用以下防水措施：

a. TBM機(jī)進(jìn)洞前，隧洞口要通過基坑維護(hù)樁以及混凝土臨時(shí)封堵的方法進(jìn)行防水。

b.在開放隧洞口后，TBM機(jī)應(yīng)該在最短的時(shí)間內(nèi)推低工作面，同時(shí)以簾布橡膠板及時(shí)封閉隧洞口，如下圖所示。TBM機(jī)到達(dá)時(shí)，要迅速推出洞門并迅速用水硬性漿液封閉洞口。

c.施工過程中如果產(chǎn)生洞門滲漏，要先進(jìn)行導(dǎo)流再澆灌混凝土，在其有足夠強(qiáng)度的情況下進(jìn)行化學(xué)固結(jié)灌漿。

簾布橡膠板設(shè)置示意圖

3.4其他防水措施

a.封頂塊插入時(shí)如果摩擦力較大，可以考慮涂抹潤(rùn)滑劑，以防止橡膠密封墊被擠出或損壞，影響防水效果。

b.在遇水膨脹橡膠的表面涂刷緩膨脹劑。

c. TBM機(jī)進(jìn)洞時(shí)，前方的阻力明顯減小，極易造成管片之間由于缺少足夠的壓力而密實(shí)度不夠，此時(shí)不僅要緊固螺栓，必要時(shí)可以采取縱向拉緊措施。

4　結(jié)　論

本文以大伙房水庫(kù)應(yīng)急入連工程穿越天馬河河段的TBM施工為例，對(duì)TBM橫穿河谷施工技術(shù)進(jìn)行了研究與總結(jié)，得到如下結(jié)論：

a.項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件異常復(fù)雜，給TBM施工帶來了不小的技術(shù)挑戰(zhàn)。

b.研究得出TBM橫穿河谷施工過程中的一些具體舉措：施工前要做好周密準(zhǔn)備，特別是做好TBM機(jī)的檢修與姿態(tài)控制；施工中要保證TBM機(jī)有序、平衡、平穩(wěn)掘進(jìn)；TBM機(jī)通過后要及時(shí)進(jìn)行二次注漿和三次緊固措施。

c.針對(duì)施工中極易發(fā)生的滲漏水問題，提出具體、有效的防水措施。

[1]李瑞,姜政同,丁子棟.大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連工程建設(shè)綜述[J].水利建設(shè)與管理,2012(S1):1-2.

[2]吳世勇,周濟(jì)芳.錦屏二級(jí)水電站長(zhǎng)引水隧洞高地應(yīng)力下開敞式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)安全快速掘進(jìn)技術(shù)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012(8):1657-1665.

[3]杜士斌.開敞式TBM在大伙房輸水隧洞工程中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2010(1):48-53.

[4]黃小軍,王建有,楊曉迎.大伙房水庫(kù)輸水工程TBM1施工段輸水洞安全監(jiān)測(cè)分析[J].水利水電技術(shù),2010(6):72-75.

[5]劉寧,張春生,褚衛(wèi)江,等.深埋破碎巖體TBM掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)對(duì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2015(S1):3348-3355.

[6]劉東海,黃培志,馮守中.地質(zhì)條件不確定性下TBM管片結(jié)構(gòu)失事概率計(jì)算[J].巖土力學(xué),2010(4)：1181，1186,1192.

Research on TBM crossing valley construction technology

LIU Guobai

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110015,China)

Crossing water valley becomes an inevitable engineering problem with the massive application of TBM construction technology in super-long hydraulic tunnel. In the paper, Emergency Dalian Diversion Project water conveyance tunnel crossing through Tianma River TBM construction is adopted an example. Technology problem and water-proof measures in the construction process are studied. The construction has reference value on similar projects.

TBM construction; Tianma River; waterproof measures

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.005

TV554

A

1005-4774(2016)10- 0016- 03