全断面双护盾掘进机检修洞室开挖

贾 义

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概况

某隧洞工程采用全断面双护盾掘进机（以下简称TBM）开挖，掘进段总长约23.6km，由于TBM设备中有一部分零件的使用寿命有限，不能一次性完成23.6km隧洞掘进任务，需在中途停止掘进，进行一次全面的维护、保养和检查，才能进行后继工作。检修中主要对液压系统、润滑系统、密封系统等进行检查和保养，同时还要对主轴承密封进行检查并决定是否更换。根据设计要求原TBM检修洞室设计开挖尺寸为13.2m×13.2m×25.0m，而当支洞开挖至检修洞室交叉处时，发现实际地质条件与原设计不符，属V类围岩，根据受力分析，无法按原设计断面开挖。最终根据以能保证TBM检修的最小空间尺寸确定了开挖断面尺寸，检修标准洞段成型后两侧较TBM直径护盾各宽1m，并在刀盘顶部增加吊车梁洞室。

2 工程地质条件

隧洞围岩为侏罗系中统西山窑组三段灰黑色中厚层炭质泥岩，并夹有薄层粉砂质泥岩，岩层产状 NE685°SE∠46～48°，层面裂隙较发育，可见较多的层间错动产生的擦痕，中厚层炭质泥岩受层面错动的影响，隐蔽剪劈理发育，层间错动较破碎，岩体多呈微风化状。该岩组岩石强度低，抗风化力弱，围岩稳定条件较差，对洞壁岩体稳定不利，属V类围岩。

3 TBM检修洞室开挖尺寸与平面图

根据实际地质条件及TBM检修需要，检修洞室由交叉段（检修洞室与02支洞）、上下游标准段、吊车梁洞室、加强段四大部分组成，交叉段与标准段的开挖断面为城门洞型，开挖尺寸为18.4m×9.65m×9.3m(长×高×宽)，吊车梁洞室为在原标准段上部左右两边分别扩挖1.2m和3.2m，形成牛腿状，以便安装起吊设备,具体开挖尺寸为4.3m×14.65m×13.8m（长×高×宽），上下游加强段开挖断面为直径8.19m圆形洞室，上、下游长度分别为15.55m和7.55m（见图1）。

图1 检修洞室平面图（单位：mm）

4 施工方法

采用钻爆法施工，锚喷支护。

由于隧洞开挖跨度大，围岩较差，施工中必须遵循分块开挖、短进尺、多循环、及时支护的开挖原则。

爆破方法主要采用光面爆破与浅孔爆破相结合的开挖办法。

5 开挖顺序

开挖顺序见图2。

图2 检修洞室开挖顺序图

5.1 交叉段的开挖

当支洞开挖至与检修洞室交叉段时，先进行交叉段上导的开挖，交叉段的开挖最为重要，因为它的开挖成功与否，直接关系到其他段的施工。由于交叉段整体跨度较大，且与02支洞交叉，对围岩稳定极为不利，为了施工安全，应进行分块开挖并及时支护。挖后先对岩面初喷4cm厚混凝土封闭围岩，并及时进行钢拱架安装、锚杆施作和喷射混凝土等一期支护的施工。首先进行第①块开挖与钢格栅的安装支护，此处的钢格栅不能按照正常的钢格栅钢板接点在中心线位置加工，应偏过轴线两到三米，这样开挖时向轴线延伸两到三米，才能保证钢格栅的拱脚座落在岩石上，形成一个拱形，在顶部打入径向锚杆。在开挖中，一次按两榀格栅的间距确定开挖进尺，每开挖两榀立即进行一次支护，按照这样的施工办法先完成交叉处顶拱的开挖后再进行第②块的开挖，向下延伸钢格栅至整个顶拱层断面的拱脚处，由于拱脚处的钢格栅不是垂直连接，只能采用搭接焊接连接，并打入八字锚杆，以增加拱脚的稳定。在向下开挖时，为了保证施工安全，不能出现两榀以上钢格栅拱脚悬空，须开挖一榀格栅便进行喷混凝土封闭。当第②块开挖完成后，顶部伸下的钢格栅全部连接后，交叉段整个顶拱层已完成开挖及支护，然后进行下部第③块与第④块的开挖，开挖中采用台阶式的开挖顺序。第⑤块属于检修机坑，在基坑浇筑混凝土前采用反铲挖机开挖完成（见图3）。

图3 交叉段和标准段开挖顺序图（单位：mm）

5.2 标准段开挖

标准段开挖见图3。

5.2.1 顶拱层开挖

在完成交叉段的开挖后，即进行上、下标准段的顶拱层开挖。由于标准段上导直径为9.3m，跨度较大，在这种围岩中不能全断面开挖，应分为上、下两部分开挖。上部开挖时仍采用短进尺、及时支护的原则，在开挖中要随时观察围岩情况，对于出现的不连续的地质构造(如张开节理、断层、裂隙、剪切带和其他的不连续构造)，及时调整钢格栅的间距，并增加径向锚杆，每榀钢格栅拱脚都要击入锁脚锚杆，增加拱脚的稳定性。

5.2.2 下半部分开挖

下半部分开挖采用阶梯式浅孔爆破开挖的方法，由于洞室跨度较大，考虑施工安全，开挖时左、右两侧应错开交替开挖，避免顶拱同一榀格栅两个拱脚同时悬空。

5.3 吊车梁洞室开挖

当完成上、下游标准段开挖时，便可进行吊车梁洞室的开挖。由于吊车梁洞室断面小，洞室高，考虑施工安全，合理分块，采用“下—上—下”的开挖方法，即先从靠近上游标准段顶部中间位置向上开挖2～3m导洞，利用脚手架分层到达吊车梁设计的最顶层，在向上开挖时应随时必须短进尺，强支护，注意围岩情况，每层以不超过2m为宜，且开挖出的岩面除顶部外其余四面围岩必须及时喷护封闭。当开挖的2～3m导洞已形成拱形断面并且安装了4～6榀钢格栅后，然后分别向轴线左右两边开挖横向洞室的拱形，当吊车梁洞室最顶层横向洞室拱形开挖完成后，便可台阶式分层向下开挖下部。台阶式开挖一直到洞室底部。在吊车梁洞室开挖时，由于开挖空间小，空气不易流通，应将风筒挂入工作面内，以保证工作面的空气流通（见图4）。

图4 吊车梁洞室开挖顺序图（单位：mm）

5.4 上下游加强段开挖

为了避免TBM在到达检修洞室时对围岩的扰动，保证检修洞室的安全，在检修洞室上下游分别设15m和8m的加强段，加强段的开挖同样采用顶拱层与下部错开台阶式施工，先进行顶拱层的开挖，最后进行下半部左、右错开交替的开挖。

6 结语

在围岩比较破碎的大型隧洞开挖中，一定要根据施工图纸制定安全、经济的开挖顺序，科学合理地分块，随时观察围岩的变化，及时调整支护参数。