高乃東，陳中竹

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130021）

開敞式TBM施工淺埋涌水段隧洞的處置措施

高乃東，陳中竹

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130021）

隧洞內涌水是比較常見的地質災害，隧洞淺埋并伴隨涌水，會增加隧洞塌方的風險。在TBM法施工的隧洞，一旦機頭位置發(fā)生塌方，不僅對設備性能影響較大，并且塌方后恢復生產處理難度更大。通過總結吉林省中部城市引松供水工程小河段的涌水處理措施，為TBM隧洞淺埋涌水段施工積累了經驗。

開敞式TBM；引松供水工程；淺埋隧洞；涌水處理

1 概 況

吉林省中部城市引松供水工程總干線四標段位于岔路河左岸至飲馬河右岸之間，線路樁號48+900～71+900 m，總長23.00 km。工程主要內容包括長23.00 km引水隧洞、3號通風豎井兼調壓井、飲馬河調壓井、TBM3進口段、7號、8號施工支洞和小河沿施工豎井及其他臨時工程。

小河沿施工通道主要控制TBM3掘進段小河沿溝淺埋段，施工期間，針對可能滯后的鉆爆處理段，參建單位進一步詳勘巖面線變化，并且根據在堿草甸子淺埋溝谷段的TBM掘進經驗，將可能滯后的鉆爆處理段改由TBM掘進通過。原設計小河沿施工豎井處理總干線樁號66+390～66+874 m調整為總干線樁號66+350～66+640 m。

2 小河沿豎井淺埋洞段涌水

2.1 小河沿淺埋段地質條件

小河沿地貌多為丘陵及溝谷，山勢較陡，山脊巖石裸露，植被不發(fā)育，溝谷季節(jié)性流水。巖性主要為石炭系中下統(tǒng)磨盤山組灰?guī)r，泥盆系中下統(tǒng)堿草甸子-常家街組灰?guī)r。小里程存在有斷層F34-1與洞線相交，影響寬100～200 m?；?guī)r巖溶較發(fā)育，垂直分帶性不明顯，溶洞溶隙多沿溝谷發(fā)育，洞徑大小不一，多填充。地下水較發(fā)育，隧洞埋深淺，與地表水有水力聯系，富水性較強。

2.2 小河沿淺埋段涌水情況

2016年2月29日凌晨自小河沿小里程掌子面始發(fā)掘進，于2016年2月29日下午14點掘進至2 m時，頂護盾上方有溶蝕溶腔塌空，并在頂護盾右側位置有一股直徑約30 cm的水柱涌出。

2016年2月29日下午18點掘進至6 m時，原頂護盾上方水柱隨即漸漸消失，并為溶隙裂隙線狀滴水，而左側護盾下部及刀盤下部兩端排水孔漸漸涌水增大，并延伸至全孔涌水，值班人員隨即進入刀倉觀察，發(fā)現主要涌水部位為掌子面及兩側下部，水質清澈，并有增大趨勢。

2016年2月29日晚22點，掌子面涌水急劇增加，刀盤水位上升至從主大梁刀倉孔涌出。

2016年3月1日經對洞內涌水和洞外排水的監(jiān)測和計算，小河沿淺埋段施工涌水量800～1 000 m3/h。

2.3 搶險措施

由于中部城市引松供水工程總干線四標段TBM施工為逆坡掘進，目前里程距隧洞出口有5.5 km，涌水可抽排點有小河沿豎井、堿草甸子豎井及隧洞出口3處，由于現場應急處置及時，風險控制到了最小。

圖1 小河沿淺埋TBM掘進段涌水搶險的排水系統(tǒng)布置（單位：m）

小河沿淺埋TBM掘進段涌水搶險的排水系統(tǒng)措施按照三大排水口集中排水：小河沿排水系統(tǒng)的排水能力可達到（3×80+1×220+1×220）=680 m3/h；堿草甸子排水系統(tǒng)的排水能力可達到（2× 80）=160 m3/h；出口排水系統(tǒng)的排水能力可達到（1×150+1×280）=430 m3/h?？偱潘芰蛇_到1 270 m3/h。小河沿淺埋TBM掘進段涌水搶險的排水系統(tǒng)布置，見圖1。

3 TBM施工淺埋涌水段隧洞處理方案

由于涌水處為TBM刀盤前方，大量的涌水導致人員無法進入刀倉內、刀盤出渣困難，無法實現掘進。所以需要采取有效措施，進一步探明刀盤前方地質情況及涌水量，處理措施需根據探明的地質條件再行確定。

3.1 地質條件詳勘并分析

小河沿淺埋TBM掘進段涌水采用了多種方式對前方地質情況進行判斷。

總干線四標段掘進過程中，為保證灰?guī)r地層TBM設備安全掘進，采用了“973”計劃“TBM安全高效掘進全過程信息化智能控制與支撐軟件基礎研究”項目，搭載TBM設備“三維激發(fā)極化法”進行跟蹤短期超前地質預報。

同時隧道中長期超前地質預報系統(tǒng)采用地震波反射“TRT6000”對前方圍巖類別、巖溶及富含水情況進行探測。

通過三維激發(fā)極化法和TRT法預報、探測前方地質，掌子面前方20 m內存在低阻異常?？紤]探測范圍所限及開挖擾動影響，兩種方法建議加強掌子面與護盾出露情況觀察，避免塌方掉塊等災害事故。

小河沿洞段涌水以來，由于護盾范圍內洞壁圍巖情況無法觀察到，擔心圍巖條件不好，掘進機后退發(fā)生塌方卡機，TBM刀盤一直緊貼掌子面。

經過4 d的抽排洞內涌水，同時對洞內涌水及洞外排水進行流量監(jiān)測。洞內涌水有減小趨勢，但是流量仍在600 m3/h左右，TBM掘進機向前掘進無法出渣。

3.2 TBM施工通過方式

針對此次涌水，抽排洞內涌水的同時，現場對小河沿淺埋溝的區(qū)域地質和掌子面的工程地質進行分析。工程地質表明，掌子面前方巖石條件不會變壞，護盾支撐的巖石條件較好，可以嘗試掘進機向后慢慢退后，把掌子面涌水點暴露出來，然后再根據出水點位置及數量，進行封堵或引排。

小河沿淺埋段在出水量減小速度緩慢的情況下，現場對掘進機進行倒退。首先退后20 cm，對洞壁圍巖進行觀察。發(fā)現穩(wěn)定情況良好的情況下，繼續(xù)倒退20 cm，繼續(xù)觀察。經過多次短距離倒退，2016年3月8日，掘進機刀盤倒退至距掌子面4 m，觀察到出水點在掘進方向右上角的側壁上。

TBM掘進機倒退，掌子面有工作空間后，施工人員通過進人口進入，采用超前鉆孔取芯的方法，探明掌子面前方圍巖情況。超前鉆孔取芯判斷巖石情況的同時，也可以對前方是否有高壓涌水進行摸底。

TBM掘進機倒退的同時，在掌子面未掘進前方的地面上，距開挖洞壁2 m打排水井，嘗試對涌水點的出水進行分流。

掌子面出水點采用引排的方式，將水引導至護盾后，待掘進機掘進通過后，進行封堵。

4 結 論

隧洞內涌水是比較常見的地質災害，隧洞淺埋并伴隨涌水，會增加隧洞塌方的風險。在TBM法施工的隧洞，一旦機頭位置發(fā)生塌方，不僅對設備性能影響較大，并且塌方后恢復生產處理難度更大。

通過此段的涌水處理，為TBM隧洞淺埋涌水段施工積累了經驗。首先，要及時搶險，將損失控制到最小；其次，要認真分析隧洞的區(qū)域地質及當前施工段的工程地質、水文地質，為下一步施工方案提供依據；然后，制定處理涌水的施工方案，對各種可行的施工方案判斷風險程度；最后，選定相對可靠的方案，對施工進度影響最小，施工安全最能得到保障，施工處理措施的投入較少。

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