楊繼華, 楊風(fēng)威, 苗　棟, 張黨立

(黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州　450003)

0　引言

TBM是集機(jī)械、電子、液壓、控制等技術(shù)為一體的自動(dòng)化隧洞開挖襯砌成套設(shè)備，其隧洞施工具有快速、高效、優(yōu)質(zhì)、安全及環(huán)保的技術(shù)特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于水利水電、交通、國(guó)防及市政等隧洞工程施工中,其掘進(jìn)速度一般為傳統(tǒng)鉆爆法的3～10倍[1-4]。

TBM施工的隧洞多為長(zhǎng)大隧洞,相對(duì)于短隧洞,長(zhǎng)大隧洞一般要穿越多個(gè)不同的地質(zhì)、地貌和構(gòu)造單元,施工中發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性較高。由于TBM設(shè)備龐大,對(duì)不良地質(zhì)條件的適應(yīng)性遠(yuǎn)沒有鉆爆法靈活,施工中一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,輕則工期延誤,重則人員傷亡、設(shè)備損毀。針對(duì)TBM施工中的地質(zhì)災(zāi)害,多位學(xué)者和技術(shù)人員進(jìn)行了相關(guān)研究,并得出了一些有益的結(jié)論,尚彥軍[5]等對(duì)印度克什米爾、中國(guó)云南和臺(tái)灣省3個(gè)TBM施工隧洞的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分析,并對(duì)TBM遇險(xiǎn)最終被常規(guī)鉆爆法的失誤進(jìn)行了反思;羅志虎等[6]針對(duì)錦屏二級(jí)水電站引水隧洞巖爆地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了研究,分析了其發(fā)生規(guī)律、影響范圍及危害程度并提出了相應(yīng)的對(duì)策;車曉明[7]列舉了TBM施工中的主要地質(zhì)災(zāi)害并提出了相關(guān)勘察工作建議;劉波[8]以引黃工程全斷面雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)為例,對(duì)斷層破碎帶塌方引起的卡機(jī)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分析,提出了超前探測(cè)、超前灌漿等處理措施;袁亮等[9]研究了錦屏二級(jí)水電站引水隧洞TBM所遇的突涌水地質(zhì)災(zāi)害并提出了施工對(duì)策。

本文對(duì)TBM隧洞施工常見的地質(zhì)災(zāi)害類型、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法及針對(duì)不同地質(zhì)災(zāi)害的處理措施進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié),相關(guān)研究結(jié)果可以為TBM選型、施工處理提供參考。

1　TBM施工常見地質(zhì)災(zāi)害

1.1　斷層破碎帶塌方

當(dāng)隧洞穿越大的地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí),往往伴隨著斷層發(fā)育,斷層寬度從數(shù)米到數(shù)百米不等,斷層帶內(nèi)一般巖體破碎、風(fēng)化程度高、巖石強(qiáng)度低、富含地下水,圍巖穩(wěn)定性差,特別是斷層走向與洞軸線小角度相交時(shí),對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定性更為不利。當(dāng)TBM掘進(jìn)性,在刀盤的擾動(dòng)下,隧洞掌子面和洞壁圍巖容易塌方,當(dāng)塌方量較大時(shí),對(duì)于護(hù)盾式TBM,塌方巖體堵塞刀盤或堆積在護(hù)盾頂部造成“卡機(jī)”;對(duì)于開敞式TBM,塌方巖體會(huì)進(jìn)入TBM主機(jī),掩埋設(shè)備,處理起來十分麻煩。如云南昆明上公山引水隧洞、中國(guó)臺(tái)灣雪山(坪林)公路隧道在施工中多次塌方,嚴(yán)重延誤了工期,最終導(dǎo)致TBM被拆除改用鉆爆法施工,給業(yè)主和施工承包造成了巨大的損失。另外,斷層巖體軟弱破碎、巖石強(qiáng)度低,無法為TBM的支撐靴提供足夠的接地比壓,必須對(duì)撐靴部位進(jìn)行換填或加固,導(dǎo)致掘進(jìn)速度緩慢,增加工期和施工成本。

1.2　軟巖大變形

當(dāng)TBM在深埋軟巖地層中掘進(jìn)時(shí),在高地應(yīng)力作用下,軟巖會(huì)發(fā)生較大的塑性收斂變形,由于TBM護(hù)盾與開挖洞壁之間的空間很小(一般<5 cm),容許圍巖變形的空間有限,當(dāng)變形量過大時(shí),則會(huì)導(dǎo)致圍巖“抱死”護(hù)盾,引起“卡機(jī)”事故。如萬家寨引黃工程雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)至樁號(hào)48+190.477時(shí),在停機(jī)的2 h內(nèi),快速收縮的圍巖將護(hù)盾緊緊箍住,圍巖變形速率達(dá)到3～4 cm/h,即使將操作推力調(diào)到最高,也無法使TBM移動(dòng),最后采取在護(hù)盾外人工擴(kuò)挖軟弱巖石35 m3,TBM才得以重新啟動(dòng)[10]。軟巖大變形還會(huì)造成管片安裝與豆礫石回填灌漿困難,或引起已安裝好的管片損壞,出現(xiàn)裂縫、錯(cuò)臺(tái)等。

1.3　巖爆

巖爆是高地應(yīng)力狀態(tài)下地下洞室中圍巖脆性破壞時(shí)應(yīng)變能突然釋放造成的一種動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象,其表現(xiàn)為巖石的片幫、剝落、巖石彈射拋擲等。對(duì)于TBM施工隧洞,巖爆直接威脅到施工人員的人身安全、設(shè)備安全,導(dǎo)致TBM掘進(jìn)速度降低,初期支護(hù)難度、工程量、時(shí)間、成本大幅度增加[11-12]。錦屏二級(jí)水電站施工排水洞在前101 d內(nèi),僅掘進(jìn)1 027 m,期間規(guī)模較大的巖爆就發(fā)生了3次,受巖爆影響長(zhǎng)度為214 m,其中中等以上巖爆長(zhǎng)度36 m,每次都不得不停機(jī)處理,不能發(fā)揮TBM快速掘進(jìn)的優(yōu)勢(shì),而在2009年11月28日掘進(jìn)至SK9+283時(shí)的發(fā)生的極強(qiáng)巖爆更是使TBM受到毀滅性的破壞[13]。西康鐵路秦嶺隧洞巖爆也頻繁發(fā)生,成為TBM施工中的主要地質(zhì)災(zāi)害之一。

1.4　涌水

當(dāng)掘進(jìn)過程中突然遭遇涌水時(shí),地下水直接沖淋或浸泡設(shè)備,損壞設(shè)備器件,影響正常的掘進(jìn)施工,甚至?xí){設(shè)備和人員的安全,制約TBM掘進(jìn)速度,特別是當(dāng)TBM順坡掘進(jìn)時(shí),如果遇到大量的涌水無法及時(shí)排出,則TBM有被淹沒的危險(xiǎn)。如在桃花鋪一號(hào)隧道IDK196+010～I(xiàn)DK196+130段,主要巖性為大理巖,節(jié)理、裂隙發(fā)育,寬張；局部地段溶蝕較嚴(yán)重,地下水發(fā)育,多股狀涌水,面狀出水,初期最大涌水量達(dá)1 829 m3/d。錦屏二級(jí)水電站引水隧洞截至2010年底,1號(hào)TBM和2號(hào)TBM實(shí)際遭受大小不同的地下水近30余次,其中集中出水較大的突涌水4次,最大涌水量達(dá)到1.5 m3/s。涌水處理難度大,會(huì)占用大量的施工時(shí)間,降低TBM的掘進(jìn)速度。

1.5　其它地質(zhì)災(zāi)害

TBM隧洞施工中除了以上四項(xiàng)主要的地質(zhì)災(zāi)害外,其它的地質(zhì)災(zāi)害還有溶洞、高地溫、瓦斯及有害氣體等。如1985年施工的廣西天生橋二級(jí)水電站引水隧洞沿線巖溶發(fā)育,泥石流最大涌出量達(dá)1.0×104m3,最大涌水量達(dá)到3.8 m3/s,嚴(yán)重影響TBM掘進(jìn)進(jìn)度,累計(jì)10年僅掘進(jìn)了7.5 km。當(dāng)TBM在含煤系地層掘進(jìn)時(shí),巖層中常含有CO、CH4等易燃、易爆及有害氣體,嚴(yán)重威脅到人員及設(shè)備的安全[14]。

2　地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報(bào)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在TBM隧洞施工中具有重要的作用。通過超前預(yù)報(bào)可以查明掌子面前方不良地質(zhì)體或地質(zhì)災(zāi)害“危險(xiǎn)源”的類型、位置及規(guī)模,并對(duì)可能造成的地質(zhì)災(zāi)害提出預(yù)警,從而事前做好施工預(yù)案,將地質(zhì)災(zāi)害造成的時(shí)間、經(jīng)濟(jì)損失降到最低,保證TBM順利、安全的施工。目前TBM隧洞施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法較多,但歸納起來可分為兩類,一類是直接方法,一類是間接方法。

2.1　直接法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

直接法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)又可分為隧洞沿線區(qū)域地質(zhì)分析、施工地質(zhì)描述、基于碴料和掘進(jìn)參數(shù)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前地質(zhì)鉆探等。

2.1.1隧洞沿線區(qū)域地質(zhì)分析

在TBM施工前,利用收集的隧洞區(qū)域各種工程地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖等,初步分析隧洞所在地區(qū)的主要構(gòu)造類型、地層特征、空間分布及其對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響程度。在區(qū)域地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上,分析TBM隧洞施工可能遇到的不良地質(zhì)問題及其分布范圍、發(fā)生的可能性和對(duì)TBM施工的影響程度。主要包括以下內(nèi)容:地層巖性、構(gòu)造型式、巖體結(jié)構(gòu)、斷層破碎帶、地下水條件、溶洞、地溫、有害氣體等。以上分析可為TBM施工的可行性研究、TBM設(shè)備選型及施工預(yù)案提供工程地質(zhì)依據(jù)。

2.1.2施工地質(zhì)描述

隧洞開挖過程中的地質(zhì)狀態(tài),能客觀地、真實(shí)地反映圍巖的實(shí)際情況。在TBM停機(jī)維護(hù)時(shí),對(duì)隧洞掌子面、洞壁及頂拱進(jìn)行地質(zhì)素描,素描包括以下內(nèi)容:地層巖性、節(jié)理裂隙的發(fā)育情況、巖石風(fēng)化程度、斷層分布及其走向、地下水狀態(tài)、軟弱巖層的厚度及分布范圍等,根據(jù)以上內(nèi)容可對(duì)圍巖穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)并采用合適的支護(hù)方式。同時(shí)可根據(jù)已開挖圍巖的地質(zhì)條件對(duì)掌子面前方的圍巖進(jìn)行初步預(yù)測(cè)。

2.1.3基于碴料和掘進(jìn)參數(shù)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

TBM開挖產(chǎn)生的碴料一般由片狀、塊狀和粉狀巖碴構(gòu)成,圍巖類型不同,各部分所占比例不同,巖塊的粒徑大小也不同。通過對(duì)巖碴的觀察,可以獲得巖性、巖石強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征、風(fēng)化特征和地下水情況等[15]。通過分析碴料可知地質(zhì)情況,如圍巖較完整,則巖碴以片狀為主;如圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育,則巖碴以塊狀為主;如遇斷層破碎帶,則碴料不均勻,巖粉含量降低同時(shí)伴有構(gòu)造巖出現(xiàn)。

TBM的掘進(jìn)參數(shù)也可在一定程度上反映圍巖地質(zhì)狀況,掘進(jìn)參數(shù)主要有刀盤推力、刀盤扭矩、貫入度、掘進(jìn)速度等。在硬巖中掘進(jìn)時(shí),一般刀盤推力先達(dá)到最大值,而扭矩未達(dá)到額定值,同時(shí)伴隨著刀盤貫入度低,掘進(jìn)速度緩慢;在軟巖中掘進(jìn)時(shí),一般扭矩先達(dá)到額定值,而推力未達(dá)到最大值,同時(shí)伴隨著刀盤貫入度高,掘進(jìn)速度快;當(dāng)在節(jié)理密集發(fā)育的地層中掘進(jìn)時(shí),掘進(jìn)推力變化較大,同時(shí)伴隨著機(jī)器的振動(dòng)。

在圍巖地質(zhì)條件變化不大的情況下,根據(jù)碴料、TBM掘進(jìn)參數(shù)等可對(duì)掌子面前方地質(zhì)情況做出判別；但在圍巖地質(zhì)條件變化大的情況下,可結(jié)合區(qū)域地質(zhì)勘察資料、地下水活動(dòng)情況進(jìn)行綜合分析判斷。

2.1.4超前地質(zhì)鉆探

TBM上一般配有超前鉆機(jī),可對(duì)掌子面前方10～30 m范圍內(nèi)的巖體進(jìn)行鉆探[16-17]。超前鉆機(jī)可分為兩種:一種是沖擊式鉆機(jī),鉆進(jìn)速度快,占用施工時(shí)間較少,但無法采取巖芯;另一種是地質(zhì)鉆機(jī),鉆進(jìn)速度慢,占用施工時(shí)間較多,但可采取原狀巖芯。

對(duì)于沖擊式鉆機(jī),可利用鉆速變化,預(yù)測(cè)掌子面前方巖性軟、硬變化、斷層破碎帶及地下水情況等。一般在鉆進(jìn)過程中保持鉆進(jìn)壓力不變,以每鉆進(jìn)20 cm所需要的時(shí)間作為鉆速指標(biāo),在巖性變化不大的情況下,鉆速大小主要取決于巖體破碎程度；完整巖體鉆速較慢,破碎巖體鉆進(jìn)較快。因斷層帶巖性一般有明顯變化,故可利用鉆孔回水的顏色對(duì)斷層做出判斷,另外也可利用鉆孔完成后的地下水流量及壓力對(duì)富水帶進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于地質(zhì)鉆機(jī),通過采取的巖芯可對(duì)掌子面前方一定范圍的巖性特征、風(fēng)化程度、巖石強(qiáng)度及地下水情況進(jìn)行判斷,同時(shí)可確定圍巖結(jié)構(gòu)面的類型、產(chǎn)狀、形態(tài)、密度和張開度、粗糙度及充填物等?？衫貌扇〉脑瓲顜r芯計(jì)算巖芯采取率和RQD值,并按RQD值對(duì)圍巖進(jìn)行分類。

2.2　間接法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

間接法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)一般指的采用物探的技術(shù)來獲取地質(zhì)信息。目前國(guó)內(nèi)、外采用的物探預(yù)報(bào)方法按其原理可分為地震法、電法、聲波反射法及地質(zhì)雷達(dá)法等。

2.2.1地震法

目前采用地震法為原理的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)較多,如TSP(Tunnel Seismic Prediction,隧洞地震法預(yù)測(cè))、TVSP(Tunnel Vertical Seismic Profiling,隧洞垂向地震剖面法)、ISIS(Integrated Seismic Imaging System,綜合地震成像系統(tǒng))及TRT(True Reflect Tomography,真地震反射成像技術(shù))等。

地震法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)距離較遠(yuǎn),一般可達(dá)100～200 m,可有效探測(cè)掌子面前方地質(zhì)體的性質(zhì)(軟弱帶、破碎帶、斷層、溶洞,含水層等)、位置及規(guī)模,可作為長(zhǎng)期地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)。

2.2.2電法

目前采用電法原理的主要是德國(guó)Geohydraulik Data公司開發(fā)研制Beam技術(shù)(Bore-tunnelling Electrical Ahead Monitoring)[18-19]。Beam技術(shù)是建立在對(duì)電參數(shù)持續(xù)觀測(cè)的基礎(chǔ)上,通過測(cè)取一個(gè)與巖體中孔隙有關(guān)的電能儲(chǔ)存能力的參數(shù)PFE(Percentage frequency effect)和視電阻率的變化,預(yù)報(bào)掌子面前方圍巖的完整性和含水性。Beam法TBM超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的最大特點(diǎn)是其所有的裝置都安裝在TBM的刀盤和外側(cè)鋼環(huán)上,隨著隧洞的開挖掘進(jìn),可以連續(xù)不斷獲得探測(cè)成果,并及時(shí)處理得出掌子面前方的PFE曲線,來預(yù)測(cè)前方巖體性狀及含水情況。Beam最長(zhǎng)探測(cè)距離超過30 m,適合作為短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù),其對(duì)水體有良好的探測(cè)效果。

2.2.3聲波反射法

目前國(guó)內(nèi)以聲波反射法為原理的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要為HSP。HSP隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)以聲波反射為原理,由中鐵西南科學(xué)研究院有限公司開發(fā)生產(chǎn),早期主要用于鉆爆法隧洞施工,經(jīng)過改進(jìn),目前同樣適用TBM隧洞施工[20-21]。

HSP聲波反射法原理是建立在彈性波理論基礎(chǔ)上的,傳播過程遵循惠更斯—菲涅爾原理和費(fèi)馬原理。采用聲波法探測(cè)不良地質(zhì)的前提是:聲波在巖土體中的傳播速度及幅度等參數(shù)和巖土體的組成成分、密度、彈性模量及巖體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)等有關(guān),不良地質(zhì)體如斷層破碎帶、風(fēng)化帶、巖溶洞穴,地下水富集帶等與周邊地質(zhì)體存在明顯的聲學(xué)特性差異。通過數(shù)據(jù)解譯,可對(duì)隧洞掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)條件或不良地質(zhì)體做出判斷,其探測(cè)距離可達(dá)100～150 m,可作為長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)。

HSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)操作方便,可在TBM掘進(jìn)時(shí)采集信號(hào),不受場(chǎng)限制,采集數(shù)據(jù)所需要時(shí)間少,不影響TBM的快速施工,已在國(guó)內(nèi)多條TBM施工隧洞得到成功應(yīng)用。

2.2.4地質(zhì)雷達(dá)法

目前生產(chǎn)地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的廠家較多,其所采用的原理基本相同。地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖波探測(cè)目標(biāo)體,通過發(fā)射天線向地下目標(biāo)體發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波,經(jīng)過地層或目標(biāo)體反射后為接收天線所接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí),其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電磁性質(zhì)及幾何形態(tài)變化而變化。因此,根據(jù)接收到波的傳播時(shí)間、幅度與波形等資料,可探測(cè)地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造埋藏深度等[22-23]。

地質(zhì)雷達(dá)可有效探測(cè)隧洞掌子面前方10～30 m以內(nèi)的不良地質(zhì)體,可作為短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù),具有適用范圍廣、準(zhǔn)確程度高、數(shù)據(jù)采集耗時(shí)少、不影響施工、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),適合于TBM隧洞施工。

3　地質(zhì)災(zāi)害防治措施

3.1　斷層破碎帶塌方

3.1.1超前支護(hù)

采用TBM超前鉆機(jī)向掌子面前方鉆設(shè)超前錨桿,對(duì)掌子面前方圍巖提前進(jìn)行支護(hù),并對(duì)前方圍巖進(jìn)行注漿固結(jié)。如果地下水不活躍,可注入水泥漿液；如果地下水流量較大,可采用化學(xué)灌漿,以形成在錨固圈保護(hù)下的掘進(jìn)作業(yè)。為防止掌子面圍巖塌方,在掘進(jìn)前應(yīng)對(duì)掌子面噴射混凝土。

3.1.2人工處理

如果斷層破碎帶塌方量較大,堵塞刀盤或卡死護(hù)盾,可采用人工開挖旁洞至刀盤前方清除塌方體。當(dāng)斷層破碎帶較寬時(shí),可采用鉆爆法開挖,穿過斷層帶后TBM步進(jìn)通過。

3.2　軟巖大變形

3.2.1適當(dāng)超挖及快速通過

如遇到短時(shí)間內(nèi)快速收斂變形的圍巖,可調(diào)整TBM刀盤邊刀并安裝擴(kuò)挖刀,適當(dāng)超挖增加護(hù)盾與開挖面之間的空隙以避免護(hù)盾被卡住。軟弱圍巖的變形與時(shí)間有直接的關(guān)系,因此當(dāng)掘進(jìn)到快速收斂洞段時(shí),應(yīng)增加掘進(jìn)時(shí)間,減小機(jī)械維護(hù)時(shí)間,使TBM在圍巖發(fā)生足夠大的變形之前盡快通過。

3.2.2人工處理

一旦發(fā)生護(hù)盾被卡事故,可采用人工辦法鑿除護(hù)盾周邊的坍塌體和收縮圍巖,以減少對(duì)護(hù)盾的擠壓,并對(duì)前方巖體采用強(qiáng)化固結(jié)灌漿的辦法，以保持和提高圍巖的完整性、穩(wěn)定性。

3.3　巖爆

3.3.1提前釋放巖體中的應(yīng)力

可利用超前鉆在掌子面上打超前鉆孔,對(duì)掌子面的高地應(yīng)力提前釋放,必要時(shí)可打垂直洞壁巖面的徑向應(yīng)力釋放孔。如果預(yù)測(cè)的地應(yīng)力較高,可在超前鉆孔裝設(shè)炸藥震裂完整巖體,也可向超前鉆孔內(nèi)注入高壓水使圍巖內(nèi)部形成破裂帶,從而降低掌子面和洞壁的高應(yīng)力,以降低應(yīng)力集中導(dǎo)致巖爆的可能性。

3.3.2巖爆處理措施

巖爆發(fā)生時(shí),針對(duì)不同的巖爆類型,采取相應(yīng)的處理措施。發(fā)生輕微巖爆時(shí),采用噴射混凝土和局部掛網(wǎng)相結(jié)合的支護(hù)方式。發(fā)生中等巖爆時(shí),系統(tǒng)安裝鋼拱架、噴射系統(tǒng)錨桿及設(shè)置系統(tǒng)錨桿。發(fā)生強(qiáng)巖爆時(shí),系統(tǒng)安裝鋼拱架、采用工字鋼、鋼筋等縱向連接加固,與噴錨網(wǎng)形成聯(lián)合支護(hù)體系。強(qiáng)巖爆對(duì)施工人員及施工設(shè)備的威脅極大,必要時(shí)進(jìn)行避讓,待巖爆強(qiáng)度基本平靜下來再進(jìn)行處理。

3.4　涌水

3.4.1逆向掘進(jìn)

TBM盡量采取逆向掘進(jìn)的方式,即由下游向上游方向逆坡掘進(jìn),充分利用隧洞順坡向排水的功能,降低大量涌水時(shí)TBM被淹的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4.2超前排水

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果,一旦發(fā)現(xiàn)掌子面前方的含水帶,可采用超前鉆打排水孔排水,同時(shí)增加洞內(nèi)排水泵的數(shù)量,及時(shí)的將地下水排出洞外。

3.4.3注漿堵水

對(duì)于大量的涌水,如果在隧洞內(nèi)打排水孔并不能明顯減小涌水量,可采用高壓灌注水泥漿或化學(xué)注漿方式堵塞住圍巖中地下水活動(dòng)通道,達(dá)到止水的目的,以保證隧洞圍巖的穩(wěn)定性和施工順利進(jìn)行。

3.5　其它地質(zhì)災(zāi)害

對(duì)于高地溫問題,施工過程中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè),并可在TBM上配備噴淋設(shè)施向掌子面和洞壁圍巖噴水降溫,同時(shí)加強(qiáng)通風(fēng)以降低隧洞的溫度。針對(duì)有害氣體問題,可在侵入巖及斷層破碎帶等有害氣體易出露部位進(jìn)行超前探測(cè),將有害氣體排出洞外并監(jiān)測(cè)有害氣體含量,加強(qiáng)通風(fēng),同時(shí)采取嚴(yán)格的防火措施,確保洞內(nèi)人員的施工安全。

4　結(jié)語

對(duì)于TBM施工隧洞中常出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害及其危害程度,以下幾個(gè)方面應(yīng)引起足夠的重視:

(1)TBM施工隧洞可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害類型與鉆爆法隧洞基本相同,但TBM設(shè)備由數(shù)十個(gè)子系統(tǒng)集成,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都會(huì)影響TBM的正常運(yùn)行,其對(duì)不良地質(zhì)條件的適應(yīng)性差,地質(zhì)災(zāi)害對(duì)其危害程度遠(yuǎn)大于鉆爆法施工。

(2)詳細(xì)、準(zhǔn)確的地質(zhì)資料是TBM快速、安全施工的重要保證。當(dāng)沒有預(yù)警的情況下遭遇不良地質(zhì)條件時(shí),發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性大。在前期的地質(zhì)勘察中,應(yīng)查明施工可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害類型其分布范圍、發(fā)生的可能性和對(duì)TBM施工的影響程度,為TBM施工的可行性研究、TBM設(shè)備選型及施工預(yù)案提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。在施工期間,充分利用各種地質(zhì)資料和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果,建立工程地質(zhì)模型,及時(shí)對(duì)遇到的問題作出評(píng)估。

(3)當(dāng)隧洞穿越的地層具有以下特征時(shí),應(yīng)避免采用或慎用TBM施工:類砂性土構(gòu)成的軟弱圍巖和具中等強(qiáng)度以上的膨脹巖隧洞;斷層發(fā)育多且寬,溶洞發(fā)育多的隧洞;匯水構(gòu)造和涌漏水嚴(yán)重隧洞;巖石單軸抗壓強(qiáng)度超過300 MPa的隧洞;巖石中耐磨性礦物如石英等含量高的隧洞。

(4)應(yīng)根據(jù)TBM隧洞施工的技術(shù)特點(diǎn),針對(duì)不同類型的地質(zhì)災(zāi)害采取相應(yīng)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法和防治措施,注重新技術(shù)和新方法的應(yīng)用。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)隧洞施工信息和經(jīng)驗(yàn)交流,減少類似條件下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻度。

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