王亞鋒， 曾 勁， 蔣佳運(yùn)

(1. 中鐵隧道股份有限公司， 河南 鄭州 450001； 2. 云桂鐵路云南有限責(zé)任公司， 云南 昆明 650000)

0 引言

TBM施工具有快速、優(yōu)質(zhì)、高效、安全、環(huán)保、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)各長(zhǎng)大隧道(洞)工程中[1-2]。但TBM也因其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)存在一些不足之處,如進(jìn)洞后改造困難、工法轉(zhuǎn)換困難、地質(zhì)條件適應(yīng)性差等[2-5]。因TBM無(wú)法適應(yīng)地質(zhì)而導(dǎo)致施工失敗的情況,國(guó)內(nèi)外時(shí)有發(fā)生,如昆明掌鳩河引水工程上公山隧洞、臺(tái)灣坪林公路隧道、印度Dul Hasti水電工程引水隧洞等[6],其中大多數(shù)都是TBM通過(guò)不良地質(zhì)地段時(shí)發(fā)生了突水、塌方、卡機(jī)等工程難題,嚴(yán)重影響了工程安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

自我國(guó)使用TBM進(jìn)行隧道(洞)施工以來(lái),針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的TBM施工技術(shù),很多學(xué)者進(jìn)行了不同方面的研究。王夢(mèng)恕等[7-8]對(duì)敞開(kāi)式TBM在特硬巖、軟巖及斷層破碎帶等不良地質(zhì)的施工技術(shù)進(jìn)行深刻分析，并針對(duì)TBM卡機(jī)脫困施工技術(shù)進(jìn)行了闡述。楊曉迎等[9]以遼寧大伙房輸水工程為例,對(duì)深埋地層TBM卡機(jī)問(wèn)題進(jìn)行了分析,采用導(dǎo)洞法繞到刀盤前方人工開(kāi)挖,襯砌完成后TBM步進(jìn)通過(guò)。董泗龍[10]以某供水工程為例,介紹了固結(jié)灌漿及超前管棚預(yù)注漿的脫困處理。鄧青力[11]以中天山隧道為例,采用自進(jìn)式錨桿及化學(xué)注漿方法處理TBM卡機(jī)問(wèn)題。徐虎城[12]以新疆某引水工程為例, 通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和化學(xué)灌漿相結(jié)合的方法使TBM順利脫困。何春保等[13]依托蘭渝鐵路建設(shè)，對(duì)高地應(yīng)力軟巖變形機(jī)制及施工控制進(jìn)行了研究。為應(yīng)對(duì)不良地質(zhì),也有不少學(xué)者在TBM設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了研究。西康鐵路秦嶺隧道TB880E型TBM采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤慢速旋轉(zhuǎn),用于換刀、檢修、脫困等。邢阿龍等[14]對(duì)錦屏二級(jí)水電站φ12.43 m TBM指形護(hù)盾現(xiàn)場(chǎng)改造。洪開(kāi)榮等[15]對(duì)高黎貢山隧道φ9.03 m TBM的隱藏式超前鉆機(jī)、前置式噴射混凝土等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和創(chuàng)新。

雖然已有學(xué)者、專家對(duì)TBM在節(jié)理密集帶、斷層破碎帶等不良地質(zhì)條件下的卡機(jī)脫困、設(shè)備改造等方面進(jìn)行了技術(shù)研究，但尚未有TBM在高壓富水軟弱破碎蝕變構(gòu)造帶這類極端復(fù)雜地質(zhì)條件下施工的相關(guān)研究。本文依托大瑞鐵路高黎貢山隧道出口TBM施工案例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，總結(jié)研究出對(duì)于此類不良地質(zhì)，采用側(cè)壁導(dǎo)坑超前泄水降壓、原位超前加固、盾體區(qū)域擴(kuò)挖脫困等措施，最終TBM脫困通過(guò)。

1 工程概況

大理至瑞麗鐵路位于云南省西部地區(qū)，東起廣大鐵路終點(diǎn)大理站，西至瑞麗，線路全長(zhǎng)約330 km。其中，高黎貢山隧道位于保山與龍陵之間，是全線的重點(diǎn)控制性工程。大瑞鐵路線路示意如圖1所示。

圖1 大瑞鐵路線路示意圖

由中鐵隧道局承建的高黎貢山隧道全長(zhǎng)34.538 km，最大埋深1 155 m，位于喜馬拉雅地震帶，受印度洋板塊與亞歐板塊碰撞擠壓，地形地質(zhì)條件極為復(fù)雜，具有高地?zé)帷⒏叩貞?yīng)力、高地震烈度、活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、活躍的地?zé)崴h(huán)境、活躍的外動(dòng)力地質(zhì)條件和活躍的岸坡淺表改造過(guò)程等“三高”、“四活躍”的特征。全隧共分布17套地層巖性，19條斷層，幾乎涵蓋了所有隧道施工不良地質(zhì)和重大風(fēng)險(xiǎn)，堪稱隧道建設(shè)“地質(zhì)博物館”。高黎貢山隧道地質(zhì)縱斷面見(jiàn)圖2。

圖2 高黎貢山隧道地質(zhì)縱斷面圖

高黎貢山隧道出口段采用TBM+鉆爆法聯(lián)合施工，正洞、平導(dǎo)分別采用開(kāi)挖直徑9.03、6.39 m的敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)施工。其中，正洞TBM計(jì)劃掘進(jìn)12 546 m，已掘進(jìn)6 066 m； 平導(dǎo)計(jì)劃掘進(jìn)10 623 m，已掘進(jìn)5 872 m。

2019年8月27日，平導(dǎo)TBM掘進(jìn)至里程PDZK221+481處時(shí)出現(xiàn)大推力無(wú)法推進(jìn)現(xiàn)象(該段正常推力為7 000～8 000 kN，加大至12 000 kN仍無(wú)法推動(dòng)，轉(zhuǎn)矩為980 kN·m，轉(zhuǎn)速為4 r/min)，判斷為圍巖變形護(hù)盾被卡，隨后掌子面出現(xiàn)溜坍，大量泥沙狀渣體隨水流不斷從刀盤入口處涌出(見(jiàn)圖3)，造成隧底大量積渣。同時(shí)，TBM護(hù)盾及盾尾主梁區(qū)域拱部圍巖出現(xiàn)沉降，拱部巖體間形成錯(cuò)臺(tái)(4 cm)，頂護(hù)盾被圍巖擠壓下沉，盾尾拱架局部出現(xiàn)扭曲變形。

圖3 掌子面溜坍

該不良地質(zhì)主要表現(xiàn)特征為高壓富水、圍巖整體松散破碎、遇水泥化蝕變現(xiàn)象明顯。采用TBM施工，掘進(jìn)方面主要存在的問(wèn)題有掌子面失穩(wěn)溜坍造成出渣量不可控、皮帶機(jī)壓力超限、泥渣包裹刀盤刀具造成轉(zhuǎn)矩增大致使刀盤被卡、護(hù)盾區(qū)域破碎圍巖變形造成護(hù)盾壓力大致使護(hù)盾被卡、撐靴位置軟弱破碎圍巖造成撐靴下陷無(wú)法提供推進(jìn)反力以及姿態(tài)失控等問(wèn)題；對(duì)于支護(hù)，主要存在的問(wèn)題有鉆孔內(nèi)存在高壓頂鉆無(wú)法穿透不良地質(zhì)體、盾尾漏渣造成隧底大量積渣清理難度大時(shí)間長(zhǎng)、破碎圍巖變形初期支護(hù)侵限、作業(yè)空間限制注漿加固困難等。

2 構(gòu)造帶地質(zhì)情況

2.1 構(gòu)造帶設(shè)計(jì)地質(zhì)情況

2.1.1 自然地理概況

本次不良地質(zhì)測(cè)區(qū)位于云南高原西部邊緣，屬高黎貢山脈南延段，東南方向于大雪山附近與怒山余脈相接，屬高黎貢山古生界變質(zhì)巖緊密褶皺和花崗巖體高山區(qū)。地面高程為 640～2 340 m，相對(duì)高差約 1 700 m，地形起伏大。測(cè)區(qū)屬熱帶—亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，日照豐富，雨量充沛，每年 5—10 月為雨季，11月—次年 4 月為旱季，年平均降雨量為 967.1～2 105.7 mm，最大可達(dá)2 597.7 mm。

2.1.2 地層巖性

2.1.3 水文地質(zhì)特征

測(cè)區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，地表局部溝槽少量第四系松散巖類孔隙水，地下水以大氣降雨補(bǔ)給為主，局部受地表水體補(bǔ)給。

2.1.4 圍巖情況

PDZK221+505～+353段原設(shè)計(jì)為Ⅲ級(jí)圍巖，埋深約467 m，屬中等富水區(qū)，巖性為燕山期花崗巖，平均單軸飽和抗壓強(qiáng)度為46 MPa，單位體積節(jié)理數(shù)為3～10條，節(jié)理較發(fā)育，巖體完整性系數(shù)Kv為0.85～0.65，巖體較完整。PDZK221+481處地質(zhì)縱斷面見(jiàn)圖4。

圖4 PDZK221+481處地質(zhì)縱斷面圖

2.2 地質(zhì)預(yù)報(bào)情況

PDZK221+481卡機(jī)前，針對(duì)該洞段采用以下2種物探方式進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

2.2.1 地震波反射法

地震波反射法采用的設(shè)備型號(hào)為TSP303Plus，單次預(yù)報(bào)長(zhǎng)度為120 m，本次探測(cè)里程段PDZK221+501～+381，地震波反射法解析如圖5所示。探測(cè)結(jié)果為： PDZK221+481～+470、PDZK221+466～+459、PDZK221+447～+437、PDZK221+412、PDZK221+404～+390區(qū)段節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎—破碎，局部巖體自穩(wěn)能力較差；PDZK221+489、PDZK221+470、PDZK221+457、PDZK221+437、PDZK221+413～+410、PDZK221+395、PDZK221+389附近發(fā)育地下水。

2.2.2 水平聲波反射法

水平聲波反射法采用的設(shè)備為HSP206型超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀及配套分析軟件系統(tǒng)。本次探測(cè)里程段PDZK221+535～+435，探測(cè)前方距離100 m。水平聲波反射法解析如圖6所示。探測(cè)結(jié)果為： PDZK221+475～+473、 PDZK221+443～+440段存在反射界面，分析認(rèn)為上述里程段巖體較完整—較破碎；PDZK221+455～+452段反射界面稍強(qiáng)，分析認(rèn)為該段圍巖局部較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體易沿結(jié)構(gòu)面掉塊、坍塌，圍巖完整性和穩(wěn)定性較差。

圖5 地震波反射法解析圖

圖6 水平聲波反射法解析圖

綜合2種物探結(jié)果，PDZK221+481處未探測(cè)到明顯異常，物探結(jié)果為巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、較破碎—破碎，局部巖體自穩(wěn)能力較差，易掉塊、坍塌。結(jié)合預(yù)報(bào)及揭示的地質(zhì)情況，卡機(jī)前掘進(jìn)加強(qiáng)了支護(hù)強(qiáng)度及參數(shù)控制，采用Ⅴ級(jí)圍巖支護(hù)措施，破碎處增設(shè)鋼筋排支護(hù)，及時(shí)噴射混凝土封閉，TBM掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定為低轉(zhuǎn)速、小推力，使TBM穩(wěn)步推進(jìn)。

2.3 實(shí)際揭示地質(zhì)情況

2.3.1 超前鉆探

遭遇不良地質(zhì)后，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充了大量超前鉆探(包括處治過(guò)程中)，鉆探主要表現(xiàn)為泥漿裹鉆、頂鉆、孔內(nèi)噴涌泥渣/水現(xiàn)象，鉆孔未穿透不良地質(zhì)體。根據(jù)鉆探及揭示圍巖情況，判斷掌子面前方圍巖存在高壓富水軟弱破碎蝕變構(gòu)造帶不良地質(zhì)。

2.3.2 實(shí)際揭示

該段盾尾揭示圍巖為弱—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，圍巖整體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育；掌子面揭示強(qiáng)—全風(fēng)化花崗巖，呈泥沙狀(見(jiàn)圖7)，無(wú)水尚可自穩(wěn)，遇水即泥化呈流塑狀。TBM掘進(jìn)進(jìn)入該地層后掌子面出現(xiàn)溜坍，隨后盾體區(qū)域圍巖變形致使護(hù)盾被卡。卡機(jī)后發(fā)生突涌，最大涌水量約1 200 m3/h，涌水?dāng)y帶大量泥沙狀顆粒物。TBM脫困后掘進(jìn)過(guò)程中，揭示該段圍巖整體呈泥沙狀(見(jiàn)圖8)，未擾動(dòng)前致密，整體自穩(wěn)能力差，擾動(dòng)揭示后呈松散泥沙狀，遇水泥化。

2.3.3 地質(zhì)綜合分析

根據(jù)平導(dǎo)、迂回導(dǎo)坑等鉆孔探測(cè)情況，推測(cè) PDZK221+481卡機(jī)段前方發(fā)育高壓富水軟弱破碎蝕變構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶具有巖體破碎、部分泥化、高壓富水、易涌突的特征。構(gòu)造帶走向約為 N74°E，與線路走向夾角約 24°，推測(cè)構(gòu)造帶大里程側(cè)邊界與平導(dǎo)交于 PDZK221+483，與正洞交于 D1K221+553 附近(見(jiàn)圖9)。小里程側(cè)邊界未探明，推測(cè)構(gòu)造帶寬度大于20 m。根據(jù)超前鉆孔，平導(dǎo)盾尾前方強(qiáng)—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖厚度為3～24 m，迂回導(dǎo)坑洞室前方弱風(fēng)化花崗巖厚度為5～17 m，正洞盾尾前方強(qiáng)—弱風(fēng)化花崗巖厚度為0～24 m。

圖7 掌子面泥沙狀圍巖

圖8 盾尾揭示松散破碎圍巖

圖9 構(gòu)造帶大里程側(cè)邊界平面圖

該段圍巖變化突然，刀盤接觸構(gòu)造帶后掌子面發(fā)生溜坍失穩(wěn)，引起盾體區(qū)域圍巖應(yīng)力重分布，快速沉降收斂致使護(hù)盾被抱死，造成本次卡機(jī)。

3 構(gòu)造帶卡機(jī)處治

3.1 第1階段(加固及試脫困)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，初步處治方案如下。

1)對(duì)盾尾主梁區(qū)域圍巖進(jìn)行初期支護(hù)加固： ①增設(shè)HW100型鋼豎撐，間距0.75 m； ②模筑C25混凝土加固。

2)采用盾尾超前管棚注漿+掌子面化學(xué)灌漿超前加固圍巖： ①拱部90°范圍內(nèi)打設(shè)φ76 mm超前管棚(無(wú)工作室)對(duì)前方圍巖超前注漿加固，環(huán)向間距為0.3 m，深度為20 m/根，施作2循環(huán)，循環(huán)間距0.75 m，交叉布置，注漿材料為聚氨酯類化學(xué)漿液； ②在刀盤內(nèi)通過(guò)刀孔、刮渣孔對(duì)刀盤周邊進(jìn)行超前注漿加固，注漿管采用φ32 mm玻璃纖維管，加固深度為2～5 m，注漿材料為聚氨酯類化學(xué)材料。

3)割除頂護(hù)盾部分限位塊，回收頂護(hù)盾試掘進(jìn)。

4)超前鉆孔探測(cè)不良地質(zhì)類型及規(guī)模。

超前加固及超前鉆探時(shí)頻繁出現(xiàn)卡鉆、泥漿裹鉆、頂鉆、鉆孔涌泥等異常情況致使TBM脫困施工未成功，該階段用時(shí)25 d。

3.2 第2階段(盾尾高位小導(dǎo)洞、超前管棚)

針對(duì)鉆孔中存在的問(wèn)題，分析主要原因?yàn)檐浫鯉r體內(nèi)賦存高壓水，結(jié)合TBM脫困盾體區(qū)域加固及泄水降壓需求，制定了在平導(dǎo)盾尾右側(cè)開(kāi)設(shè)高位小導(dǎo)洞+有工作室超前管棚注漿加固的綜合處理方案。高位小導(dǎo)洞(見(jiàn)圖10)的主要功能是降壓、泄水，并為進(jìn)一步探測(cè)TBM前方地質(zhì)情況提供空間，管棚工作室主要目的是超前加固及后續(xù)TBM脫困釋放護(hù)盾刀盤。

圖10 第2階段方案平面圖(單位： cm)

高位小導(dǎo)洞底部位于平導(dǎo)坑底面以上約2.9 m，開(kāi)挖長(zhǎng)度為16.3 m，斷面凈空尺寸為1.8 m×2.0 m(寬×高)，坡度為16%，導(dǎo)洞支護(hù)為φ8 mm鋼筋網(wǎng)片，HW100型鋼拱架、C25噴射混凝土等。PDZK221+490.5～+485.5拱部增設(shè)管棚工作室，管棚工作室開(kāi)挖高度為2 m，環(huán)向范圍為拱部180°，支護(hù)方式為HW150型鋼、φ22 mm鎖腳錨桿、φ16 mm鋼筋排、φ42 mm超前小導(dǎo)管、C25噴射混凝土等。管棚洞室施工完成后施作φ76 mm超前管棚并注漿加固。管棚工作室橫斷面示意見(jiàn)圖11。

圖11 管棚工作室橫斷面示意圖(單位： mm)

高位小導(dǎo)洞施工完成后，嘗試多種鉆機(jī)進(jìn)行地質(zhì)鉆探及泄水，累計(jì)鉆孔12個(gè)，鉆孔情況如下：

1)YT1孔深31 m，5～16 m鉆進(jìn)速度較快，推測(cè)該段位于不良地質(zhì)體影響范圍內(nèi)，圍巖風(fēng)化程度高，松散破碎，含泥質(zhì)夾層，且存在裂隙含水層。

2)其中6個(gè)探孔(YT2、YT6、YT9、YT10、YT11、YT12)鉆至9～10 m鉆進(jìn)困難，主要由于泥漿包裹鉆頭鉆桿、泥砂堵塞鉆頭、卡鉆等原因?qū)е聼o(wú)法鉆進(jìn)。退鉆后YT2、YT9孔有柱狀、流塑狀渣體涌出，其余孔少量出水并伴有泥漿噴出，推測(cè)該段位于不良地質(zhì)體范圍內(nèi)。

3)YT3孔與平導(dǎo)夾角為16°，孔深13.5 m，鉆孔深度達(dá)11 m后卡鉆現(xiàn)象頻繁且鉆頭頻繁被泥狀物堵塞，推測(cè)該段圍巖破碎，位于不良地質(zhì)體范圍內(nèi)。

4)YT4、YT5鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)噴涌水(攜帶石塊、泥渣)，出水過(guò)程中出水量間斷性增大、衰減，2個(gè)孔均在出水約12 h后，鉆孔被渣體堵塞停止出水。YT4最大出水量約200 m3/h、總出水量約300 m3； YT5最大出水量約120 m3/h、總出水量約400 m3。

5)YT7孔打設(shè)方位近似與平導(dǎo)平行，孔深40 m，未探測(cè)出不良地質(zhì)。

6)YT8孔與平導(dǎo)夾角為11°，孔深20 m，鉆孔深度達(dá)14 m后卡鉆現(xiàn)象頻繁。推測(cè)該段圍巖破碎，位于不良地質(zhì)體范圍內(nèi)。

本次鉆孔進(jìn)一步探明了構(gòu)造帶地質(zhì)情況，但仍無(wú)法穿透該不良地質(zhì)體，且鉆孔后極易堵孔，難以達(dá)到泄水降壓效果，該階段用時(shí)31 d。涌水量曲線見(jiàn)圖12。

3.3 第3階段(突水涌泥處治)

在盾尾管棚工作室施工過(guò)程中，盾尾左側(cè)突發(fā)涌水，最大涌水量約1 200 m3/h，涌水?dāng)y帶大量泥沙涌出造成TBM部分區(qū)域被泥渣覆蓋。在出水穩(wěn)定后，采用方木支撐、方木垛回填管棚工作室的方式對(duì)主梁區(qū)域圍巖加固，方木垛有效支撐了圍巖，同時(shí)也利于排水，防止二次坍塌造成TBM被埋，該階段用時(shí)9 d。

圖12 涌水量曲線圖(2019年)

3.4 第4階段(迂回導(dǎo)坑)

突涌發(fā)生后，利用平導(dǎo)隧道進(jìn)行不良地質(zhì)處治及TBM脫困安全風(fēng)險(xiǎn)極高，已經(jīng)無(wú)法實(shí)施，遂確定平導(dǎo)線路左側(cè)增設(shè)迂回導(dǎo)坑(見(jiàn)圖13)+高位支洞泄水、加固的綜合處理方案，即在TBM尾部增設(shè)迂回導(dǎo)坑繞行至TBM前方，采用鉆爆法處治該不良地質(zhì)后TBM步進(jìn)通過(guò)。迂回導(dǎo)坑沿平導(dǎo)左側(cè)30 m平行設(shè)置，迂回導(dǎo)坑中線與平導(dǎo)邊墻相交里程為平導(dǎo)PDZK221+739，與平導(dǎo)線路相交角度為40°； 迂回導(dǎo)坑長(zhǎng)594 m，其中,單線段斷面(見(jiàn)圖14)凈空為4.1 m×4.35 m(高×寬)，雙線段斷面凈空為6.25 m×5.2 m(高×寬)。迂回導(dǎo)坑Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖采用全斷面法開(kāi)挖，Ⅴ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法開(kāi)挖。迂回導(dǎo)坑共計(jì)施工594 m，用時(shí)214 d。

3.5 第5階段(就地脫困)

平導(dǎo)TBM盾尾涌水量穩(wěn)定在約200 m3/h后，盾尾初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定無(wú)異?！，F(xiàn)場(chǎng)隨即啟動(dòng)對(duì)主梁區(qū)域圍巖徑向注漿加固，注漿加固后拆除方木支撐，高位導(dǎo)洞內(nèi)增設(shè)泄水孔超前泄水并探測(cè)地質(zhì)，并進(jìn)行管棚洞室修復(fù)。

正洞、迂回導(dǎo)坑超前平導(dǎo)后，平導(dǎo)盾尾出水量進(jìn)一步衰減至約30 m3/h,現(xiàn)場(chǎng)鉆探鉆孔內(nèi)壓力消失?；诂F(xiàn)場(chǎng)邊界條件發(fā)生變化，涌水量大幅衰減，具備就地脫困條件，經(jīng)研討后采用超前管棚支護(hù)+護(hù)盾周邊擴(kuò)挖方案(見(jiàn)圖15)進(jìn)行TBM脫困。管棚施作范圍為拱部160°，管棚環(huán)向間距為0.3 m，長(zhǎng)度按進(jìn)入基巖2～3 m控制，如未進(jìn)入基巖，則加固長(zhǎng)度為30 m。在超前管棚注漿加固完成后，對(duì)刀盤、護(hù)盾區(qū)域擴(kuò)挖，擴(kuò)挖長(zhǎng)度為4.75 m(開(kāi)挖至刀盤前端)，環(huán)向擴(kuò)挖范圍180°，擴(kuò)挖時(shí)向掌子面前方打設(shè)注漿孔注化學(xué)漿液加固，加固后從拱頂向兩側(cè)擴(kuò)挖，擴(kuò)挖高度為1.25 m。刀盤、護(hù)盾區(qū)域擴(kuò)挖完成后，對(duì)刀盤內(nèi)及周邊積渣進(jìn)行清理。上述工作完成后試轉(zhuǎn)刀盤，刀盤恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨即試推進(jìn)，護(hù)盾前移，至此TBM脫困。該階段用時(shí)55 d。

圖13 迂回導(dǎo)坑單線段斷面及支護(hù)參數(shù)示意圖(單位： cm)

圖14 第4階段方案平面圖

圖15 第5階段方案縱斷面示意圖

3.6 第6階段(脫困后掘進(jìn))

經(jīng)過(guò)側(cè)向泄水及超前加固，該不良地質(zhì)條件得到了一定改善，掘進(jìn)過(guò)程中地下水弱發(fā)育，圍巖整體呈泥沙狀。掘進(jìn)時(shí)應(yīng)注意： 1)控制掘進(jìn)參數(shù)，低轉(zhuǎn)速小推力掘進(jìn)； 2)必要的超前加固，通過(guò)刀盤、盾尾對(duì)掌子面進(jìn)行循環(huán)超前化學(xué)灌漿加固； 3)初期支護(hù)加強(qiáng)，加密拱架，及時(shí)通過(guò)混凝土將初期支護(hù)模筑成環(huán)，并進(jìn)行初期支護(hù)背后深孔徑向注漿加固，確保整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。該段共計(jì)用時(shí)56 d，掘進(jìn)長(zhǎng)度129 m。

4 構(gòu)造帶段卡機(jī)處治思考及認(rèn)識(shí)

4.1 高黎貢山隧道地質(zhì)條件的復(fù)雜性

本次卡機(jī)處盾尾后方揭示圍巖相對(duì)較完整，局部破碎掉塊，節(jié)理裂隙較發(fā)育，屬于常規(guī)Ⅴ級(jí)圍巖。但受差異風(fēng)化影響，掌子面圍巖發(fā)生突變，形成溜坍、突涌，潰口處涌水穩(wěn)定至約200 m3/h后雖通過(guò)側(cè)洞進(jìn)行了分流，但總水量至今未有明顯衰減，已經(jīng)揭示較完整段徑向鉆孔孔內(nèi)噴涌泥漿，孔內(nèi)壓力極大，無(wú)法鉆進(jìn)且卡鉆后鉆桿射出。以上均反映了該不良地質(zhì)的極端復(fù)雜性。

4.2 復(fù)雜地質(zhì)條件下TBM脫困方案的制定

本次構(gòu)造帶卡機(jī)處治為高黎貢山隧道2臺(tái)TBM掘進(jìn)至今所遭遇處理難度最大、時(shí)間最長(zhǎng)的一次。整個(gè)處治過(guò)程歷經(jīng)數(shù)次方案優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整原因均是由于現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生較大變化，進(jìn)而對(duì)方案進(jìn)一步優(yōu)化。方案優(yōu)化總體目標(biāo)為確保施工安全、降低處治工程規(guī)模、加快處治進(jìn)度及減少投資。因此，對(duì)于類似復(fù)雜不良地質(zhì)，制定處治方案應(yīng)該是一個(gè)不斷調(diào)整優(yōu)化的過(guò)程，而非一個(gè)方案執(zhí)行到底。

4.3 關(guān)于迂回導(dǎo)坑

4.3.1 迂回導(dǎo)坑設(shè)置目的

平導(dǎo)在PDZK221+481處發(fā)生突涌后拱部存在高壓涌水，在平導(dǎo)內(nèi)已不具備脫困施工條件，同時(shí)卡機(jī)處前方430 m為設(shè)計(jì)廣林坡斷層。為完成平導(dǎo)脫困及廣林坡處理，在平導(dǎo)TBM尾部設(shè)置迂回導(dǎo)坑，主要目的為： 1)探測(cè)平導(dǎo)卡機(jī)處不良地質(zhì)情況同時(shí)進(jìn)行超前泄水； 2)通過(guò)導(dǎo)坑開(kāi)設(shè)高位支洞對(duì)平導(dǎo)進(jìn)行高位加固、泄水； 3)若TBM無(wú)法脫困，迂回至平導(dǎo)內(nèi)采用鉆爆法處理該段不良地質(zhì)； 4)通過(guò)迂回導(dǎo)坑提前處理廣林坡斷層。

4.3.2 現(xiàn)場(chǎng)情況

迂回導(dǎo)坑高位支洞施工前在盾尾高位小導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行鉆探顯示，拱部仍存在高壓水及突涌松散體，鉆孔后孔內(nèi)仍出現(xiàn)原有噴涌現(xiàn)象，高位支洞施工再次突涌的風(fēng)險(xiǎn)極大，因此暫未進(jìn)行高位支洞施工。

4.3.3 迂回導(dǎo)坑的意義

對(duì)于本次平導(dǎo)TBM脫困，迂回導(dǎo)坑起到了決定性作用。迂回導(dǎo)坑超前平導(dǎo)通過(guò)構(gòu)造帶后，平導(dǎo)突涌處水量大幅衰減，同時(shí)原有孔內(nèi)噴涌壓力釋放消失，鉆孔可穿透該不良地層進(jìn)行超前加固，現(xiàn)場(chǎng)具備了就地脫困的條件并且順利實(shí)施完成，實(shí)現(xiàn)了TBM的脫困。

4.3.4 就地脫困前后2次對(duì)比

卡機(jī)之初，按照以往脫困經(jīng)驗(yàn)，制定了盾尾超前管棚支護(hù)+盾體區(qū)域擴(kuò)挖的脫困方案，受制于鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)壓力極大未成功實(shí)施； 但在迂回導(dǎo)坑及正洞超前平導(dǎo)后，同樣的方案順利脫困，主要原因?yàn)閭?cè)壁導(dǎo)坑泄水降壓效果明顯。

4.3.5 鉆爆法反向脫困方案思考

本次處治第4階段方案中考慮了迂回導(dǎo)坑超前平導(dǎo)后，施作迂回通道至平導(dǎo)前方，采用全斷面帷幕注漿加固改良的方式鉆爆法處理不良地質(zhì)后，TBM步進(jìn)通過(guò)。該方案仍然存在以下問(wèn)題：

1)鉆爆施工風(fēng)險(xiǎn)。迂回通道進(jìn)入平導(dǎo)后，超前加固可能仍然會(huì)存在無(wú)法鉆孔的問(wèn)題，若加固不到位，鉆爆開(kāi)挖極易造成再次突涌。

2)TBM保護(hù)問(wèn)題。TBM側(cè)無(wú)法實(shí)施有效封堵，若在迂回導(dǎo)坑內(nèi)向TBM掌子面前方注漿加固，漿液勢(shì)必將TBM刀盤、盾體固結(jié)，極大概率進(jìn)入主軸承致使其損壞，對(duì)TBM將造成災(zāi)難性后果。

5 結(jié)論與建議

通過(guò)本次高壓富水軟弱破碎蝕變構(gòu)造帶現(xiàn)場(chǎng)處治過(guò)程總結(jié)及分析，可以得出以下結(jié)論：

1)對(duì)于類似復(fù)雜不良地質(zhì)，敞開(kāi)式TBM依靠設(shè)備本身難以通過(guò)，但通過(guò)側(cè)壁導(dǎo)坑泄水降壓、原位超前加固、盾體區(qū)域擴(kuò)挖脫困等措施后可以通過(guò)。

2)軟弱破碎富水地質(zhì)環(huán)境下平行施工的2條隧道，掘進(jìn)超前的隧道對(duì)該區(qū)域地下水釋放效果明顯，對(duì)后通過(guò)隧道施工幫助較大，能有效改善其地質(zhì)條件。

3)采用TBM順坡排水施工，若是單一圍巖軟弱破碎或地下水富集，并不足以造成較大影響，但圍巖軟弱破碎且富水時(shí)，一般情況下TBM難以通過(guò)。

對(duì)于地質(zhì)情況復(fù)雜多變的隧道工程，建議支護(hù)措施務(wù)必寧強(qiáng)勿弱，尤其是采用TBM工法，受空間、工裝限制，拱架安裝器、錨桿鉆機(jī)、噴漿機(jī)械手等支護(hù)設(shè)備通過(guò)后難以實(shí)施二次補(bǔ)強(qiáng)，如遇未查明的隱性?shī)A層或不良地質(zhì)，極易造成后發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害(失穩(wěn)掉塊、垮塌突涌等)，安全風(fēng)險(xiǎn)高。因此，建議在圍巖揭露初期，除加強(qiáng)地質(zhì)情況辨識(shí)外，需在支護(hù)措施方面寧強(qiáng)勿弱、一次到位。

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