王亞鋒

(中鐵隧道股份有限公司， 河南 鄭州 450001)

0 引言

隨著經濟的發(fā)展和社會的進步，采用機械化進行地下交通運輸和大型輸水工程的施工正在蓬勃發(fā)展[1-2]。我國在20世紀70年代首次使用TBM施工，時至今日TBM已在我國地下工程建設領域得到了廣泛的應用[3]。TBM機械化兼?zhèn)浒踩?、速度快等多種優(yōu)點，是今后長大隧道施工的趨勢[4-5]。但TBM在長大隧道施工中一般會穿越斷層破碎帶等各種不良地質段，其對于不良地質條件適應性差，極易造成卡機[6-7]。因TBM無法適應不良地質而導致施工失敗的情況國內外時有發(fā)生,如昆明掌鳩河引水工程上公山隧洞、臺灣坪林公路隧道、印度Dul Hasti水電工程引水隧洞[8],其中大多數(shù)都是TBM通過不良地質段時發(fā)生了突水、塌方、卡機等工程難題,嚴重影響了工程安全、質量、經濟與社會效益[9]。

由于卡機的部位及地質條件不盡相同，所采取的脫困處理技術也不相同。梁峰[10]針對TBM卡機采用化學灌漿加固進行TBM脫困施工進行了詳細論述； 秦銀平等[11]依托高黎貢山隧道，針對TBM卡機原因分析及采用導洞法脫困施工進行了論述； 劉曉瑞[12]以引漢濟渭工程為例，對TBM卡機采用導洞反向加固脫困進行了論述； 徐虎城[13]以新疆某引水工程為例, 通過超前地質預報和化學灌漿相結合的方法使TBM順利脫困； 馬聘[14]針對涌水造成TBM卡機問題，采用導洞法輔以泄水及注漿加固進行脫困； 鄧青力[15]以中天山隧道為例，采用自進式錨桿及化學注漿方法處理TBM卡機問題。

目前關于TBM不良地質下卡機脫困施工相關研究主要針對某一個案例的不良地質處理，不同的案例包含了卡機原因分析、化學灌漿改良地質、導洞法脫困、不良地質超前地質預報等方面，單個針對性的案例適用范圍較?。?同時，現(xiàn)有研究對掘進參數(shù)與卡機的關系、掘進參數(shù)控制措施、防卡機掘進控制措施、不同規(guī)模不良地質卡機脫困處治措施等方面研究相對較少。本文結合大瑞鐵路高黎貢山隧道TBM施工案例，結合現(xiàn)場數(shù)次卡機受阻情況，提出掘進參數(shù)與卡機的關系、掘進參數(shù)控制措施以及防卡機掘進控制措施等；同時，針對不同規(guī)模的不良地質，研究刀盤清理法、循環(huán)管棚法、小導洞法、迂回導坑法等處治方法，并對不良地質下TBM施工關鍵技術進行總結。

1 工程概況

大理至瑞麗鐵路位于云南省西部地區(qū)，東起廣大鐵路終點大理站，向西經永平、保山、潞西等市縣，跨越漾濞江、順濞河、銀江大河、瀾滄江、怒江等大江大河，西至瑞麗，線路全長約330 km。其中，高黎貢山隧道位于保山與龍陵之間，全長34.538 km，是全線的重點控制性工程，全隧均位于直線上，隧道內線路縱坡為人字坡，最大線路坡度為23.5‰，隧道最大埋深為1 155 m。

高黎貢山隧道位于喜馬拉雅地震帶，受印度洋板塊與亞歐板塊碰撞擠壓，地形地質條件極為復雜，具有高地熱、高地應力、高地震烈度、活躍的新構造運動、活躍的地熱水環(huán)境、活躍的外動力地質條件和活躍的岸坡淺表改造過程等“三高”、“四活躍”的特征。全隧共分布17套地層巖性、19條斷層，不良地質條件主要有高地溫、軟巖大變形、涌水、斷層破碎帶、巖爆、巖溶、蝕變巖及節(jié)理密集帶、活動斷裂帶、高烈度地震帶、放射性物質、有害氣體、滑坡、偏壓等，幾乎涵蓋了所有隧道施工不良地質和重大風險，堪稱隧道建設“地質博物館”。施工難度極大，工程建設風險突出，其工程規(guī)模、建設難度與工程風險，在目前國內隧道施工領域較為罕見。

高黎貢山隧道出口段主要采用TBM+鉆爆法聯(lián)合施工，正洞、平導TBM段分別采用1臺開挖直徑9.03、6.39 m的敞開式TBM掘進施工，其中，正洞TBM掘進長度為12 546 m，平導為10 623 m。出口施工段設計主要地層巖性為燕山期花崗巖(8 810 m)，中泥盆系回賢組白云巖(290 m)，斷層角礫(90 m)，物探Ⅴ級異常帶(840 m)，志留系中上統(tǒng)灰?guī)r、白云巖夾石英砂巖(460 m)?；◢弾r地段石英體積分數(shù)為35%～60%，巖體單軸飽和抗壓強度為4.6～65.2 MPa。主要發(fā)育廣林坡斷層(50 m)、老董坡斷層(50 m)、塘房斷層(50 m)、傈粟田斷裂(50 m)4條斷層和2段蝕變巖帶(347 m)。預測軟巖大變形段總長410 m，輕微巖爆段長180 m。

TBM掘進段地下水以基巖裂隙水為主，出口段預測最大涌水量約4.53×104m3/d。高黎貢山隧道地質縱斷面見圖1。

圖1 高黎貢山隧道地質縱斷面圖

2 TBM卡機及處理概況

高黎貢山隧道出口TBM段受深大活動斷裂及多期巖漿侵入蝕變等影響，巖體遭受多重地質構造的破壞，陡傾節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，區(qū)內降雨量大，地下水下滲深度大，隧道洞身節(jié)理密集破碎風化帶發(fā)育，其分布不規(guī)律、不連續(xù)，圍巖變化頻繁。節(jié)理密集破碎帶巖體呈強風化碎塊狀、碎石、角礫狀或全風化砂礫狀，部分風化蝕變成黏土，圍巖穩(wěn)定性差，遇水易掉塊或垮塌，呈松散碎塊狀堆積體或礫砂質渾濁泥石流狀，易造成掉塊坍塌、失穩(wěn)溜坍等情況。

受制于極端復雜不良地質條件影響，截至2020年6月，2臺TBM掘進累計發(fā)生卡機多達19次。TBM卡機主要由于圍巖整體破碎、糜棱化嚴重，遇水呈流塑狀大量流出，致使TBM無法掘進； 之后隨著巖塊掉落，壓死刀盤、盾殼及皮帶機，導致TBM被卡。

根據(jù)卡機時遇到的地質情況，可將其劃分為巖性接觸帶卡機、斷層破碎帶卡機、全風化花崗巖粉細砂地層卡機、涌水卡機、高壓富水軟弱破碎蝕變構造帶卡機等。結合不同的處治方法，典型案例如下。

2.1 巖性接觸帶卡機

平導TBM掘進至里程PDZK225+287處時，掌子面周邊圍巖失穩(wěn)垮塌，刀盤被坍塌巖體卡住無法轉動，如圖2所示。該位置為白云巖、砂巖與花崗巖接觸帶，巖性接觸帶受擾動后沿接觸面結合位置滑塌，大塊狀巖塊堆積在刀盤上，巖塊與刀盤咬合交錯形成極大阻力，造成刀盤轉矩過大不能轉動，致使卡機。

圖2 巖性接觸帶刀盤被卡

現(xiàn)場采用的主要措施為對掌子面周邊破碎圍巖循環(huán)加固(單循環(huán)2～5 m)，使其具有自穩(wěn)能力后清除卡刀盤渣體，降低轉矩后使TBM掘進通過。掌子面周邊采用玻璃纖維錨桿作為注漿管，通過刀孔打入刀盤周邊巖體注化學漿液加固； 盾體上方采用超前管棚化學灌漿加固。超前注漿加固后，人工通過刀孔對刀盤周邊積渣清理后脫困。本次卡機處理時長為20 d，處理不良地質長度為30 m。

2.2 斷層破碎帶卡機

平導TBM掘進至里程PDZK221+781處時，TBM推進轉矩持續(xù)增大、推進速度緩慢，盾尾處揭露圍巖為花崗巖，強—全風化，圍巖完整性差，整體破碎，呈角礫狀夾雜細渣，如圖3所示。刀孔處為泥沙狀松散渣體，刀孔均被堵塞，地下水發(fā)育，掌子面局部股狀出水，大面積線狀出水，出水量約為100 m3/h，巖體強風化，遇水軟化，有流塑狀渣體從刀孔內涌出，大量軟弱破碎圍巖堆積在刀盤周邊造成刀盤被卡。

圖3 斷層破碎帶揭示圍巖

針對地下水發(fā)育的現(xiàn)狀，主要處置方案為超前泄水+超前加固?？紤]拱部泄水對掌子面圍巖的影響，泄水孔布設在盾尾下部，在隧底仰拱位置斜向上方施作泄水孔，孔徑為90 mm，長度為50～70 m。如鉆孔后存在塌孔現(xiàn)象，可及時在孔內安裝鋼制泄水導管，泄水孔數(shù)量的確定依據(jù)為掌子面股狀出水全部分流。泄水后即采用掌子面循環(huán)化學灌漿及盾尾超前管棚注漿加固，本次化學灌漿采用的堵水型化學漿液，有效改善了掌子面圍巖情況，加固完成后通過盾體周邊清渣脫困恢復了掘進。本次卡機處理時長為13 d，處理不良地質長度為30 m。

2.3 全風化花崗巖粉細砂地層卡機

正洞TBM掘進至里程D1K224+212處時，掌子面揭示圍巖整體呈粉細砂狀，如圖4所示。刀盤轉動過程中掌子面持續(xù)溜坍不能自穩(wěn)，造成TBM刀盤轉動阻力增大，轉矩增大，出渣量難以控制。隨著地下水的逐步滲透，粉細砂狀圍巖遇水泥沙化，發(fā)展成為流沙狀，大量涌入刀盤，造成皮帶機壓力過大，且掘進轉矩持續(xù)增大，推進異常困難，TBM掘進受阻。經鉆探驗證，本次不良地質范圍較大，同時掌子面流沙后，護盾區(qū)域圍巖發(fā)生沉降錯動，造成護盾被卡，致使TBM卡機。因此，本次處理方案為超前泄水+掌子面超前化學灌漿+導洞法脫困+超前加固，泄水及掌子面加固與前述不良地質處理類似，不再贅述。

圖4 掌子面揭示粉細砂狀圍巖

現(xiàn)場對盾體周邊化學注漿后，在正拱頂施作小導洞釋放刀盤阻力，并通過導洞擴挖進行超前加固后通過。本次導洞法除超前加固外，兼顧護盾脫困，小導洞開挖至掌子面之后清理刀盤前方積渣，并就護盾區(qū)域進行環(huán)向擴挖，擴挖范圍為120°，達到了釋放刀盤、護盾的目的。同時，利用該擴挖范圍施作水平超前管棚，管棚注漿后有效改善了地質條件，TBM脫困后掘進通過該不良地質。本次卡機處理時長為42 d，處理不良地質長度為39 m。

2.4 涌水卡機

正洞TBM掘進至里程D1K226+014.773處，停機支護期間掌子面突發(fā)涌水，地下水裹挾巖渣進入刀艙后分別自防塵盾底部、主大梁刀盤出入口、1#皮帶機處涌出，涌水量約500 m3/h，如圖5所示。涌水致使拱部形成高度約10 m的塌腔，TBM掘進受阻。

圖5 涌水

本工程為上坡掘進，不良地質處治方法主要為涌水引排、塌腔回填。對于集中涌水點，采用自制漏斗形收集器集中引排至仰拱區(qū)域； 對于散水，在該區(qū)域均勻布設直徑50 mm透水盲管引排至仰拱區(qū)域。塌腔回填在預埋灌漿管后進行，安裝拱架及噴射混凝土封閉完成后采用輸送泵泵送C25細石混凝土進行塌腔回填直至完成。本次卡機處理時長為8 d，處理不良地質長度為43 m。

2.5 高壓富水軟弱破碎蝕變構造帶卡機

平導TBM掘進至PDZK221+481處，圍巖收斂變形造成護盾被卡，隨后出現(xiàn)掌子面溜坍、盾尾已支護段初期支護變形。在后續(xù)處治過程中出現(xiàn)鉆孔無法穿透不良地質體(孔內壓力大頂鉆、泥漿裹鉆、卡鉆等)、鉆孔內高壓噴涌泥漿、涌水攜帶渣體掩埋TBM等異常情況，造成TBM被困，如圖6所示。

圖6 突泥涌水造成TBM被埋

現(xiàn)場采用在TBM尾部增設迂回導坑超前后進行超前泄水降壓改良地質，泄水降壓后在TBM護盾尾部增設管棚工作室施作超前管棚加固，之后對TBM盾體及刀盤區(qū)域進行拱部180°擴挖，TBM脫困恢復掘進。本次卡機處理時長為256 d，處理不良地質長度為152 m。

3 關鍵技術研究

TBM卡機均由不良地質引起，不良地質表現(xiàn)為軟弱破碎圍巖不能自穩(wěn)，持續(xù)垮塌，遇水后即形成溜坍，輕則造成隧底積渣、刀盤內及周邊積渣，致使刀盤轉動阻力增大，皮帶機壓力增大，掘進參數(shù)異常； 重則持續(xù)垮塌，壓死刀盤及護盾，甚至形成突涌掩埋設備。為降低TBM在不良地質條件下被卡及突涌造成設備被埋風險，TBM在不良地質條件下施工需從以下幾個方面進行控制。

3.1 超前地質預報

不良地質段掘進，超前地質預報作為指導施工的一種手段，受地質復雜性、TBM設備本身信號干擾與屏蔽、超前預報技術限制等因素影響，現(xiàn)有TBM施工超前地質預報技術還不足以精確探明前方地質情況，對不良地質不能“定量”分析，各項預報技術仍在總結探索。

高黎貢山隧道超前地質預報主要采用物探輔以鉆探的方式相互印證，指導TBM施工。其中，物探手段主要采用激發(fā)極化法、地震波反射法、TBM破巖震源地震波超前探測、水平超聲波反射法，優(yōu)缺點相互補充，以期達到最佳預報效果(如激發(fā)極化對探測地下水比較準確，地震波反射法對節(jié)理裂隙探測比較準確，水平超聲波反射法對破碎帶探測較為準確)。除此之外，掘進過程中需注重現(xiàn)場地質素描，包含盾尾揭示圍巖地質素描、通過刀孔查看掌子面圍巖情況、渣樣查看等方面，為掘進提供參考，必要時增設超前鉆孔輔以孔內成像辨識地質情況。

根據(jù)地質預報結果，如物探顯示掌子面前方地下水發(fā)育，則可采用增設泄水孔/泄水洞的方式進行超前泄水改善地質條件。如物探顯示圍巖完整性差持續(xù)段落長，可補充超前鉆孔進行驗證。鉆探驗證TBM掘進難度大時，應采取必要的超前加固等措施。對于存在異常反射的區(qū)段，掘進過程中需重點關注掘進參數(shù)的變化并進行針對性的調整。

3.2 掘進控制技術

3.2.1 掘進參數(shù)與卡機的關系

不良地質掘進過程中需控制掘進參數(shù)。結合高黎貢山TBM施工情況，對現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)分析總結(見表1)，出現(xiàn)以下幾種情況時卡機的概率增大：

1)高黎貢山隧道強—全風化花崗巖、節(jié)理裂隙發(fā)育地層，正洞TBM推力低于8 000 kN，平導TBM推力低于5 000 kN，說明圍巖強度極低，若地下水發(fā)育、圍巖整體性差，則極易出現(xiàn)掌子面溜坍卡機。

2)高黎貢山隧道強—全花崗巖、掌子面圍巖巖體破碎、易掉塊垮塌、完整性差、穩(wěn)定性差，正洞TBM轉矩大于9 000 kN·m，平導TBM轉矩大于3 500 kN·m時卡刀盤概率大。

3)高黎貢山隧道花崗巖地層圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎、易掉塊坍塌段，當正洞TBM頂護盾壓力大于180 MPa、平導TBM頂護盾壓力大于150 MPa時，如不能穩(wěn)定持續(xù)上漲，則卡護盾概率大。

表1 掘進參數(shù)與卡機關系

例如： 平導TBM掘進至里程PDZK224+313.8處遭遇卡機，該段掘進推力為4 000～5 500 kN且護盾壓力較大，TBM推進過程中轉矩突然增大至3 000～4 500 kN·m，隨后刀盤轉動困難遭遇卡機。進入刀盤查看時發(fā)現(xiàn)刀孔、刮渣口均被粉細砂夾塊石堵死，掌子面出現(xiàn)溜塌。又例如正洞TBM掘進至里程D1K223+342處遭遇卡機，該段掘進推力為6 500～8 000 kN,TBM掘進過程中轉矩突然大幅度跳動增大至9 000～10 500 kN·m，且頂護盾壓力持續(xù)上升，隨后遭遇卡機。進入刀盤查看發(fā)現(xiàn)掌子面圍巖垮塌，刀盤周邊及前方為塊石、細渣堆積，刀孔均被堵塞。

除推力、轉矩、頂護盾壓力外，從掘進參數(shù)控制方面，還需要關注的掘進參數(shù)有刀盤轉速、電機電流、貫入度、掘進速度、皮帶機壓力、撐靴壓力等。例如出渣量大、皮帶機壓力高時應降低刀盤轉速，出渣均勻、貫入度低時應提高刀盤轉速，加快掘進速度； 電機電流增大時說明刀盤轉動阻力增大，同步轉矩也會上升； 皮帶機壓力大時多伴隨出渣不均勻或出渣量大，應降低刀盤轉速； 撐靴壓力反應了撐靴穩(wěn)定狀態(tài)，壓力被動降低說明撐靴處巖軟弱易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象等。

3.2.2 掘進參數(shù)控制措施

對于掘進參數(shù)的控制，有以下幾方面的措施。

3.2.2.1 TBM操作手

主要掘進參數(shù)控制原則應為： 完整圍巖段高刀盤轉速并根據(jù)貫入度及掘進速度調整推力快速掘進； 對于軟弱破碎圍巖，應采用低轉速； 掘進速度快、出渣量大時，應降低推力； 掘進速度慢時，應適當增加推力提高掘進速度，防止原地出渣。

3.2.2.2 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)

目前中鐵隧道局使用的盾構、TBM均應用了大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，設備各項參數(shù)可通過網絡傳送至手機APP上，管理人員可隨時查看掘進參數(shù)，并對現(xiàn)場進行指導及管控。

3.2.2.3 預警管理及對應措施

針對不同的TBM，針對性地制定掘進參數(shù)預警值，當掘進參數(shù)達到預警值時，采取相應的處治措施。例如推力降低或轉矩增大時，及時進入刀盤查看掌子面圍巖情況，確定是否需要采取超前加固等措施； 當護盾壓力增大，應查看護盾油缸位移及護盾周邊圍巖情況，對應地增設護盾限位裝置及加固盾體周邊圍巖，降低護盾被卡風險。

3.2.3 防卡機措施

關于防卡機，從TBM掘進控制方面有以下幾點管控措施，但對于特別復雜的地質條件作用有限，且對設備損傷較大。

1)不良地質段停機期間，護盾需撐緊巖面，每30 min轉1次刀盤，刀盤轉動超過1圈如無異常即可停止，避免超量出渣。

2)地下水發(fā)育時，刀盤內需持續(xù)抽排水，防止積水浸泡造成掌子面垮塌。轉動前將刀盤內積渣清除，如轉動困難則采用脫困模式。

3)如發(fā)生刀盤轉動困難，即刻按照順序采取如下措施： ①刀盤反轉，如果轉矩降低則刀盤正轉，循環(huán)持續(xù)至刀盤可正常轉動； ②刀盤正轉轉動后，立即增加轉速，0.5 r/min以下轉矩很難下降； ③在前2步失效的情況下，嘗試后退刀盤2～5 cm，然后按照前2步操作進行。

4)推進困難且護盾壓力大時，多數(shù)情況可能出現(xiàn)護盾被卡，需要通過油缸適當回收護盾(0.5～1 cm)，之后加大推力快速推進，但存在的問題是不良地質段護盾極易被圍巖快速擠壓至限位處無法進一步回收，該問題除快速通過外，護盾油缸支撐力方面也需進一步研究提升。護盾回收會造成初期支護侵限，針對不同的設計要求，侵限處治方法如下： ①對設計斷面進行調整，縮小內凈空； ②鑿除侵限初期支護混凝土，如仍不能滿足則需在徑向注漿后進行既有初期支護拆換。

3.3 初期支護

不良地質段掘進支護，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差、工作量大、工序復雜，突發(fā)或不可預判情況多，安全風險高。結合高黎貢山隧道施工情況，就幾點非常規(guī)技術進行介紹。

3.3.1 卸渣

TBM使用鋼筋排支護，背部往往會堆積大量松散破碎圍巖，如果圍巖整體穩(wěn)定，局部侵限，可以局部清理保證凈空滿足要求。如果圍巖整體穩(wěn)定性差，則不可卸渣，否則會持續(xù)垮塌，甚至掩埋TBM，安全風險極大。對于類似情況，可先對該處進行徑向注漿加固，確定其具有自穩(wěn)能力后，再對嚴重侵限處進行鑿除，之后進行網片、鋼拱架、噴射混凝土等初期支護作業(yè)。

3.3.2 超前泄水

對于軟弱破碎地層，超前泄水可以有效降低掘進風險，改善前方地質環(huán)境，但泄水的關鍵點在于泄水位置(掌子面及周邊)圍巖完整程度。如圍巖軟弱破碎，需謹慎布置泄水孔，避免出水導致掌子面富水后失穩(wěn)溜坍，甚至卡機。類似地質條件下泄水，可選擇增設泄水洞、拱腰以下設置泄水孔等，如圖7所示。

圖7 循環(huán)泄水洞方案示意圖(單位： m)

3.3.3 超前預加固

根據(jù)超前地質預報，結合實際揭示圍巖情況。當判定掌子面前方存在TBM難以掘進通過的風險時，應當進行超前預加固。預加固包括通過刀盤向掌子面打設玻璃纖維錨桿并灌注化學漿液、在盾尾拱部施作超前管棚等方式，具體需根據(jù)實際地質情況確定。

3.3.4 后期加固

對于TBM掘進揭示的不良地質，在采用初期支護系統(tǒng)封閉后，必須徑向深孔注漿加固，尤其是富水段。若僅封閉表層，會造成地下水攜帶渣土流失，存在塌方冒頂、突涌等風險。

3.4 卡機脫困施工

3.4.1 刀盤清理法

3.4.1.1 適用條件

圍巖弱風化具有一定強度，掌子面圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，局部破碎掉塊垮塌，具有一定自穩(wěn)能力的小規(guī)模破碎帶施工。

3.4.1.2 施工方案

通過刀孔、盾尾向掌子面及刀盤盾體周邊頂部注化學漿液進行加固，之后對刀盤內及周邊(前方)堆積渣體采用人工掏渣方式清理，減少刀盤轉動阻力直至脫困。破碎圍巖自盾尾出露后，采用鋼筋排支護，并對存在較大空腔、較厚松散體的位置預埋注漿管，最后應急噴射混凝土封閉，控制掘進參數(shù)緩慢掘進通過，待通過該段不良地質后，在后配套處對存在空腔及松散段落進行注漿回填密實。

破碎段噴漿封閉后徑向注漿加固，富水區(qū)域打設泄水孔，撐靴部位模筑混凝土。

3.4.2 循環(huán)管棚法

3.4.2.1 適用條件

圍巖弱—中風化，具有一定強度，局部圍巖垮塌自穩(wěn)能力差，整體圍巖具有一定自穩(wěn)能力的一般規(guī)模軟弱、富水破碎帶。

3.4.2.2 施工方案

采用盾尾循環(huán)管棚+掌子面玻璃纖維管循環(huán)加固的方式進行超前加固，如圖8所示。為防止?jié){液固結損壞刀盤及主軸承，TBM盾體周邊注漿漿液應為化學漿液。注漿加固后清理刀盤周邊積渣并恢復掘進，期間輔助施作超前泄水孔或超前泄水洞，初期支護為鋼筋排+拱架+應急噴混凝土封閉+徑向初期支護背后注漿。

3.4.3 導洞法

3.4.3.1 適用條件

圍巖強—全風化、強度低、垮塌范圍大、自穩(wěn)能力差且存在較大卡機風險的較大規(guī)模破碎帶施工，或已發(fā)生卡機進行脫困施工。

(a) 正視圖

(b) 側視圖(第2次管棚施作后)

3.4.3.2 施工方案

在護盾上方開挖小導洞至掌子面，根據(jù)管棚施作空間需求及護盾脫困需求，對導洞進行環(huán)向擴挖，形成管棚工作室并同步釋放護盾，超前管棚施作完成后對刀盤進行清理，恢復TBM掘進。導洞法橫縱斷面如圖9所示。

(a) 橫斷面圖

(b) 縱斷面圖

3.4.4 迂回導坑法

3.4.4.1 適用條件

大規(guī)模斷層破碎帶、地質條件復雜、TBM通過安全風險高、導洞法等方法無法通過的不良地質條件。

3.4.4.2 施工方案

自TBM后部增設迂回導坑，繞行至TBM前方，通過迂回導坑向TBM側施作高位支洞，利用高位支洞進行高位注漿及泄水改良地質； 導坑開挖至TBM掌子面前方后，迂回繞行至平導，采用鉆爆法對TBM掌子面前方不良地質進行開挖處理后，TBM步進通過。該方案施工規(guī)模大、成本投入高、處治周期長，除非常規(guī)手段無法處理，否則不建議采用。

4 結論及建議

隨著TBM的發(fā)展及施工領域的拓展，越來越多的TBM被應用在不良地質條件下。關于敞開式TBM預加固后再掘進的思路，從理論上來說并無不當，但存在明顯缺陷： 1)預加固效果不佳(無法有效封閉帶壓注漿)； 2)處理時間長，TBM停機降效； 3)預處理易將地下水引過來，加劇掌子面惡化； 4)地質預報手段尚達不到準確定位停機預加固位置的效果。

結合高黎貢山隧道TBM施工實例，在遭遇不良地質后，一般松散破碎圍巖采用超前預加固可保證TBM順利掘進通過不良地質段。但對于巖性接觸帶、蝕變構造帶、富水斷層等不良地質，采用超前預加固，其效果已無法滿足TBM施工條件，應根據(jù)實際情況采取管棚結構棚護、超前泄水、掌子面循環(huán)加固等綜合掘進措施，盡量保證TBM連續(xù)緩慢掘進，避免停機加固； 如已發(fā)生卡機，則采用刀盤清理法、循環(huán)管棚法、導洞法、迂回導坑法等技術，可以實現(xiàn)TBM在復雜地質條件下脫困恢復掘進。上述幾種方法，可以根據(jù)具體情況單一或組合使用，輔以必要的超前泄水、掘進參數(shù)控制以及初期支護加強等措施，能有效解決TBM在軟弱破碎富水條件下的施工需求。

受空間及設備保護方面的限制，采用人工輔助的方法處理TBM卡機脫困及不良地質超前加固等雖然可行，但施工難度大、作業(yè)人員勞動強度高、施工效率低。因此，還需在TBM設備性能提升、輔助機械設備優(yōu)化等方面進一步研究，使TBM具備更強的超前加固能力以及防卡脫困能力。

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