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        達(dá)坂隧洞TBM脫困處理措施

        2014-03-26 11:51:05馬騁
        東北水利水電 2014年11期
        關(guān)鍵詞:護盾達(dá)坂導(dǎo)洞

        馬騁

        (新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局,新疆 烏魯木齊 830000)

        1 工程概況

        新疆達(dá)坂隧洞為無壓引水隧洞,主洞全長30708 m,洞線近東西向布置,隧洞開挖采用TBM法進行施工,六邊形預(yù)制混凝土管片襯砌,襯砌后內(nèi)徑為6.0 m,管片寬1.6 m,厚度28 cm,主洞埋深10~150 m,圍巖巖性以含土砂礫石、膨脹性泥巖、凝灰?guī)r、砂巖為主。目前新疆達(dá)坂隧洞已全部貫通,TBM實際平均月進尺480 m/月,最高月進尺達(dá)1003 m,最高日進尺達(dá)58.3 m,扣除TBM卡機脫困及設(shè)備檢修期間影響,TBM實際平均月進尺630 m/月,達(dá)到國內(nèi)類似工程領(lǐng)先水平。

        2 達(dá)坂TBM被困原因分析

        TBM掘進過程中遇到了強膨脹泥巖、斷層、富水等嚴(yán)重不良地質(zhì),造成頻繁卡機。達(dá)坂隧洞工程不良地質(zhì)段主要集中在達(dá)坂TBM施工段的7處,累計長度為2254 m,用時448 d,日平均掘進5 m,大大小于TBM的正常掘進速度。

        達(dá)坂隧洞施工過程中,從TBM被困情況看主要是嚴(yán)重的不良工程地質(zhì)條件造成,主要出現(xiàn)在侏羅系中統(tǒng)西山窯組J2x4地層、發(fā)育的斷層帶和地下水豐富的沖溝處。

        1)泥巖夾砂巖、砂巖夾泥巖、砂巖與泥巖接觸和砂巖與泥巖互層分布洞段,往往在砂巖中有水,當(dāng)達(dá)坂TBM穿過時泥巖遇水軟化、泥化,粘堵刀盤、刀盤,出現(xiàn)泥裹刀現(xiàn)象,嚴(yán)重時達(dá)坂TBM無法向前掘進。

        2)涌水、突水造成尾盾大量積水和淤積泥砂、巖碴等,增加TBM的清碴難度和后配套臺車行進阻力,致使達(dá)坂TBM掘進中后配套臺車被迫拉斷,造成達(dá)坂TBM停機,同時嚴(yán)重影響達(dá)坂TBM安裝混凝土管片的質(zhì)量和速度。

        3)達(dá)坂隧洞在穿越?jīng)_溝時,埋深都比較淺,約為30~80 m,地表水極易滲入洞內(nèi),因此隧洞沿線滲出水量比較大,部分洞段積水深達(dá)40多cm。

        ①導(dǎo)致牽引機車行進時涌起水深達(dá)1.0 m高,嚴(yán)重影響運輸速度,并造成牽引機車前、后橋和變矩器頻繁損壞。

        ②運輸車皮一直在水中運行,輪軸承損壞嚴(yán)重。

        ③運輸列車常常損壞在運輸途中,不是車皮脫軌,就是牽引機車不動。

        4)達(dá)坂TBM在軟弱膨脹泥巖的掘進過成中,由于縮徑變形比較大,變形應(yīng)力也比較大,將達(dá)坂TBM抱死,被迫停機。

        5)達(dá)坂TBM在隱蔽裂隙和劈理裂隙發(fā)育的泥質(zhì)巖洞段掘進。

        TBM掘進開始掌子面是直立的,隨著達(dá)坂TBM的掘進,在刀盤前面形成一定的空腔??涨辉赥BM的掘進過成中逐漸增大,巖石臨空面也在不斷擴大,起初掉落巖石塊塊徑小、數(shù)量少、速度也慢,隨著不斷的掘進,巖石塊掉落量越來越大,速度越來越快,并且石塊塊徑也越來越大,最大可達(dá)30~40 cm。當(dāng)達(dá)坂TBM機頭塌空上方達(dá)到2.0~3.5 m,前方達(dá)到3.5~4.5m時,突然的塌方將達(dá)坂TBM機頭壓死,無法掘進。

        6)斷層帶內(nèi)為角礫巖、糜棱巖、壓碎巖等散狀體,斷層帶處于飽和狀態(tài),斷層泥包裹砂巖、礫巖及泥巖角礫呈軟塑狀,流動性強。當(dāng)達(dá)坂TBM穿越斷層洞段掘進時,如同山體泥石流滑坡,斷層泥包裹砂巖、礫巖及泥巖角礫快速流入達(dá)坂TBM機頭內(nèi),致使達(dá)坂TBM皮帶壓死,并從皮帶上溢出,流淌到護盾中,迫使停機。

        7)塞克山達(dá)坂低山丘陵區(qū)中,部分沖溝為深切溝谷。溝谷范圍的巖體為強風(fēng)化,地下水豐富,圍巖十分破碎,呈松散體結(jié)構(gòu),當(dāng)達(dá)坂TBM穿越溝谷掘進時,發(fā)生塌方,出現(xiàn)大量涌水、流沙和涌泥現(xiàn)象。伸縮護盾底部、尾護盾混凝土管片安裝區(qū)、聯(lián)接橋至前部臺車底部等多處被流沙、淤泥淹沒,導(dǎo)致達(dá)坂TBM無法掘進。

        3 TBM脫困處理措施

        TBM被困處理主要采取人工開挖導(dǎo)洞,水泥、化學(xué)灌漿,洞內(nèi)應(yīng)急堵水和地面排水,砂漿或細(xì)石混凝土充填,臨時鋼支撐等多項措施。根據(jù)TBM被困情況不同,一般都是采用兩種或兩種以上措施結(jié)合起來處理。

        3.1 導(dǎo) 洞

        達(dá)坂TBM掘進通過膨脹泥質(zhì)巖,縮徑變形嚴(yán)重的地段被困時,采用人工開挖導(dǎo)洞措施進行處理。

        1)導(dǎo)洞布置。根據(jù)圍巖塌方及變形情況確定達(dá)坂TBM脫困導(dǎo)洞的布置,一般包括以下幾種情況:

        ①從刀盤人孔進入,自刀盤正面頂部向后開挖;②在護盾頂部,從伸縮護盾處進入向前護盾或尾盾方向開挖;③從伸縮護盾處進入,在護盾兩腰線部位向前護盾或尾盾方向開挖;④從伸縮護盾處進入,在護盾兩側(cè)靠近底部或上部向前護盾方向開挖。根據(jù)現(xiàn)場具體情況決定采用不同的導(dǎo)洞布置方式,導(dǎo)洞一般沿洞軸線水平開挖。

        2)導(dǎo)洞施工。導(dǎo)洞開挖從刀盤、伸縮護盾等部位開始,人工鑿除達(dá)坂TBM周邊的圍巖,以減小圍巖變形對護盾的擠壓,從而減少護盾與圍巖間的摩阻力,使達(dá)坂TBM脫困。

        導(dǎo)洞開挖是人工用風(fēng)鎬開挖,并出碴到達(dá)坂TBM皮帶機上,通過皮帶機轉(zhuǎn)至碴斗車上。開挖過程中,根據(jù)導(dǎo)洞圍巖穩(wěn)定的實際情況,采用短方木進行臨時支護或不支護,若達(dá)坂TBM機頭處圍巖過于破碎可進行灌漿預(yù)加固。導(dǎo)洞開挖向前伸展時每隔一定時間試?yán)侗P,可以移動則停止開挖。

        3.2 灌 漿

        1)水泥漿灌漿。達(dá)坂TBM穿越?jīng)_溝處,對圍巖松散體或強風(fēng)化進行預(yù)固結(jié)處理。若被困處埋深小于50 m時,在達(dá)坂TBM刀盤前方自地面垂直造孔,超前灌注水泥漿;若埋深大于50 m時,在洞內(nèi)達(dá)坂TBM機頭處造孔,灌注水泥漿,確保達(dá)坂TBM掘進順利通過。

        2)化學(xué)灌漿。當(dāng)達(dá)坂TBM穿越泥巖洞段被困時,對掌子面及刀盤頂部松散體進行化學(xué)灌漿固結(jié)處理,實現(xiàn)刀的正常掘進。

        3.3 應(yīng)急堵水與排水

        1)洞內(nèi)應(yīng)急堵水。洞內(nèi)應(yīng)急堵水主要采用化學(xué)灌漿堵水。化學(xué)灌漿的特點是發(fā)泡極快,擴散很小,自填充。適用于有水情況和需要快速凝固的場合,其他方法難以代替?;瘜W(xué)灌漿堵水快捷有效,為后期的施工作業(yè)提供一個良好的作業(yè)環(huán)境,減小出水量,減輕洞內(nèi)的排水壓力和保障火車的正常運行,確保富水洞段正常掘進。

        2)地面導(dǎo)排。達(dá)坂TBM掘進穿越塞克山達(dá)坂地面有水沖溝時,在達(dá)坂隧洞以南300~500 m處,截堵地表水,開挖引水渠或利用灌溉渠道將水引至達(dá)坂隧洞以北100~200 m外,盡可能減少地下水的補給,減少了滲水量,大大提高了達(dá)坂TBM的掘進效率。

        3)豎井排水。當(dāng)達(dá)坂隧洞埋深小于80 m,達(dá)坂TBM掘進通過地下水豐富地段時,采用地面豎井排水,減少滲水量。

        3.4 其它措施

        1)砂漿或細(xì)石混凝土充填。達(dá)坂TBM掘進出現(xiàn)比較大的塌空區(qū),并且埋深小于60 m時,在地面采用GK-200油壓回轉(zhuǎn)式鉆機造孔至塌空區(qū),孔徑為150 mm。自地面向塌空區(qū)充填砂漿或細(xì)石混凝土。

        2)臨時鋼支撐。臨時鋼支撐布置在達(dá)坂TBM被困的可能出現(xiàn)襯砌混凝土管片失穩(wěn)洞段,防止塌洞情況出現(xiàn)。臨時鋼支撐為圓弧形,設(shè)在側(cè)拱混凝土管片下安裝孔以上,緊貼頂和側(cè)混凝土管片。在側(cè)混凝土管片下安裝孔位置設(shè)置一縱向托梁,用于臨時鋼支撐生根。臨時鋼支撐每榀間距為50~80 cm不等,另外還設(shè)有3~4道縱向聯(lián)系梁。

        4 結(jié)語

        文中結(jié)合新疆達(dá)坂隧洞TBM脫困處理工程施工實例進行研究分析,通過對TBM被困的情況、原因做出詳細(xì)的分析,其脫困處理主要采取人工開挖導(dǎo)洞,水泥、化學(xué)灌漿,洞內(nèi)應(yīng)急堵水和地面排水,砂漿或細(xì)石混凝土充填,臨時鋼支撐等多項措施。根據(jù)TBM被困實際情況不同,一般都是采用兩種或兩種以上措施結(jié)合起來處理。以快速實現(xiàn)對TBM進行脫困,成功解決了TBM脫困施工難題,對雙護盾掘進機應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件積累了一定經(jīng)驗。

        [1]文钅容,李世新,范以田,馬騁,等.達(dá)坂巖石隧洞全斷面掘進機(TBM)[J].施工技術(shù),2013.

        [2]馬騁.TBM施工中管片接縫與錯臺控制措施初探[J].地下空間與工程學(xué)報,2009(5).

        [3]馬騁.豆礫石回填灌漿質(zhì)量控制初探[J].山西建筑,2010(7).

        [4]馬騁.化學(xué)灌漿在新疆達(dá)坂隧洞管片裂縫處理中的應(yīng)用.山西建筑,2013(10).

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