關(guān)紅俊

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原030024）

TBM穿越砂卵石復(fù)合地質(zhì)段處理方案探討

關(guān)紅俊

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原030024）

東山供水工程9號隧洞TBM掘進(jìn)段在掘進(jìn)至距洞口2 km時，刀盤頂部右側(cè)出現(xiàn)砂卵石層，該TBM在遭遇砂礫石時卡機(jī)。通過洞內(nèi)化學(xué)注漿方案、洞外化學(xué)注漿方案、洞外旋噴樁注漿與洞內(nèi)化學(xué)注漿結(jié)合方案進(jìn)行比選，推薦使用洞外旋噴樁注漿與洞內(nèi)化學(xué)注漿結(jié)合方案，解決TBM卡機(jī)問題。

TBM卡機(jī)；涌水；砂卵石地基；化學(xué)注漿

1 基本情況

東山供水工程9號隧洞TBM段長14 634.12m，斷面內(nèi)徑3.4m，襯砌采用C45預(yù)制混凝土管片拼裝式結(jié)構(gòu)，厚250mm，隧洞最大設(shè)計流量6.0m3/s，最大水深1.77m，設(shè)計縱坡1/2 700。

9號隧洞TBM掘進(jìn)段在掘進(jìn)至距洞口2 km（東魚溝）時，刀盤頂部右側(cè)出現(xiàn)砂卵石層，掌子面顯示厚度從0.8m增大至1.5m，隧洞右側(cè)弧長從1.5m增大至3.8m，并出現(xiàn)大量涌水，涌水量由144m3/h增至250m3/h，刀盤內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量泥沙，底部4根主推油缸被泥沙全部覆蓋。為確保工程安全，TBM立即停止掘進(jìn)。

2 處理意見

針對TBM卡機(jī)現(xiàn)象，隨即組織相關(guān)專家進(jìn)行現(xiàn)場查看、聽取施工單位匯報及研究討論，形成了以下處理意見：一是在未探明前方地質(zhì)條件變化情況下，TBM不應(yīng)向前繼續(xù)掘進(jìn)。二是應(yīng)盡快對9號線過東魚溝段進(jìn)行補(bǔ)充勘察，查明東魚溝段基巖面起伏、地下水等地質(zhì)條件，為穿東魚溝段施工方案提供可靠的基礎(chǔ)資料；可考慮物探與鉆探工作同時進(jìn)行。三是在補(bǔ)充勘察的同時，為確保TBM設(shè)備安全，應(yīng)對機(jī)頭部位圍巖進(jìn)行加固，圍巖加固可采用高壓旋噴等處理措施，并做好洞內(nèi)外現(xiàn)場監(jiān)測及涌水流量觀測工作。過溝地質(zhì)條件基本查清后，應(yīng)盡快研究確定穿越東魚溝洞段的整體處理方案。

3 補(bǔ)充地質(zhì)工作

為準(zhǔn)確掌握9號隧洞穿東魚溝段地質(zhì)資料，在掌子面前方增加了兩個地質(zhì)鉆孔。

1號孔距機(jī)頭6.60m，砂卵石層厚34.8m，地面高程1 047.10 m，基巖面高程1 012.30 m，洞頂高程1 012.63m，洞頂以下有厚0.33m的砂卵石層，其下為泥巖，水位埋深22.1m，水位高程1 025.00m。

2號孔距機(jī)頭17.05m，砂卵石層厚33.2m，地面高程1 047.30m，基巖面高程1 014.10m，洞頂高程1 012.64m，洞頂以上有厚1.46m的泥巖，其上為砂卵石層，水位埋深16.1m，水位高程1 031.20m。

4 處理方案

4.1 洞內(nèi)化學(xué)注漿方案

增加洞內(nèi)排水設(shè)施，減小洞內(nèi)積水深度，人員及設(shè)備可進(jìn)洞操作，砂卵石復(fù)合地層可進(jìn)行造孔灌漿的前提下，采用洞內(nèi)化學(xué)注漿方案。處理TBM機(jī)頭已掘進(jìn)和掌子面至前方17m左右的砂卵石復(fù)合地層地質(zhì)段，樁號YD 27+473.80—YD 27+453.05。

在TBM刀盤上部位置采用手風(fēng)鉆在隧洞頂部弧形區(qū)內(nèi)均勻造3個孔，用直徑15mm的鋼管（端部焊接錐形端頭）人工入孔，鋼管上每隔5 cm均勻分布小孔（用于漿料的出漿），每根鋼管長度約1～1.5m（根據(jù)洞內(nèi)條件確定），鋼管間套絲扣相互連接。

在TBM刀盤后前護(hù)盾位置（距離刀盤約4m左右），在護(hù)盾頂部鋼板切口再造孔注漿，造孔往洞頂方向仰角45°左右，深度約3～4m。

注漿材料固結(jié)后，TBM需短進(jìn)尺掘進(jìn)，然后在TBM刀盤上部位置造孔注漿，循環(huán)推進(jìn)。

該方案曾在引紅濟(jì)石調(diào)水工程TBM施工卡機(jī)事故中成功應(yīng)用，化學(xué)灌漿材料進(jìn)行超前固結(jié)灌漿，有效加固了刀盤上方、正前方松散坍體，成功實現(xiàn)了TBM刀盤脫困。

4.2 洞外化學(xué)注漿方案

處理范圍為機(jī)頭已進(jìn)入砂卵石復(fù)合地層至掌子面前方約17m范圍內(nèi)。在隧洞正上方每排布置3個孔，排間距2m，孔內(nèi)底部布注漿管。鉆孔（深度約30m左右）至TBM機(jī)頭深度位置，然后在孔內(nèi)安裝注漿管、封孔器等注漿管道實施注漿。

由于該方案洞內(nèi)洞外全部采用化學(xué)灌漿，工程結(jié)束后將出現(xiàn)地面塌洞，化學(xué)灌漿對固結(jié)影響范圍較小，經(jīng)研究不推薦該方案。

4.3 洞外旋噴樁注漿與洞內(nèi)化學(xué)注漿結(jié)合方案

化學(xué)注漿處理范圍為機(jī)頭已進(jìn)入的部分砂卵石復(fù)合地層及掌子面前方10m，樁號YD27+473.80—YD 27+462.35，方案同前。

旋噴樁注漿處理范圍為樁號YD27+462.35—YD27+453.05。采用三重管法進(jìn)行旋噴樁注漿。樁間距0.9m，成樁直徑1.0m，咬合搭接寬度0.1m。鉆孔寬度8m，鉆孔深度從地面至隧洞頂部巖層以下0.5m，注漿深度為隧洞頂部3.5～5.0m范圍。

工程采用洞外旋噴樁注漿與洞內(nèi)化學(xué)注漿結(jié)合方案，可加快施工進(jìn)度。

4.4 方案比選

經(jīng)國內(nèi)專家討論研究，結(jié)合工程實際情況，推薦使用洞外旋噴樁注漿與洞內(nèi)化學(xué)注漿結(jié)合方案。施工單位首先用鉆機(jī)對地面進(jìn)行灌漿處理，隨著處理孔數(shù)的增加及灌漿面積的擴(kuò)大，地面沉陷的坍塌范圍得到控制，洞內(nèi)流水流量變小，流水中有水泥漿液流出，說明地面灌漿起到了預(yù)期效果。由于地面灌漿僅控制到機(jī)頭以上2m范圍內(nèi)，為進(jìn)一步控制洞內(nèi)滲水，隨即進(jìn)行洞內(nèi)化學(xué)灌漿，以加強(qiáng)機(jī)頭上方圍巖的壓力，防止機(jī)頭上方圍巖繼續(xù)坍塌?？紤]到在機(jī)頭鑿孔會對機(jī)頭及護(hù)盾造成破壞，對原定的造孔方案進(jìn)行修正，僅在機(jī)頭的刀頭口進(jìn)行拆卸處理，化學(xué)灌漿管通過刀頭孔伸進(jìn)坍塌區(qū)域。隨著化學(xué)灌漿的處理，洞內(nèi)明顯水流減少，說明水流通道基本被阻隔，地面停止灌漿。經(jīng)過以上化學(xué)灌漿后，TBM刀盤前圍巖及周邊圍巖凝結(jié)成一塊整體，強(qiáng)度明顯增加。然后采用人工慢慢清理刀盤四周漿液，點動刀盤開始旋轉(zhuǎn)，TBM刀盤脫困，掘進(jìn)恢復(fù)正常。隨后TBM開始慢速掘進(jìn)，順利通過塌方區(qū)域。

5 結(jié)語

洞外旋噴樁注漿與洞內(nèi)化學(xué)注漿結(jié)合方案成功解決了TBM卡機(jī)問題，實現(xiàn)了TBM順利掘進(jìn)，保證了工程工期，為工程預(yù)期通水提供了便利。

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關(guān)紅俊（1972-），女，1996年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利工程建筑專業(yè)，工程師。

2016-06-20；

2016-07-25