楊繼華　齊三紅　楊風(fēng)威　苗棟

摘要：為保證CCS水電站輸水隧洞雙護(hù)盾TBM施工正常進(jìn)行，開展了圍巖分類與穩(wěn)定性評價(jià)及隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，研究了施工方法，提出了施工技術(shù)建議。在雙護(hù)盾TBM施工過程中，可見的圍巖范圍較小，無法進(jìn)行地質(zhì)素描，根據(jù)雙護(hù)盾TBM施工的技術(shù)特點(diǎn)，選擇了隧洞掌子面及洞壁小范圍的圍巖觀察、TBM掘進(jìn)參數(shù)分析、局部巖石回彈值測試、巖渣性狀分析、地下水特征分析等多種方法獲取圍巖地質(zhì)信息，從而對圍巖進(jìn)行分類和穩(wěn)定性評價(jià)。選擇了隧洞宏觀地質(zhì)條件分析、施工過程地質(zhì)條件分析、以地震法和電法為主的物探方法、掌子面超前水平鉆探等綜合方法對掌子面前方圍巖進(jìn)行探測和預(yù)報(bào)，根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果有針對性地采取處理措施。針對TBM施工過程中出現(xiàn)的涌水、砂巖砂化、斷層破碎帶等不良地質(zhì)條件，建議施工單位采取了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、堵水、超前灌漿加固圍巖等施工方法和技術(shù)，TBM順利通過了不良地質(zhì)段。

關(guān)鍵詞：輸水隧洞：雙護(hù)盾TBM;施工地質(zhì);CCS水電站

中圖分類號(hào)：TV554+.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2019.06.021

1 工程概況

南美洲厄瓜多爾CCS水電站為引水式電站，其主要建筑物包括首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫、引水豎井、地下廠房等，電站總裝機(jī)容量1500 MW，是厄瓜多爾最大的水電站。其中輸水隧洞全長約24.8 km，為CCS水電站的控制性工程，采用以2臺(tái)雙護(hù)盾TBM施]二為主、鉆爆法施工為輔的施工方法，其中TBM施工長度約23.8 km，鉆爆法施工長度約1.0 km。TBM施工段開挖洞徑9.11 m，采用預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌，管片厚度為0.30 m，管片外徑8.80 m，內(nèi)徑8.20 m，管片與洞壁之間的空隙采用豆礫石充填并進(jìn)行水泥灌漿[1-4]。

2 工程地質(zhì)條件

隧洞進(jìn)口邊坡高程約1 250 m，天然岸坡坡度約430，此處河谷寬100 m左右。輸水隧洞穿越區(qū)內(nèi)，河流眾多，溝谷比降較大，岸坡陡峻。地勢總體西高東低，西部最高海拔2 000 m左右，東西部平均相對高差約600 m。東部隧洞出口處海拔約1 204 m，位于Q.Granadillas河谷中游，出口邊坡較平緩。

隧洞穿越的地層巖性如下：白堊系下統(tǒng)Hollin地層（Kh）巖性主要為頁巖、砂巖互層，往往浸漬瀝青;侏羅系一白堊系Misahualli地層（J—K）巖性主要為英安巖、安山巖、粗面巖、玄武巖、流紋巖、火山角礫巖和火山凝灰?guī)r等;花崗侵入巖（G）影響所有地層，巖性以花崗巖或花崗閃長巖為主。

輸水隧洞的地下水類型主要為Hollin地層及Mis-ahualli地層的含水巖層及構(gòu)造裂隙水。由于工程區(qū)降雨量大，年均降雨量在5 000 mm左右，且地面多為連續(xù)森林和具有高存儲(chǔ)水性的土壤覆蓋，地下水補(bǔ)給來源豐富，因此預(yù)測在斷層破碎或節(jié)理密集帶可能發(fā)生較大規(guī)模的涌水。

采用國際通用的RMR[5-6]圍巖工程地質(zhì)分類法對隧洞圍巖進(jìn)行了分類，由分類結(jié)果可知：Ⅱ類圍巖洞段長度為2 544.25 m，約占10.26%：Ⅲ類圍巖洞段長度為20 910. 91 m，約占84. 2g%：Ⅳ類圍巖洞段長度為1 305.42 m，約占5.26%;V類圍巖洞段長度為46.4 m，約占0.l9%。

隧洞施工過程中可能遇到的工程地質(zhì)問題主要有：斷層破碎帶、節(jié)理密集帶的圍巖穩(wěn)定性問題，白堊系地層軟巖變形及巖石崩解砂化問題，涌水問題等。3隧洞施工地質(zhì)工作

與鉆爆法相同，TBM隧洞施工過程中的地質(zhì)工作主要包括3個(gè)方面：圍巖分類和穩(wěn)定性評價(jià)，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，施工方法和施工技術(shù)建議。但TBM對地質(zhì)條件敏感，對不良地質(zhì)條件的適宜性較差，因此對施工地質(zhì)工作提出了更高的要求。

3.1 圍巖分類及穩(wěn)定性評價(jià)

在設(shè)計(jì)階段隧洞圍巖分類和穩(wěn)定性評價(jià)一般較為粗略，在隧洞施工過程中應(yīng)根據(jù)開挖揭露的地質(zhì)情況對圍巖進(jìn)行精確分類和穩(wěn)定性評價(jià)，以便根據(jù)分類和評價(jià)結(jié)果選擇合適的支護(hù)、襯砌型式和其他處理措施。

3.2 隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在隧洞工程特別是TBM施工的長大隧洞前期工程地質(zhì)勘察過程中，只能有選擇性地在一些點(diǎn)上布置鉆孔，兩個(gè)鉆孔之間的地層特性只能靠鉆孔編錄資料進(jìn)行推測。由于地層變化較為復(fù)雜，不可避免地存在一些“盲區(qū)”，導(dǎo)致無法完全查明所有工程地質(zhì)條件，因此有必要在施工過程中進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，TBM隧洞施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的在于準(zhǔn)確預(yù)報(bào)隧洞掌子面前方的地質(zhì)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)報(bào)掌子面前方不良地質(zhì)體的位置、分布范圍等，并為預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害提供信息，使工程單位提前做好施工準(zhǔn)備，保證施工安全。

3.3 施工方法及施工技術(shù)建議

隧洞地質(zhì)條件具有復(fù)雜性、多變性及難以預(yù)測性的特點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)施工預(yù)案中未考慮到的工程地質(zhì)問題時(shí)，常規(guī)的施工方法難以實(shí)施.這就需要根據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)合施工機(jī)械設(shè)備、隧洞特征等因素，對隧洞施工方法和施工技術(shù)提出合適的處理措施。

4 圍巖分類及穩(wěn)定性評價(jià)

4.1 圍巖分類及穩(wěn)定性評價(jià)難點(diǎn)

在傳統(tǒng)的隧洞圍巖分類和穩(wěn)定性評價(jià)中，一般依據(jù)RMR法、Q系統(tǒng)、水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范分類法等，采用地質(zhì)素描的方法獲取圍巖地質(zhì)信息，如巖石強(qiáng)度、巖體RQD、節(jié)理密度、節(jié)理性狀、地下水情況等指標(biāo)，通過評分對圍巖進(jìn)行分類，根據(jù)分類結(jié)果對圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。

雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)過程中，人員處于管片、護(hù)盾和刀盤組成的基本“封閉”空間中，能直接觀測到的圍巖非常有限，無法采用傳統(tǒng)地質(zhì)素描的方法獲取地質(zhì)信息、實(shí)現(xiàn)圍巖分類和穩(wěn)定性評價(jià)。

4.2 圍巖分類及穩(wěn)定性評價(jià)指標(biāo)選取

根據(jù)雙護(hù)盾TBM施工的技術(shù)特點(diǎn)及RMR圍巖分類法，參考國內(nèi)外相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，在CCS水電站輸水隧洞雙護(hù)盾TBM施工過程中，選擇了在隧洞掌子面及洞壁小范圍進(jìn)行圍巖觀察、TBM掘進(jìn)參數(shù)分析、局部巖石回彈值測試、巖渣性狀分析、地下水特征分析等綜合獲取圍巖地質(zhì)信息[7-9]。

（1）掌子面及洞壁圍巖觀察。在TBM停機(jī)維護(hù)時(shí)間或圍巖發(fā)生變化停機(jī)處理時(shí)，地質(zhì)工程師進(jìn)入刀盤處對掌子面進(jìn)行圍巖觀測，通過刀盤的刀孔、鏟斗或進(jìn)人孔進(jìn)行查看，至少查看3個(gè)部位。觀測內(nèi)容包括巖性、掌子面完整性、節(jié)理斷層發(fā)育情況、地下水狀態(tài)、是否塌方及塌方量、塌方部位等。另外，TBM伸縮護(hù)盾間隙及護(hù)盾觀察窗口有小范圍的圍巖暴露，也可進(jìn)行圍巖觀察。

（2）掘進(jìn)參數(shù)分析。在TBM掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)參數(shù)與圍巖條件密切相關(guān)[10-13]，根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)的變化，可以判斷圍巖的地質(zhì)情況。掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)參數(shù)在控制系統(tǒng)屏幕上實(shí)時(shí)顯示，可實(shí)時(shí)判斷掌子面圍巖情況：也可以在掘進(jìn)停止時(shí)，拷貝出掘進(jìn)參數(shù)，進(jìn)行掘進(jìn)參數(shù)與圍巖的相關(guān)性分析。掘進(jìn)參數(shù)主要有：①掘進(jìn)模式。雙護(hù)盾TBM具有兩種掘進(jìn)模式，一般在穩(wěn)定性好的I、Ⅱ、Ⅲ類圍巖地層中采用雙護(hù)盾模式掘進(jìn)，在穩(wěn)定性差的Ⅳ、V類圍巖地層中采用單護(hù)盾模式掘進(jìn)。②刀盤推力。刀盤推力根據(jù)圍巖情況確定，一般在完整硬巖條件下采用高推力掘進(jìn)，在破碎軟弱圍巖條件下采用低推力掘進(jìn)。③刀盤扭矩。刀盤扭矩在掘進(jìn)過程中不能單獨(dú)控制。當(dāng)圍巖完整堅(jiān)硬時(shí)刀盤扭矩較小，當(dāng)圍巖軟弱破碎時(shí)刀盤扭矩較大。④貫人度。在相同圍巖條件下，貫人度隨著刀盤推力的增大而增大。⑤掘進(jìn)速度。對于I類、Ⅱ類圍巖，其完整堅(jiān)硬，一般掘進(jìn)速度較低;對于Ⅳ類、V類圍巖，為減少掘進(jìn)時(shí)的擾動(dòng)，一般會(huì)改變掘進(jìn)參數(shù)，使得掘進(jìn)速度降低。國內(nèi)外TBM施工實(shí)踐表明，TBM在Ⅲ類圍巖中能獲得較高的掘進(jìn)速度。

（3）巖石回彈值測試。高強(qiáng)回彈儀多用于混凝土強(qiáng)度測試，經(jīng)相關(guān)科研及技術(shù)工作者研究發(fā)現(xiàn)其同樣適用于巖石強(qiáng)度測試[14-15]。在CCS水電站輸水隧洞雙護(hù)盾TBM施工過程中，采用高強(qiáng)回彈儀在洞內(nèi)通過刀盤滾刀間隙、刀盤人形閘口、護(hù)盾觀察窗口或伸縮護(hù)盾間隙對掌子面或洞壁進(jìn)行原位回彈測試，再根據(jù)回彈值換算成巖石的單軸抗壓強(qiáng)度值。

（4）巖渣分析。TBM掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖渣與圍巖有一定的相關(guān)性[12-13.16]。當(dāng)圍巖為I類、Ⅱ類時(shí)，巖渣多呈片狀及粉狀，少見塊狀;當(dāng)圍巖為Ⅲ類時(shí)，巖渣由片狀、塊狀及粉狀組成;當(dāng)圍巖為Ⅳ類、V類時(shí)，巖渣以塊狀及粉狀為主，少見片狀。

巖渣分析的內(nèi)容包括：巖性、風(fēng)化程度;巖塊、巖片、巖粉的粒徑大小及含量;巖渣節(jié)理形態(tài)及其充填物;巖塊是集中輸出、間斷輸出，還是均勻連續(xù)輸出;出渣量與掘進(jìn)量之間的關(guān)系等。

（5）地下水流量觀測。巖渣判斷：硬巖巖渣呈濕潤狀或皮帶機(jī)上有流水，白堊系軟巖巖渣呈現(xiàn)砂狀或泥狀。其他判斷：在前、后護(hù)盾連接處下方會(huì)有地下水匯聚，護(hù)盾左、右觀測窗口及掌子面圍巖有滲水或流水現(xiàn)象。流量測定：管片襯砌后隧洞為標(biāo)準(zhǔn)斷面，洞內(nèi)滲水或流水通過洞底集中排出，可選擇在距離掌子面附近洞底的三個(gè)斷面進(jìn)行流速測定，再根據(jù)流速和斷面面積計(jì)算流量，或用量水堰進(jìn)行精確量測。

4.3 隧洞圍巖分類及穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)CCS水電站輸水隧洞雙護(hù)盾TBM施工特點(diǎn)，選擇巖石回彈值、掌子面巖體完整性、刀盤推力、刀盤扭矩、片狀巖渣的質(zhì)量百分比、地下水流量共6個(gè)指標(biāo)，作為圍巖穩(wěn)定性分類的評價(jià)指標(biāo)，根據(jù)RMR圍巖分類方法，參考國內(nèi)外TBM施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立了CCS水電站輸水隧洞雙護(hù)盾TBM施工圍巖穩(wěn)定性分類指標(biāo)體系，見表1。根據(jù)圍巖分類和穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在施工過程中選擇相對應(yīng)的襯砌管片型號(hào)和其他圍巖加固處理措施，從而保證隧洞施工及通水運(yùn)行期間的隧洞穩(wěn)定與安全。

5 輸水隧洞TBM施工綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

5.1 隧洞宏觀地質(zhì)條件分析

在CCS水電站輸水隧洞TBM施工之前，利用工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)剖面圖等資料，對隧洞沿線的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水條件等進(jìn)行分析，初步確定巖性分界線、斷層帶、富水帶等的位置及規(guī)模，并評價(jià)其對TBM施工的影響程度，為設(shè)備制造、施工組織設(shè)計(jì)等提供參考。鑒于前期地質(zhì)勘察工作的局限性，隧洞宏觀地質(zhì)分析的精確性較差，將其作為定性預(yù)報(bào)。

5.2 施工過程地質(zhì)條件分析

在CCS水電站輸水隧洞雙護(hù)盾TBM施工過程中，根據(jù)已揭露的圍巖地質(zhì)信息，如掌子面及洞壁的圍巖情況、巖渣情況、掘進(jìn)參數(shù)情況、地下水情況等，對當(dāng)前開挖圍巖的巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水情況等進(jìn)行判斷，并根據(jù)當(dāng)前圍巖情況對掌子面前方的圍巖進(jìn)行短距離預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)距離一般以不超過10 m為宜。

5.3 ISIS地震法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

ISIS（Itegrated Seismic Imaging System，綜合地震成像系統(tǒng)）是由德國GFZ公司與基爾大學(xué)合作完成的一套針對TBM快速施工的特點(diǎn)開發(fā)的地震法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，同時(shí)適用于鉆爆法施工。后來海瑞克股份公司與GFZ開展合作，對ISIS系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，稱為ISP（ Integrated Seismic Prediction）綜合地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)[17]。其以地震法為原理（見圖1），數(shù)據(jù)處理采用Fresnel-Volume偏移成像技術(shù)完成。該方法可對隧洞及井巷工程掘進(jìn)前方以及頂部的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行較為全面的預(yù)報(bào)，可有效探測斷層、破碎帶、溶洞、涌水區(qū)等不良地質(zhì)體。ISIS系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：操作簡單;測試時(shí)間短，從開始鉆孔到測量完成只需要1-2 h：測試時(shí)不需要TBM停機(jī)，不影響TBM掘進(jìn)，可以隨著TBM掘進(jìn)同步預(yù)報(bào);數(shù)據(jù)處理簡單，耗時(shí)短，只需30 - 40mm就能完成測量，可以及時(shí)提供準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高，生成的3D圖像形象直觀;探測距離長，一次測試可以預(yù)報(bào)掌子面前方100 m內(nèi)的圍巖情況。

5.4 BEAM電法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

BEAM （ Bore - tunnelling Electrical AheadMonitoring，隧洞掘進(jìn)超前監(jiān)測）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)[14-15]由德國Geohydraulik Data公司研發(fā)。BEAM技術(shù)采用激發(fā)極化原理，通過在地下巖土體中激發(fā)電場，使巖土體發(fā)生電化學(xué)變化。極化電場隨時(shí)間的增長而增強(qiáng)，并與人工電場相疊加，一般把人工電場稱為一次電場，把極化電場稱為二次電場，把一次電場和二次電場的疊加稱為總場，總場一般經(jīng)過數(shù)分鐘就趨于飽和狀態(tài)，此時(shí)若切斷電源，一次電場會(huì)立即消失，但二次電場不會(huì)立即消失，并隨時(shí)間的增長而逐漸衰減，衰減時(shí)間一般為幾十秒鐘至幾分鐘。通過探測巖土體中與孔隙有關(guān)的電能儲(chǔ)存能力參數(shù)PFE和視電阻率的變化，即可預(yù)報(bào)隧洞掌子面前方圍巖的完整性和含水性[18-19]。

針對TBM法隧洞施工，對BEAM技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，將其所有的激發(fā)與接收裝置都安裝在TBM的刀盤和外側(cè)鋼環(huán)上，使其不受TBM護(hù)盾和管片的影響，適合雙護(hù)盾TBM施工隧洞采用。BEAM技術(shù)預(yù)報(bào)時(shí)不需要TBM停機(jī)，不占用掘進(jìn)時(shí)間，可隨著TBM的掘進(jìn)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。采用BEAM技術(shù)最長可預(yù)報(bào)30 m，適合作為短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，其對圍巖的完整性及含水體有良好的預(yù)報(bào)效果。

5.5 超前鉆探

掌子面超前水平鉆探對斷層破碎帶、富水帶、溶洞等具有較好的預(yù)報(bào)效果[20-22]。CCS水電站輸水隧洞的TBM上配備有超前鉆機(jī)，鉆進(jìn)距離可達(dá)掌子面前方100 m。當(dāng)通過地質(zhì)描述、巖渣和掘進(jìn)參數(shù)分析初步判斷掌子面前方可能出現(xiàn)不良地質(zhì)體時(shí)，可采用超前鉆機(jī)通過鉆探進(jìn)行確認(rèn)。超前鉆機(jī)為沖擊式鉆機(jī)，在鉆進(jìn)過程中通過鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速、鉆速、回水顏色等對掌子面前的圍巖情況進(jìn)行判斷。

5.6 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在CCS水電站輸水隧洞TBM施工過程中，采用隧洞宏觀地質(zhì)條件分析對隧洞地質(zhì)條件進(jìn)行定性預(yù)測。如果判斷地質(zhì)條件無明顯變化、不影響正常掘進(jìn)時(shí)，采用洞內(nèi)施工地質(zhì)條件分析如掌子面及洞壁圍巖觀測、掘進(jìn)參數(shù)分析、巖渣分析等對掌子面前方圍巖進(jìn)行短距離預(yù)測，一般預(yù)測距離小于10 m，洞內(nèi)地質(zhì)條件分析不占用施工時(shí)間，分析成本低，在全洞段施工中采用。當(dāng)掘進(jìn)至斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、富水帶等不良地質(zhì)體附近時(shí)，采用ISIS地震法和BEAM電法對不良地質(zhì)體位置、規(guī)模、含水性進(jìn)行判斷，必要時(shí)采用超前鉆探對不良地質(zhì)體的巖性、穩(wěn)定性等進(jìn)行確認(rèn)。施工過程中，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，針對不同的地質(zhì)條件，采用相應(yīng)的處理措施，保障TBM快速、安全掘進(jìn)。CCS水電站輸水隧洞雙護(hù)盾TBM施工采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法后，對大部分不良地質(zhì)條件進(jìn)行了準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。

6 輸水隧洞不良地質(zhì)段TBM施工處理措施

6.1 涌水段施工處理措施

在斷層破碎帶、節(jié)理密集帶及巖性接觸帶附近一般富含地下水，當(dāng)掘進(jìn)至這些不良地質(zhì)洞段附近時(shí)，采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對掌子面前方圍巖的含水性進(jìn)行預(yù)報(bào)。如果預(yù)報(bào)的水量較小，則對施工影響較小，可正常掘進(jìn)：當(dāng)預(yù)報(bào)水量較大且對施工有較大影響時(shí)，可對掌子面前方進(jìn)行灌漿堵水，封堵地下水滲漏通道，減少涌水量。同時(shí)在TBM主機(jī)處配置水泵，將掌子面的涌水及時(shí)排到TBM后配套以后，以降低洞內(nèi)的水位，減輕對隧洞施工的影響。

TBMI掘進(jìn)至樁號(hào)K2+201.8時(shí)，揭穿了隔水巖層，斷層破碎帶內(nèi)地下水涌出，初期流量達(dá)到2 200 11s，經(jīng)過3-5 d后，涌水量逐漸穩(wěn)定到400 - 500 L/s。雖然隧洞可自流排水，但洞內(nèi)設(shè)備眾多，排水不暢，導(dǎo)致TBM及后配套內(nèi)水位過高，影響正常施工，此時(shí)采取了在后配套后部布置圍堰、洞內(nèi)布置水泵的措施，將地下水強(qiáng)制排到TBM后配套以后，從而降低TBM主機(jī)及后配套內(nèi)的水位，減輕對施工的影響。

在CCS水電站輸水隧洞TBM施工過程中，采用以上處理措施后，順利通過了多處流量大于100 L/s的涌水帶。

6.2 砂巖砂化洞段施工處理措施

白堊系地層砂巖膠結(jié)性較差，在地下水及刀盤擾動(dòng)作用下，砂巖容易崩解砂化，砂巖砂化后，巖渣主要呈砂狀，在地下水的作用下，砂粒無法被TBM的刀盤鏟起，大量的砂粒被沖人洞內(nèi)，會(huì)掩埋部分TBM設(shè)備，導(dǎo)致無法安裝管片，降低TBM施工的效率。

TBM在樁號(hào)K23+080-K22+700段掘進(jìn)時(shí)，遇到較嚴(yán)重的砂巖砂化問題，采取了以下處理措施：①調(diào)整TBM掘進(jìn)參數(shù)，收回支撐靴，伸縮護(hù)盾處于收縮狀態(tài)，采用單護(hù)盾模式掘進(jìn)，降低刀盤推力及轉(zhuǎn)速，以減少其對圍巖的擾動(dòng)，防止掌子面和洞壁圍巖塌方：②對洞內(nèi)的集中涌水點(diǎn)進(jìn)行封堵：③掘進(jìn)時(shí)減少刀盤噴水量，減緩砂巖的崩解速度：④組織人工及時(shí)清理洞底砂粒，將砂粒裝袋后由有軌運(yùn)輸機(jī)械運(yùn)出洞外：⑤嚴(yán)密監(jiān)測洞底火車軌道情況，防止砂粒掩埋軌道：⑥安裝重型管片，并及時(shí)進(jìn)行豆礫石回填灌漿。采取以上處理措施后，TBM慢速掘進(jìn)通過了砂巖砂化洞段。

6.3 斷層破碎帶洞段施工處理措施

輸水隧洞TBM施工過程中遇到了多條規(guī)模不等的斷層破碎帶，處理措施如下：對掌子面前方圍巖進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)斷層破碎的位置、寬度及性質(zhì)等。為減少對圍巖的擾動(dòng)，降低TBM推力、刀盤轉(zhuǎn)速，慢速掘進(jìn)，避免或減少圍巖塌方。當(dāng)預(yù)報(bào)到掌子面前方圍巖極不穩(wěn)定時(shí)，采用超前灌漿的方法固結(jié)圍巖后再掘進(jìn);如果斷層帶富含地下水，則需要灌漿堵水;對于斷層破碎帶，安裝重型管片，保證圍巖的穩(wěn)定。采用以上措施后，TBM成功地通過了多條斷層破碎帶。

TBM掘進(jìn)至樁號(hào)K16+130.0時(shí)，斷層破碎帶塌方，發(fā)生了TBM刀盤被卡的卡機(jī)事件，針對此問題，采取了以下處理措施：①拆除護(hù)盾后部隧洞兩側(cè)中上部1200內(nèi)的兩塊管片，并采用錨固的方式對頂拱管片和側(cè)壁管片進(jìn)行固定：②從管片開口處向與TBM掘進(jìn)方向垂直方向開挖旁洞，旁洞斷面為城門洞形，寬2.4 m、高2.0 m，在開挖2.0 m后轉(zhuǎn)為與TBM掘進(jìn)方向平行直至刀盤位置，旁洞開挖時(shí)采用自進(jìn)式錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土、鋼拱架等方式進(jìn)行支護(hù);③采用地質(zhì)鉆機(jī)沿與TBM掘進(jìn)方向平行的方向進(jìn)行水平鉆孔，同時(shí)采用地震法物探對前方進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，查明掌子面前斷層破碎帶的寬度;④由左、右兩側(cè)的旁洞向中間開挖，形成主洞上方的擴(kuò)大頂拱，沿主洞軸線方向向前開挖直至穿過整個(gè)斷層破碎帶及影響帶，擴(kuò)大頂拱開挖時(shí)采用自進(jìn)式錨桿、超前灌漿、掛網(wǎng)、噴混凝土、鋼拱架等方式進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)：⑤擴(kuò)大頂拱開挖支護(hù)完成后，啟動(dòng)TBM刀盤，擴(kuò)大頂拱下部的巖體由TBM掘進(jìn)出渣，同時(shí)安裝重型管片，頂部管片與擴(kuò)大頂拱之間的空隙采用豆礫石回填灌漿，直至通過整個(gè)斷層破碎帶。

7 結(jié)語

（1）雙護(hù)盾TBM施工時(shí)，可采用隧洞掌子面及洞壁小范圍的圍巖觀察、TBM掘進(jìn)參數(shù)分析、局部巖石回彈值測試、巖渣性狀分析、地下水特征分析等多種方法獲取圍巖地質(zhì)信息，從而對圍巖進(jìn)行分類和穩(wěn)定性評價(jià)。

（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。施工期間，應(yīng)采用綜合預(yù)報(bào)的方法對圍巖進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，從而有針對性地采取處理措施。

（3）不良地質(zhì)條件制約著TBM快速、安全施工，施工過程中應(yīng)對不良地質(zhì)條件進(jìn)行評估，根據(jù)其危害性采取有效的處理措施。

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