藺鳳林

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

某工程的Ⅲ標(biāo)TBM開(kāi)挖隧洞全長(zhǎng)26.746km，隧洞斷面為圓形，洞徑為7.8m，工區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜。該段位于阿爾泰山南麓侵蝕構(gòu)造中山區(qū)及低山丘陵區(qū)，中山區(qū)主要是受地殼應(yīng)力場(chǎng)擠壓和右旋作用形成隆起區(qū)，低山丘陵區(qū)地形開(kāi)闊。深埋隧洞的上覆巖體厚度600～720m，隧洞揭露巖性主要為華力西期變質(zhì)花崗巖、黑云母斜長(zhǎng)片麻巖及奧陶系石英片巖等，均為中-堅(jiān)硬巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整-較完整[1]。深埋隧洞段具備發(fā)生巖爆的地質(zhì)條件。

2 發(fā)生巖爆、斷層區(qū)域地質(zhì)特征與TBM施工預(yù)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)

2.1 發(fā)生巖爆區(qū)域、斷層帶地質(zhì)特征

2.1.1斷層附近易發(fā)生巖爆

經(jīng)統(tǒng)計(jì)TBM3-1分析：輕微巖爆-中等巖爆易在斷層上下盤(pán)發(fā)生，當(dāng)下盤(pán)向上盤(pán)方向掘進(jìn)時(shí)，下盤(pán)發(fā)生的頻率大于上盤(pán)，距離斷層0～21m范圍易發(fā)生巖爆，剛性斷裂及斷層影響帶小的斷層附近，易引發(fā)范圍較大的巖爆。因受斷層影響，斷層帶、斷層上下盤(pán)巖石強(qiáng)度不一樣，地應(yīng)力分部不均，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度高、完整性好的、無(wú)結(jié)構(gòu)面巖體一側(cè)發(fā)生巖爆。TBM3-1斷層附近巖爆特征如下：

TBM3-1隧洞全長(zhǎng)11.596km，TBM向下游順坡掘進(jìn)，開(kāi)挖洞徑7.8m，洞軸線(xiàn)方向318°，隧洞埋深209～457m，掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生6處巖爆位于斷層附近。6處斷層特征如下：揭露NNW、NNE、NE走向斷層，產(chǎn)狀：28～48°SE∠25～45°、35°NW∠70°、350°NE∠50°，斷層帶寬0.05～4m，影響帶寬0.1～5m，斷層面略平直—起伏、粗糙，斷層帶以擠壓碎裂巖、斷層角礫巖及斷層泥為主，斷層面見(jiàn)1～5mm的泥膜。斷層與隧洞走向呈小-大角度相交，局部帶內(nèi)可見(jiàn)褐鐵礦化和綠泥石化蝕變現(xiàn)象[1]。6處巖爆特征如下：揭露巖爆特征為輕微巖爆-中等巖爆，位于左側(cè)拱肩-右拱頂，形成徑向長(zhǎng)度2～13m，環(huán)向2～3m，爆坑深度0.05～1m，發(fā)生巖爆段埋深226～352m。該段斷層附近巖爆見(jiàn)表1—2。

表1 TBM3-1斷層附近巖爆統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)統(tǒng)計(jì)TBM2分析：輕微-中等巖爆段中也存在斷層，斷層一般屬于剛性斷裂及斷層影響帶小的斷層，斷層帶寬0.01～0.20m，斷層影響帶比較小，周?chē)滓l(fā)范圍較大的巖爆。當(dāng)下游向上游掘進(jìn)時(shí)，斷層位于拱肩以下及腰線(xiàn)附近，與洞軸線(xiàn)小角度相交，緩傾角發(fā)育時(shí)，上盤(pán)發(fā)生的頻率大于下盤(pán)，距離斷層3～32m范圍易發(fā)生巖爆，TBM2巖爆段中斷層特征及附近巖爆特征見(jiàn)表2。

表2 TBM3—1斷層附近巖爆統(tǒng)計(jì)表

TBM2隧洞全長(zhǎng)15.150km，TBM向上游順坡掘進(jìn)，開(kāi)挖洞徑7.8m，洞軸線(xiàn)方向312°，隧洞埋深318～720m，掘進(jìn)過(guò)程中4處巖爆段中揭露斷層。4處斷層特征如下：揭露NW、NE走向斷層，產(chǎn)狀：300～320°NE∠20～45°、320°SW∠45°、35°NW∠30°，斷層帶寬0.01～0.20m，影響帶寬0.1～0.5m，斷層特征與TBM3-1斷層特征相似。4處巖爆特征如下：揭露巖爆特征為輕微-中等巖爆，位于左側(cè)拱肩-右拱肩，形成徑向長(zhǎng)度35～50m，環(huán)向2～4m，爆坑深度0.10～1m，發(fā)生巖爆段埋深653～719m。斷層埋深比較大，斷層附近節(jié)理裂隙發(fā)育，受巖爆影響，一般該段的圍巖類(lèi)別為Ⅲa、Ⅲb、Ⅳ。TBM2巖爆段中揭露斷層見(jiàn)表3—4。

表3 TBM2巖爆段中揭露斷層統(tǒng)計(jì)表

表4 TBM2巖爆段中揭露斷層統(tǒng)計(jì)表

施工過(guò)程中巖爆、斷層同時(shí)存在時(shí)。對(duì)洞室穩(wěn)定影響較大。東北大學(xué)通過(guò)《巖爆微震監(jiān)測(cè)與預(yù)警》探測(cè)32+107—32+072段，預(yù)警區(qū)內(nèi)已累計(jì)產(chǎn)生的微震事件89個(gè)，累計(jì)微震釋放能量2.00E+05J。預(yù)警巖爆等級(jí)為中等巖爆。預(yù)警報(bào)告特征見(jiàn)表5、微震事件沿隧道軸向分布特點(diǎn)如圖1所示。

表5 K32+107—K32+072區(qū)域巖爆預(yù)警報(bào)告

圖1 微震事件沿隧道軸向分布特征

山東大學(xué)利用《地震波超前探測(cè)原理》成功探測(cè)32+113—32+053區(qū)段，并根據(jù)反射圖上存在明顯的可加可減反射，可以推測(cè)這個(gè)區(qū)段構(gòu)造發(fā)育及節(jié)理裂隙發(fā)育，但施工區(qū)較破碎。隧道地震波成像圖、俯視圖如圖2—3所示，該段隧洞掘進(jìn)過(guò)程中揭露特征基本與探測(cè)報(bào)告吻合。

圖2 隧道地震波成像圖

圖3 隧道地震俯視圖

2.1.2侵入巖脈附近易發(fā)生生巖爆

侵入巖脈具有硬、脆的工程特征，具有巖爆發(fā)生的基本條件，侵入巖脈對(duì)周?chē)鶐r的地應(yīng)力有一定影響，侵入巖脈與基巖的成巖年代為不同時(shí)期，兩者巖性特征具有明顯的差別，侵入巖脈與基巖強(qiáng)度特征不一樣。侵入巖脈經(jīng)過(guò)范圍，易發(fā)生巖爆，該工程上游段巖爆發(fā)生在侵入巖脈附近。

TBM2掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生2處巖爆位于侵入粗粒花崗巖巖脈附近。基本特征如下：

樁號(hào)32+960、32+976—33+007，兩段隧洞均埋深700～703m，兩段巖性均為黑云母斜長(zhǎng)片麻巖，灰白色-灰黑色，為片麻狀構(gòu)造，礦物呈定向排列，局部侵入變質(zhì)花崗巖，塊狀結(jié)構(gòu)。樁號(hào)32+960右壁侵入1.5～2.0m寬灰白色粗?；◢弾r巖脈，沿走向332°向左壁延伸，左壁侵入范圍增大，樁號(hào)32+976～33+007右壁充填0.2～1.5m寬灰白色粗?；◢弾r巖脈。在侵入巖脈1～2m范圍以外，沿著巖脈走向在巖脈以上及上半洞形成輕微巖爆-中等巖爆。該段巖爆等級(jí)與侵入巖脈厚度、強(qiáng)度密切相關(guān)，出露的侵入巖脈越厚，巖爆越劇烈。且軟硬交界面附近更易產(chǎn)生巖爆和結(jié)構(gòu)復(fù)合型塌方破壞。如圖4所示。

圖4 右壁侵入粗粒花崗巖巖脈

2.1.3高地應(yīng)力區(qū)易發(fā)生巖爆

TBM2向上游順坡掘進(jìn)，向前掘進(jìn)時(shí)埋深逐漸增多，隧洞埋深318～720m，隨著埋深不斷的增多，地應(yīng)力也增大，經(jīng)前期勘查所得，隧洞區(qū)圍巖實(shí)測(cè)最大主應(yīng)力值可達(dá)23～27MPa。掘進(jìn)時(shí)易產(chǎn)生輕微巖爆-中等巖爆。發(fā)生巖爆的頻次相對(duì)較多，以輕微巖爆為主，巖爆在分布范圍廣、爆坑大多連續(xù)，結(jié)構(gòu)面區(qū)域發(fā)生巖爆破壞的程度更高。

2.2 TBM施工巖爆段、斷層帶的預(yù)測(cè)

易發(fā)生巖爆洞段一般區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、巖石堅(jiān)硬、結(jié)構(gòu)面不發(fā)育、地下水活動(dòng)微弱、侵入巖脈軟硬交接面、地應(yīng)力高、新鮮脆硬性干燥巖石深埋部位。預(yù)測(cè)巖爆發(fā)生范圍和巖爆等級(jí)，目的是根據(jù)預(yù)警結(jié)果，采取工程措施，開(kāi)挖優(yōu)化、應(yīng)力釋放和支護(hù)優(yōu)化，降低巖爆的概率及風(fēng)險(xiǎn)。

提前進(jìn)行斷層帶預(yù)警，目的是及時(shí)了解斷層帶是否存在，預(yù)判存在斷層規(guī)模，根據(jù)具體特征采取相應(yīng)的支護(hù)措施，以下簡(jiǎn)述兩種預(yù)警方法。

(1)結(jié)合類(lèi)比法、施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行宏觀預(yù)報(bào)

當(dāng)TBM正常施工時(shí)，突然遇到巖爆時(shí)，要結(jié)合易發(fā)生巖爆洞段地質(zhì)特征，要提前預(yù)判前面是否有構(gòu)造、巖性變化等。當(dāng)遇到構(gòu)造、侵入巖脈及特殊地質(zhì)特征時(shí)，要預(yù)判前面是否有巖爆。

侵入巖脈在隧道中揭露部位不同，對(duì)形成不同的巖爆等級(jí)和危險(xiǎn)程度都有直接關(guān)系，對(duì)巖爆的潛在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和發(fā)生可能性做出預(yù)估，然后結(jié)合掌子面前方巖脈的產(chǎn)狀及出露部位，及其對(duì)巖爆的影響進(jìn)行初步判斷。

鑒于上述方法，在隧道挖掘過(guò)程中，要正確把握已揭示的侵入巖脈在隧洞內(nèi)的出露部位、厚度、方向和傾角，確定侵入巖脈與洞軸線(xiàn)的關(guān)系。根據(jù)已揭露的特征對(duì)開(kāi)挖掌子面侵入巖脈與隧洞的空間位置關(guān)系進(jìn)行推斷。根據(jù)巖脈侵入特征，推斷可能發(fā)生的巖爆等級(jí)為何種類(lèi)型。

巖爆的發(fā)生機(jī)理與區(qū)域構(gòu)造、地層巖性、地下水活動(dòng)、巖脈侵入、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度有密切聯(lián)系，施工期間帶著問(wèn)題去預(yù)判。

當(dāng)TBM掘進(jìn)進(jìn)入輕微巖爆洞段時(shí)，掘進(jìn)參數(shù)及出渣量沒(méi)有大的變化，偶爾會(huì)出現(xiàn)大的渣粒，直徑0.2m左右，但渣量不多；當(dāng)掘進(jìn)進(jìn)入中等巖爆-強(qiáng)巖爆洞段時(shí)，一般頂護(hù)盾壓力增大，會(huì)出現(xiàn)大的渣粒，直徑20cm左右，但渣量較多；當(dāng)TBM開(kāi)挖至斷層帶附近區(qū)域時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)掘進(jìn)參數(shù)突變、皮帶出渣量突增及平均渣石塊度超過(guò)0.2m的現(xiàn)象。綜上，結(jié)合揭露圍巖地質(zhì)特征、掘進(jìn)參數(shù)變化、皮帶出渣量及渣石塊度的變化規(guī)律，可對(duì)掌子面附近圍巖地質(zhì)條件和潛在破壞類(lèi)型進(jìn)行預(yù)報(bào)。

(2)儀器法預(yù)警巖爆等級(jí)、斷層帶

由于該區(qū)域位于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，原巖應(yīng)力以水平應(yīng)力為主，且地質(zhì)條件較為復(fù)雜，導(dǎo)致巖爆、塌方等災(zāi)害頻發(fā)。因此該標(biāo)段由山東大學(xué)采用物探超前地質(zhì)探測(cè)和激發(fā)極化超前探測(cè)方法分別對(duì)刀盤(pán)前方地質(zhì)構(gòu)造及地下水發(fā)育情況進(jìn)行初步預(yù)測(cè)。

除此之外，TBM2段主要由東北大學(xué)采用巖爆微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行巖爆等級(jí)預(yù)警。在初始地應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力值較高段，對(duì)開(kāi)挖區(qū)域潛在巖爆風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3 TBM施工巖爆段、斷層帶的風(fēng)險(xiǎn)

巖爆是瞬間發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，巖爆發(fā)生的時(shí)間存在不確定性，巖爆破壞性很大，巖爆破壞前兆沒(méi)有明顯特征，對(duì)施工安全構(gòu)成極大威脅，巖爆分布范圍廣，爆坑大多連續(xù)，個(gè)別時(shí)候來(lái)不及支護(hù)，引發(fā)多次巖爆形成較大塌腔，一定程度上使得巖爆的防治與預(yù)測(cè)工作遇到了諸多困難，對(duì)TBM設(shè)備及施工人員的安全有一定影響，導(dǎo)致施工成本增加，破壞的危險(xiǎn)性和不確定性造成TBM施工效率下降。

TBM在斷層帶掘進(jìn)過(guò)程中，塌方及軟巖變形災(zāi)害將會(huì)導(dǎo)致刀盤(pán)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。影響正常掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 巖爆段、斷層帶對(duì)TBM掘進(jìn)的影響

TBM掘進(jìn)效率與地質(zhì)條件密切相關(guān)，當(dāng)TBM掘進(jìn)時(shí)遇到巖爆段、斷層帶等不良地質(zhì)條件時(shí)，會(huì)對(duì)TBM掘進(jìn)會(huì)產(chǎn)生影響，具體特征如下：

(1)受開(kāi)挖應(yīng)力調(diào)整的影響，在TBM的掘進(jìn)過(guò)程中，巖爆易發(fā)生在刀盤(pán)前方區(qū)域及護(hù)盾上方，對(duì)換刀技術(shù)人員的安全造成了巨大隱患；此外，還有部分巖爆具有“滯后性”的特征，即該區(qū)域出露護(hù)盾后才發(fā)生巖爆，增加支護(hù)量的同時(shí)也對(duì)主梁區(qū)域工作人員及設(shè)備的安全極易造成威脅。

開(kāi)挖至斷層帶區(qū)域時(shí)，巖爆、塌方等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象更易發(fā)生。當(dāng)?shù)侗P(pán)前方圍巖軟弱或節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)，可能會(huì)形成規(guī)模較大的塌腔，極易造成頂護(hù)盾壓力突增甚至TBM卡機(jī)現(xiàn)象，進(jìn)而延誤工期。

(2)TBM開(kāi)挖至巖爆段或斷層帶時(shí)，因圍巖條件復(fù)雜多變，當(dāng)支護(hù)措施未能有效提高圍巖強(qiáng)度時(shí)，極易形成規(guī)模較大的爆坑或塌腔。當(dāng)上述災(zāi)害發(fā)生在邊墻區(qū)域時(shí)，受破壞區(qū)域圍巖完整性和平整程度的影響，洞壁無(wú)法為撐靴提供足夠的支撐力，進(jìn)而導(dǎo)致TBM持續(xù)震動(dòng)，影響TBM壽命，耽誤施工進(jìn)度。

(3)斷層帶開(kāi)挖后圍巖極易產(chǎn)生較大的收斂變形，導(dǎo)致變形圍巖將TBM緊緊裹住，TBM啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)比較困難。當(dāng)出現(xiàn)較大的斷裂帶時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致TBM撐靴處于兩側(cè)較疏松的圍巖中，起不了有效的支撐，導(dǎo)致?lián)窝ゴ蚧?/p>

(4)巖爆段或斷層帶區(qū)域破壞頻發(fā)，導(dǎo)致清渣、運(yùn)料、支護(hù)等工程量增加，增加施工成本和材料消耗的同時(shí)也降低了TBM掘進(jìn)時(shí)間利用率，大大降低了掘進(jìn)效率。

4 巖爆洞段、斷層帶施工方法

4.1 施工支護(hù)策略

TBM掘進(jìn)遇到巖爆段、斷層帶時(shí)，直接影響TBM的施工安全和掘進(jìn)速度，在了解并清楚揭露隧道圍巖地質(zhì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了必要的圍巖檢查工作，如變形測(cè)試、應(yīng)力測(cè)量等，以獲取圍巖巖爆、斷裂前后的各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)，并做好總結(jié)分析。根據(jù)類(lèi)比法、施工經(jīng)驗(yàn)、儀器法“先預(yù)警”，了解巖爆等級(jí)及斷層規(guī)模后，再制定“超前預(yù)加固、優(yōu)化進(jìn)尺、調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、及時(shí)支護(hù)、釋放應(yīng)力、應(yīng)急噴砼、及時(shí)監(jiān)測(cè)”的施工支護(hù)策略。

4.2 施工支護(hù)流程及技術(shù)要點(diǎn)

4.2.1根據(jù)不同巖爆等級(jí)、斷層規(guī)模預(yù)處理

TBM掘進(jìn)過(guò)程中，確保巖爆等級(jí)的準(zhǔn)確性，不同的巖爆等級(jí)采取不同的支護(hù)方式。

輕微巖爆區(qū)段在施工時(shí)，人工清理松散巖塊，在掘進(jìn)過(guò)程中適時(shí)增加向掌子面、護(hù)盾等周?chē)臑⑺趯?duì)護(hù)盾及后方隧道圍巖上實(shí)行24h的不間斷灑水、清洗工作，對(duì)較易產(chǎn)生巖爆的圍巖也能產(chǎn)生相應(yīng)的軟化效果，從而促進(jìn)內(nèi)部應(yīng)力釋放與調(diào)整，降低巖石的脆性。并進(jìn)行頂拱120°系統(tǒng)錨網(wǎng)噴加輕型格柵以及鋼肋的支撐方式。

中等-強(qiáng)烈?guī)r爆段施工時(shí)，受高地應(yīng)力結(jié)構(gòu)面松弛破壞，應(yīng)力型塌方、破壞松動(dòng)圈范圍一般在60°～120°，深度1～3m時(shí)。首先人工清除掉塊、碎石，應(yīng)急噴混凝土全斷面系統(tǒng)錨網(wǎng)噴+HW125或HW150拱架，拱架間采用槽鋼滿(mǎn)焊鏈接，增強(qiáng)拱架整體受力。結(jié)合TBM自身設(shè)備及外配設(shè)備組合可施做應(yīng)力釋放孔。

斷層帶掘進(jìn)時(shí)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率較高，掘進(jìn)時(shí)要掌握清楚斷層的規(guī)模及類(lèi)型，不同的規(guī)模斷層采取不同的支護(hù)方式。

在頂拱及腰線(xiàn)附近發(fā)育小規(guī)模斷層時(shí)，斷層帶寬較小，影響規(guī)模小，形成掉塊、塌方，拱頂范圍60°～120°，深度1～3m?？蛇M(jìn)行人工放渣，應(yīng)急噴砼，全斷面系統(tǒng)錨網(wǎng)噴+HW125拱架支護(hù)。

掘進(jìn)過(guò)程中遇到中等規(guī)模斷層形成塌方，影響范圍90°～180°，塌方深度2～6m，富水洞段時(shí)，超前預(yù)注漿或超前管棚加固，邊刀增加墊塊實(shí)施擴(kuò)挖，預(yù)埋注漿管，應(yīng)急噴混凝土，全斷面系統(tǒng)錨網(wǎng)噴+HW150拱架，拱架間采用槽鋼滿(mǎn)焊鏈接，增強(qiáng)拱架整體受力。

4.2.2合理調(diào)整TBM掘進(jìn)參數(shù)掘進(jìn)

掘進(jìn)參數(shù)指標(biāo)與圍巖地質(zhì)條件和圍巖強(qiáng)度有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。例如：推力與圍巖完整性及圍巖強(qiáng)度呈正相關(guān)，貫入度與圍巖完整性及圍巖強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)，刀盤(pán)扭矩與圍巖完整性及圍巖強(qiáng)度呈正相關(guān)等。合理選用與圍巖條件相適應(yīng)的掘進(jìn)參數(shù)方能使TBM的掘進(jìn)效率得到提高。

當(dāng)TBM參數(shù)發(fā)生突變時(shí)，應(yīng)及時(shí)根據(jù)其變化范圍及變化速率對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。一方面是降低刀盤(pán)對(duì)掌子面附近巖體的擾動(dòng)程度，進(jìn)而降低圍巖發(fā)生失穩(wěn)破壞的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面則是需要控制皮帶機(jī)的出渣速度及渣石大小，必要時(shí)需采用人工破碎大塊渣石或采用料車(chē)運(yùn)送底渣，避免因渣石塊度過(guò)大、皮帶機(jī)高速運(yùn)作等導(dǎo)致皮帶機(jī)停機(jī)或皮帶斷裂。

在中等-強(qiáng)烈?guī)r爆段、斷層帶中繼續(xù)向前掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)通過(guò)降低進(jìn)尺，減少擾動(dòng)的主要方針來(lái)降低圍巖失穩(wěn)破壞的風(fēng)險(xiǎn)，具體實(shí)施策略為“短進(jìn)尺、低轉(zhuǎn)速、低推力、大貫入度”，在掘進(jìn)過(guò)程中保持勻速掘進(jìn)，避免“間歇式”開(kāi)挖而導(dǎo)致破壞風(fēng)險(xiǎn)的升高。由于巖爆段或斷層帶存在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況，還需嚴(yán)格控制掘進(jìn)姿態(tài)，按照“多次、少量”的糾偏原則對(duì)TBM姿態(tài)進(jìn)行糾正。

4.2.3及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)、快速?lài)娚浠炷练忾]

圍巖條件復(fù)雜時(shí)，易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)面組合切割形成不穩(wěn)定楔形體的情況，在局部高應(yīng)力的作用下誘發(fā)大規(guī)模掉塊或巖爆等現(xiàn)象。

圍巖強(qiáng)度低時(shí)，出露護(hù)盾后的圍巖自穩(wěn)時(shí)間通常很短。因此，當(dāng)遇到中等-強(qiáng)烈?guī)r爆段、斷層帶嚴(yán)重洞段時(shí)，圍巖出露護(hù)盾后及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，采取增加剛性錨桿數(shù)量或施作鋼拱架支護(hù)、及時(shí)噴射混凝土的支護(hù)措施，保證快速封閉圍巖，減少后方圍巖及支護(hù)體的受力程度。此外，當(dāng)圍巖質(zhì)量極差時(shí)，出露護(hù)盾?chē)鷰r后可采用“HW150型鋼拱架，間距0.45m，環(huán)向360°槽鋼連接、加密鋼筋排”的支護(hù)形式，必要時(shí)在拱架下支撐豎支撐，防止拱架變形導(dǎo)致圍巖收斂變形。如圖5所示混凝土噴層對(duì)圍巖的封閉及加固能力是顯著的，當(dāng)圍巖完整性極差時(shí)，可在C30混凝土支護(hù)(厚約0.2m)的基礎(chǔ)上增加注漿管，對(duì)大規(guī)模塌腔、裂縫及鋼拱架與巖壁間的空隙進(jìn)行填實(shí)，以抑制圍巖內(nèi)部裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)采用豎支撐支護(hù)

4.2.4加強(qiáng)圍巖觀測(cè)

受中等-強(qiáng)烈?guī)r爆、斷層帶的影響，圍巖的自穩(wěn)能力通常較差，具體表現(xiàn)為圍巖內(nèi)部不斷有新生破裂產(chǎn)生，原生節(jié)理不斷擴(kuò)展，宏觀變形不斷累積等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致初期支護(hù)受力不斷增大，當(dāng)支護(hù)體受力值超過(guò)極限強(qiáng)度后，會(huì)導(dǎo)致支護(hù)體發(fā)生變形失穩(wěn)，如錨桿被拉出、鋼拱架卷邊及扭曲等現(xiàn)象。

因此，在上述情況下，加強(qiáng)圍巖觀測(cè)是必要的，通過(guò)觀測(cè)圍巖收斂、錨桿受力及鋼拱架受力值隨時(shí)間的演化曲線(xiàn)可初步確定支護(hù)體的穩(wěn)定性及受力穩(wěn)定情況，當(dāng)圍巖變形值或支護(hù)體受力量值大且變化速率大時(shí)，及時(shí)加強(qiáng)該區(qū)域的支護(hù)強(qiáng)度，通知現(xiàn)場(chǎng)人員注意圍巖變化情況，規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

本文分析了某深埋隧洞易發(fā)生巖爆段、斷層段地質(zhì)及破壞特征，建立了TBM穿越巖爆、斷層區(qū)域的施工方法。

該段施工根據(jù)類(lèi)比法、施工經(jīng)驗(yàn)及儀器法“先預(yù)警”，了解巖爆等級(jí)及斷層規(guī)模后，開(kāi)展“超前預(yù)加固、優(yōu)化進(jìn)尺、調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、及時(shí)支護(hù)、釋放應(yīng)力、應(yīng)急噴混凝土、及時(shí)監(jiān)測(cè)”的施工策略。上述策略的聯(lián)合施作，成功降低了TBM穿越巖爆、斷層區(qū)域期間對(duì)圍巖的擾動(dòng)，有效提高了圍巖強(qiáng)度，最大限度減少了圍巖失穩(wěn)破壞的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而有效提高了掘進(jìn)效率。

基于上述施工方法，本工程順利穿越巖爆、斷層區(qū)域，且可為今后類(lèi)似工程的施工提供經(jīng)驗(yàn)與指導(dǎo)。