高仝 劉琪 張傳健 王斌 李占彪
摘要:為應(yīng)對(duì)敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)穿越大型充填型溶腔面臨的較大施工風(fēng)險(xiǎn),分析總結(jié)了滇中引水工程香爐山隧洞“云嶺號(hào)”TBM遭遇溶腔段的卡機(jī)過(guò)程特征、原因及采取的脫困措施。結(jié)果表明:① 溶腔段TBM卡機(jī)的直接原因主要為刀盤(pán)扭矩過(guò)大,難以持續(xù)維持在高位而發(fā)生刀盤(pán)停轉(zhuǎn)被卡。在穿越充填型溶洞過(guò)程中,TBM可能面臨反復(fù)卡機(jī)問(wèn)題,并因拱底軟弱破碎、承載力不足而發(fā)生“栽頭”現(xiàn)象,導(dǎo)致TBM掘進(jìn)豎向偏差過(guò)大;② 采用拱頂超前注漿管棚、拱底超前管橋、掌子面玻璃纖維錨管超前注漿等超前處置措施,能夠較好地限制溶腔段TBM刀盤(pán)扭矩過(guò)大、機(jī)頭下沉等問(wèn)題,為使TBM順利通過(guò)不良地質(zhì)洞段,需從“超前支護(hù)、初期支護(hù)加強(qiáng)、掘進(jìn)控制”等方面進(jìn)行綜合處置;③ 在巖溶地層中,溶洞前后可能并無(wú)明顯過(guò)渡洞段,TBM掘進(jìn)施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行有效的超前地質(zhì)預(yù)報(bào),做到先探后掘、提前發(fā)現(xiàn)、提前處置。
關(guān)鍵詞:敞開(kāi)式TBM; 充填型溶洞; 卡機(jī); 超前地質(zhì)預(yù)報(bào); 超前支護(hù); 香爐山隧洞; 滇中引水工程
中圖法分類號(hào):TV52
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.07.008
文章編號(hào):1006-0081(2023)07-0050-06
0 引 言
在巖溶發(fā)育地區(qū),隧洞施工所處的地質(zhì)條件復(fù)雜,受溶洞充填物及其不均勻分布影響,全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工時(shí)極易發(fā)生機(jī)頭下沉或坍塌體包裹、糊住刀盤(pán)而造成卡機(jī)等問(wèn)題[1-3]。山西萬(wàn)家寨引黃工程南干線國(guó)際Ⅱ、Ⅲ號(hào)標(biāo)段4~7號(hào)洞段采用雙護(hù)盾TBM施工,過(guò)程中共穿越57個(gè)無(wú)水溶洞,溶洞中多充填黏土及碎屑巖,出現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)蛇形前進(jìn),多次發(fā)生機(jī)頭下沉、管片襯砌不均勻沉陷問(wèn)題,造成接縫超寬、錯(cuò)臺(tái),嚴(yán)重削弱了管片的承載能力和防滲性能,影響運(yùn)行期過(guò)流能力[4-7]。吉林引松供水工程四標(biāo)段敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)洞段施工過(guò)程中多次穿越半充填型溶洞,造成TBM偏機(jī)、栽頭、刀盤(pán)被糊卡機(jī)、涌泥掩埋盾體等問(wèn)題[8-9]?,F(xiàn)有研究主要介紹了溶洞對(duì)TBM施工造成的不利影響,但對(duì)TBM遭遇溶洞后的卡機(jī)致災(zāi)過(guò)程規(guī)律及應(yīng)對(duì)處置措施的分析較少,對(duì)掘進(jìn)機(jī)特別是大直徑敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)施工的直接指導(dǎo)意義不足。
大直徑敞開(kāi)式TBM是川藏鐵路、引江補(bǔ)漢工程等國(guó)家重大基礎(chǔ)設(shè)施工程的隧洞(道)施工設(shè)備,在應(yīng)對(duì)軟弱破碎圍巖等不良地質(zhì)條件時(shí),其比護(hù)盾式TBM處置方法更加靈活,卡護(hù)盾風(fēng)險(xiǎn)較低,但同時(shí)也存在支護(hù)清渣工作量大、撐靴處易垮塌打滑甚至需要停機(jī)處理等問(wèn)題[10-11]。本研究以滇中引水工程香爐山隧洞為例,分析了大直徑敞開(kāi)式TBM穿越大型充填型溶洞的致災(zāi)原因及處置對(duì)策,可為同類型工程的施工處置措施制定提供借鑒。
1 工程概況
滇中引水工程是為解決云南省滇中地區(qū)嚴(yán)重缺水問(wèn)題而實(shí)施的特大型調(diào)水工程。工程自金沙江引水,輸水總干渠全長(zhǎng)664 km,多年平均引水量34.03億m3。香爐山隧洞位于滇中引水工程首部,是工程最長(zhǎng)的深埋隧洞,也是總干渠的關(guān)鍵控制性工程,隧洞全長(zhǎng)62.6 km,最大埋深1 450 m,設(shè)計(jì)斷面為圓形,除活動(dòng)斷層帶洞段外,隧洞襯后直徑8.3~8.5 m,設(shè)計(jì)流量135 m3/s,設(shè)計(jì)縱坡坡比1/1 800。
工程大理Ⅰ段施工3號(hào)標(biāo)段位于香爐山隧洞末端,涉及洞段長(zhǎng)度為25.8 km,其中隧洞后段穿越巖溶地下水徑流帶,遭遇巖溶洞穴及突水突泥災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)較大。按照施工組織設(shè)計(jì),標(biāo)段內(nèi)隧洞主體采用一臺(tái)開(kāi)挖直徑9.83 m的敞開(kāi)式TBM“云嶺號(hào)”施工。
“云嶺號(hào)”TBM于2020年10月21號(hào)起從位于香爐山隧洞后段的7號(hào)施工支洞樁號(hào)X7K1+660處始發(fā)掘進(jìn),計(jì)劃進(jìn)入主洞后轉(zhuǎn)向隧洞上游掘進(jìn)。2020年11月20日,TBM掘進(jìn)至樁號(hào)X7K1+812.5時(shí)遭遇一較大規(guī)模的充填型溶洞,導(dǎo)致TBM頻繁卡機(jī),歷經(jīng)74 d、TBM行進(jìn)40 m后才得以穿越。同時(shí)由于TBM機(jī)頭掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生下沉,隧洞豎向偏差超過(guò)設(shè)計(jì)允許值,后期還需開(kāi)展換拱及擴(kuò)挖工作。該溶洞段對(duì)TBM施工安全及施工效率造成的不利影響較大,有必要對(duì)其致災(zāi)過(guò)程、規(guī)律及處置措施進(jìn)行針對(duì)性分析。
2 TBM卡機(jī)原因分析
2.1 溶腔段卡機(jī)現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程及特征
2020年11月20日,“云嶺號(hào)”TBM施工至支洞樁號(hào)X7 K1+812.5處時(shí),掌子面拱部180°范圍出現(xiàn)一充填散土夾塊石的溶腔,掘進(jìn)過(guò)程中掌子面及洞頂圍巖間歇性垮塌,出渣量急劇增加,達(dá)到正常掘進(jìn)的3~4倍。同時(shí),TBM刀孔被堵,溶洞充填的泥夾大塊孤石不斷垮落,卡在刀盤(pán)刮渣口位置,造成刀盤(pán)頻繁被卡。部分大石塊卡在皮帶機(jī)下渣斗位置,造成2號(hào)皮帶和洞外轉(zhuǎn)載皮帶擠壓劃破。圖1為溶腔段局部揭露邊界與TBM掘進(jìn)出渣情況。
溶腔填充體垮落后在隧洞拱部形成空腔,從刀盤(pán)槽孔觀察,空腔可見(jiàn)高度約為3~5 m,往掘進(jìn)方向延伸長(zhǎng)度約為3 m?,F(xiàn)場(chǎng)對(duì)刀盤(pán)艙內(nèi)、刮渣口位置及主梁下方隧底泥渣進(jìn)行人工清理后,再次啟動(dòng)TBM刀盤(pán)嘗試掘進(jìn)。掘進(jìn)過(guò)程中,頂護(hù)盾上方圍巖持續(xù)垮塌,頂護(hù)盾壓力持續(xù)增大,TBM推力達(dá)到約25 000 kN(TBM總推力31 526 kN),扭矩達(dá)到13 000~16 000 kN·m(TBM額定扭矩15 719 kN·m,脫困扭矩23 579 kN·m),短距離掘進(jìn)后因TBM主電機(jī)電流過(guò)載,刀盤(pán)停轉(zhuǎn)??C(jī)發(fā)生前,TBM滾刀貫入度處于7~17 mm的高區(qū),而轉(zhuǎn)速處于0.4~0.6 r/min的低區(qū)??C(jī)后,施工人員多次嘗試啟用TBM脫困模式均告失敗,TBM無(wú)法實(shí)現(xiàn)自行脫困。如圖2所示,由某次典型的TBM卡機(jī)和脫困嘗試過(guò)程中其主要掘進(jìn)參數(shù)的變化規(guī)律可知,因刀盤(pán)扭矩長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到或超過(guò)額定扭矩,難以持續(xù)維持在高位而發(fā)生刀盤(pán)停轉(zhuǎn)產(chǎn)生卡機(jī)。
2.2 原因分析
該洞段埋深約455 m,圍巖巖性為白云質(zhì)灰?guī)r,巖塊單軸抗壓強(qiáng)度為9.06~15.66 MPa,彈性模量為5.37~8.97 GPa。根據(jù)溶洞的揭露范圍、物質(zhì)及與TBM的接觸關(guān)系判斷,該不良地質(zhì)屬包容型干式充填型溶洞。該段底板部位為泥夾塊石,巖質(zhì)疏松,承載力低;拱肩以上存在部分空腔,溶洞洞壁巖體溶蝕風(fēng)化強(qiáng)烈。溶洞段圍巖呈破碎至極破碎或強(qiáng)烈溶蝕風(fēng)化,為穩(wěn)定性差至極差的V類圍巖。溶洞邊界為一小斷層,產(chǎn)狀130°∠70°~80°,開(kāi)挖揭示寬度約1.5~2.0 m,構(gòu)造巖為碎裂巖、碎粉巖。為進(jìn)一步明確該溶洞段的影響范圍,現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了“超前鉆探+三維地震物探”的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。
超前地質(zhì)鉆探結(jié)果表明:隧洞掌子面前方溶蝕風(fēng)化構(gòu)造發(fā)育范圍超過(guò)24 m,溶腔內(nèi)巖質(zhì)松軟、破碎。三維地震波結(jié)果顯示:在X7K1+815~X7K1+835段(即掌子面前方20 m范圍內(nèi))出現(xiàn)了明顯的正負(fù)反射,推斷該段圍巖極為破碎,易發(fā)生塌腔;X7K1+835~X7K1+855段(即掌子面前方20~40 m范圍內(nèi))同樣出現(xiàn)較多正負(fù)反射,推斷該段圍巖較為破碎,是前段充填溶腔體的延伸;X7K1+855段之后,偶有零星的正負(fù)反射,推斷該段圍巖條件可能好轉(zhuǎn),但仍存在局部裂隙發(fā)育造成圍巖掉塊的可能性。
分析認(rèn)為:該包容型溶蝕風(fēng)化構(gòu)造的存在使掌子面和隧洞拱部圍巖難以自穩(wěn),支護(hù)施作安全風(fēng)險(xiǎn)較大,TBM掘進(jìn)過(guò)程中掌子面破碎巖體持續(xù)垮塌堆積在刀盤(pán)前方,形成散土夾塊石坡?tīng)盍锾w。由于TBM掘進(jìn)過(guò)程中泥化的破碎巖體堵塞刀孔,部分大尺寸塊石卡在刀盤(pán)刮渣口,使TBM掘進(jìn)扭矩迅速上升而造成卡機(jī)。
3 TBM卡機(jī)處置措施
3.1 主要技術(shù)方案與措施
由于TBM機(jī)體龐大,掌子面區(qū)域被機(jī)頭阻隔,可用的超前處置措施較為有限。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)TBM穿越溶腔段制定的處置方案及其實(shí)施效果,總結(jié)得到以下有效措施。
3.1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)
在TBM底護(hù)盾部位斜向前進(jìn)行超前探孔搭接施作,同時(shí)繼續(xù)結(jié)合三維地震方法進(jìn)行補(bǔ)充探查,探明TBM刀盤(pán)前方溶腔發(fā)育情況,以便針對(duì)性地制定處置措施。
3.1.2 超前支護(hù)措施
(1) 拱頂超前注漿管棚。在自頂護(hù)盾后方120°范圍施作30 m長(zhǎng)、直徑95 mm鉆孔,外傾角20°~30°,孔間距1.0 m,頂管安裝直徑76 mm管棚,并灌注水灰比1∶1~0.5∶1的水泥凈漿或水泥-水玻璃雙液漿,以對(duì)頂拱部位破碎巖體進(jìn)行棚護(hù)加固。
(2) 拱底超前管橋。為應(yīng)對(duì)TBM因拱底圍巖軟弱而發(fā)生機(jī)頭下沉的問(wèn)題,在TBM底護(hù)盾90°范圍施作直徑126 mm超前鉆孔,鉆孔深度12 m,孔間距1.0 m,頂管安裝直徑108 mm管棚并灌注水灰比1∶1~0.5∶1的水泥漿或水泥-水玻璃雙液漿,以超前加固隧底圍巖。
(3) 掌子面超前注漿加固。通過(guò)TBM刀盤(pán)刀孔、刮渣口向掌子面前方施作直徑32 mm玻璃纖維錨管,錨管長(zhǎng)度4 m。選用水泥-水玻璃雙液漿或聚氨酯化學(xué)灌漿材料自玻璃纖維錨管注漿,加固掌子面堆積體,形成掌子面止?jié){墻。止?jié){墻形成后再向掌子面施作6~8 m加長(zhǎng)玻璃纖維錨管,灌注水灰比1∶1~0.5∶1的水泥凈漿對(duì)掌子面前方進(jìn)行超前固結(jié)加固。
3.1.3 初期支護(hù)加強(qiáng)措施
在護(hù)盾后方,進(jìn)行初期支護(hù)措施加強(qiáng)處理,以避免隧洞圍巖進(jìn)一步失穩(wěn)或產(chǎn)生擠壓大變形。除加強(qiáng)溶腔段施工監(jiān)控量測(cè)外,還包括以下主要措施。
(1) 溶腔段圍巖出露護(hù)盾后,將鋼拱架間距由0.5 m臨時(shí)調(diào)整為0.3 m,鋼拱架背側(cè)密布鋼筋排。相鄰鋼拱架間采用型鋼進(jìn)行縱向連接,環(huán)向間距0.5 m。邊頂拱270°范圍內(nèi)盡早施作噴射混凝土,底拱90°范圍內(nèi)換填厚度30 cm的C25干硬性混凝土。
(2) 對(duì)出露護(hù)盾的頂拱120°范圍內(nèi)打設(shè)直徑42 mm小導(dǎo)管,灌注水泥凈漿或聚氨酯化學(xué)漿液,以對(duì)拱部松散體進(jìn)行固結(jié);對(duì)拱部塌腔段,則每間隔2.5 m預(yù)埋3根直徑108 mm注漿管,預(yù)埋管長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際塌腔深度確定,后續(xù)對(duì)塌腔內(nèi)回填C20混凝土或M30砂漿,填滿或回填厚度不小于3 m。
(3) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溶腔發(fā)育情況,選取斷面在頂拱處預(yù)埋直徑108 mm無(wú)縫鋼管或波紋管,預(yù)埋管沿結(jié)構(gòu)外邊線布置并連接隧洞底部溶腔以作為排水通道,管口采用鋼筋網(wǎng)封閉并包裹土工布反濾,保證排水通暢。
(4) 為確保兩側(cè)撐靴處的巖體穩(wěn)定并提供有效承載力,對(duì)隧洞拱腰撐靴作用范圍內(nèi)的巖體打設(shè)直徑42 mm注漿管,間距1.0 m,長(zhǎng)度為1.0 m、1.5 m長(zhǎng)短結(jié)合,梅花型布置,隨后對(duì)塌腔范圍松散巖體進(jìn)行注漿加固。加固完成后采用應(yīng)急噴聚丙烯粗纖維混凝土方式對(duì)塌腔松散體進(jìn)行回填加固,噴射混凝土面與拱架內(nèi)翼緣板齊平,以保證撐靴正常換步作業(yè)。
3.1.4 掘進(jìn)控制措施
TBM溶腔段掘進(jìn)過(guò)程中,需合理控制掘進(jìn)參數(shù),以低轉(zhuǎn)速、低推力、小步距緩慢推進(jìn),一方面防止掌子面前方破碎巖體迅速垮塌造成TBM刀孔被堵、刀盤(pán)回轉(zhuǎn)扭矩過(guò)大而卡機(jī);另一方面,需避免過(guò)量巖渣涌入刀艙造成皮帶不堪重負(fù)而損壞。同時(shí),在溶腔段掘進(jìn)還需實(shí)時(shí)監(jiān)控TBM掘進(jìn)姿態(tài),及時(shí)修正并控制好每次的糾偏量,防止TBM刀盤(pán)及護(hù)盾向下沉陷,確保掘進(jìn)過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定。
對(duì)于撐靴作用,因相鄰鋼拱架縱向凈間距小于靴板邊緣至內(nèi)槽寬度,施工中采用噴聚丙烯粗纖維混凝土方式回填加固撐靴作用區(qū),并使噴射混凝土面與拱架內(nèi)翼緣板齊平。混凝土應(yīng)盡可能回填密實(shí),避免撐靴直接作用于鋼拱架而導(dǎo)致后者扭曲變形。因此,噴射混凝土層在撐靴作用前應(yīng)至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%,并采用回彈儀測(cè)試強(qiáng)度是否滿足要求。
在每次嘗試對(duì)刀盤(pán)啟動(dòng)脫困工作模式前,還需對(duì)刀艙內(nèi)及刮渣口部位進(jìn)行人工清渣,以減小啟動(dòng)阻力,保障TBM刀盤(pán)順利運(yùn)行。
3.2 卡機(jī)脫困處理效果
實(shí)踐證明,在TBM施工過(guò)程中對(duì)隧洞拱頂及刀盤(pán)前方松散體采取的超前注漿加固、超前支護(hù)措施效果明顯,加固區(qū)域圍巖穩(wěn)定性得到改善,同時(shí)緩解了刀盤(pán)被卡現(xiàn)象。加強(qiáng)初期支護(hù)對(duì)出露圍巖起到了加固、支撐作用,徑向注漿對(duì)初支背側(cè)軟弱、空洞范圍進(jìn)行了有效的二次加固,保證了TBM撐靴的順利頂撐和隧洞結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
通過(guò)實(shí)施上述處理方案,“云嶺號(hào)”TBM自2020年11月20日首次卡機(jī)至2021年2月2日安全、順利通過(guò)了約40 m長(zhǎng)的孤石堆積體充填型溶洞,歷時(shí)74 d。TBM先后經(jīng)歷5次較嚴(yán)重的卡機(jī)過(guò)程,溶洞段日均進(jìn)尺僅0.54 m,大大低于正常掘進(jìn)洞段,其中無(wú)進(jìn)尺日達(dá)43 d。圖3為在溶洞段前后洞段的TBM日均進(jìn)尺變化,隨著圍巖類別由Ⅳ類、Ⅲ類、較差Ⅴ類、Ⅳ類到Ⅲ類,TBM掘進(jìn)速度依次從5.07,19.68,0.54,13.30 m/d變化到11.33 m/d,其中最后一段掘進(jìn)速率降低是由于更換刀具、維修皮帶系統(tǒng)和噴漿系統(tǒng)而出現(xiàn)若干零進(jìn)尺日,導(dǎo)致平均進(jìn)尺下降,可見(jiàn)TBM掘進(jìn)效率與圍巖條件明顯呈正相關(guān)。此外,溶洞段的出現(xiàn)使圍巖類別直接由Ⅲ類突變至較差的Ⅴ類,這一過(guò)程并無(wú)明顯過(guò)渡洞段,出現(xiàn)條件毫無(wú)征兆,因此施工中開(kāi)展有效的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)十分重要。為提前發(fā)現(xiàn)、提前處置不良地質(zhì),TBM施工中應(yīng)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)洞段開(kāi)展“超前鉆探+超前物探”全覆蓋地質(zhì)預(yù)報(bào)。本次溶腔段卡機(jī)發(fā)生在TBM始發(fā)掘進(jìn)后146 m處,TBM還處于試掘進(jìn)階段,相關(guān)超前預(yù)報(bào)措施還未完善,該段不良地質(zhì)的處置過(guò)程也為工程管理人員進(jìn)一步了解設(shè)備性能并制定應(yīng)對(duì)措施提供了重要經(jīng)驗(yàn)。
3.3 后續(xù)處理
TBM在穿越溶洞段時(shí),由于部分洞段拱底圍巖軟弱破碎,承載力不足,出現(xiàn)了TBM“栽頭”“下沉”問(wèn)題。如圖4所示,TBM掘進(jìn)通過(guò)后,對(duì)溶洞段初期支護(hù)斷面進(jìn)行復(fù)測(cè)。結(jié)果表明:與設(shè)計(jì)初支斷面對(duì)比,溶腔洞段頂拱范圍內(nèi)最大豎向偏差為-1.185 m(X7 K1+820.6斷面),洞底高程最大豎向偏差為-64.8 cm(X7 K1+837.4斷面)。經(jīng)過(guò)溶腔段后,通過(guò)TBM掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整,隧洞開(kāi)挖逐步恢復(fù)至設(shè)計(jì)高程。
為確保隧洞圍巖穩(wěn)定及安全度汛,在襯砌施作之前已對(duì)溶腔段初支凈空內(nèi)增設(shè)“八”字形內(nèi)多邊形型鋼支撐,支撐結(jié)構(gòu)的縱向間距設(shè)置為60 cm。對(duì)于隧洞軸線豎向偏差大于設(shè)計(jì)允許值和圍巖變形侵限洞段,要求襯砌前須進(jìn)行清挖和換拱處理,以確保襯后斷面符合設(shè)計(jì)要求。
4 TBM卡機(jī)脫困措施建議
通過(guò)總結(jié)本次敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)穿越充填型溶腔的卡機(jī)及相應(yīng)處置過(guò)程,對(duì)今后同類型工程問(wèn)題提出以下幾點(diǎn)建議。
(1) 加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。對(duì)灰?guī)r等巖溶發(fā)育的高風(fēng)險(xiǎn)地層,應(yīng)特別注意持續(xù)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào),特別是超前深孔鉆探,先探后掘,及時(shí)探明掌子面前方圍巖性狀、巖溶發(fā)育程度以及地下水賦存狀況,以提前為不良地質(zhì)處置提供指導(dǎo)。
(2) 加強(qiáng)溶腔段洞室圍巖變形和TBM掘進(jìn)姿態(tài)監(jiān)測(cè)。密切關(guān)注圍巖特別是頂拱圍巖穩(wěn)定狀況,對(duì)支護(hù)后仍產(chǎn)生持續(xù)收斂的部位應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)和支護(hù)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整,掘進(jìn)過(guò)程中及時(shí)修正TBM掘進(jìn)姿態(tài)以減小掘進(jìn)偏差。
(3) 完善TBM施工應(yīng)對(duì)工程地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置預(yù)案,提升應(yīng)急處置響應(yīng)速度。如能盡早采取拱底注漿、超前管橋等措施并有效控制TBM機(jī)頭下沉量,可顯著減少后續(xù)拆換拱及清挖處理工作量。
(4) 豐富TBM施工環(huán)境下的不良地質(zhì)處置措施。TBM為全斷面開(kāi)挖,機(jī)頭龐大,大多需要圍巖出露護(hù)盾后開(kāi)始處理,可采取的超前支護(hù)措施較為有限。本次TBM掘進(jìn)通過(guò)對(duì)溶腔段采取了拱頂超前注漿管棚、拱底超前管橋、掌子面玻璃纖維錨管超前注漿、小導(dǎo)管徑向注漿回填、撐靴巖體加固、環(huán)向鋼拱架及縱向連接加強(qiáng)、TBM通過(guò)后架立“八”字形支撐等綜合處置措施,取得了一定成效。其中,超前管棚還可通過(guò)在護(hù)盾上開(kāi)孔實(shí)施,以減小偏離角度,增強(qiáng)注漿棚護(hù)作用。對(duì)于以黏土為主要充填物的溶腔,TBM穿越過(guò)程中可能出現(xiàn)刀盤(pán)被糊而卡機(jī)等問(wèn)題,這類地層往往不易吃漿或注漿效果不理想,可考慮通過(guò)刀盤(pán)噴水孔噴灑泡沫潤(rùn)滑劑,以降低黏土充填物的黏聚力。對(duì)于存在大塊孤石的充填洞段,由于地層軟硬不均,TBM滾刀難以有效破巖,易發(fā)生大塊孤石卡在刮渣口而造成卡機(jī)或卡住滾刀,導(dǎo)致刀具偏磨的問(wèn)題,可考慮由人進(jìn)入刀艙并采用沖擊破碎方法清除;對(duì)于刀盤(pán)前尺寸較大的堅(jiān)硬塊石,還可采用靜態(tài)破碎或微爆破方法清除。
5 結(jié) 論
敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)穿越大型充填型溶腔可能面臨卡機(jī)、圍巖變形失穩(wěn)、機(jī)頭下沉等問(wèn)題,嚴(yán)重影響掘進(jìn)機(jī)施工效率及施工質(zhì)量,并造成額外的拆換拱工作。根據(jù)滇中引水工程香爐山隧洞“云嶺號(hào)”TBM施工經(jīng)驗(yàn),分析并總結(jié)了溶腔段TBM卡機(jī)過(guò)程特征及有效處置措施等,主要結(jié)論如下。
(1) 溶腔段TBM卡機(jī)類型主要為刀盤(pán)扭矩過(guò)大,脫困扭矩難以長(zhǎng)時(shí)間保持而導(dǎo)致刀盤(pán)停轉(zhuǎn)被卡,TBM可能反復(fù)卡機(jī)直至穿越不良地質(zhì)洞段。因拱底軟弱破碎、承載力不足,易產(chǎn)生TBM“栽頭”現(xiàn)象,導(dǎo)致TBM掘進(jìn)豎向偏差過(guò)大。
(2) 采用拱頂超前注漿管棚、拱底超前管橋、掌子面玻璃纖維錨管超前注漿等超前處置措施,能夠較好地改善溶腔段TBM刀盤(pán)扭矩過(guò)大、機(jī)頭下沉等問(wèn)題。為使TBM順利通過(guò)溶洞等不良地質(zhì)洞段,需采用“超前支護(hù)+初期支護(hù)加強(qiáng)+掘進(jìn)控制”等方法進(jìn)行綜合處置。
(3) 在巖溶地層中,溶洞出現(xiàn)前可能并無(wú)明顯過(guò)渡洞段,TBM掘進(jìn)施工過(guò)程中有必要進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào),對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)洞段開(kāi)展“超前鉆探+超前物探”全覆蓋的地質(zhì)預(yù)報(bào),以提前發(fā)現(xiàn)、提前處置施工風(fēng)險(xiǎn)。
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(編輯:江 燾,高小雲(yún))