达坂隧洞TBM脱困处理措施

马骋

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

新疆达坂隧洞为无压引水隧洞，主洞全长30708 m，洞线近东西向布置，隧洞开挖采用TBM法进行施工，六边形预制混凝土管片衬砌，衬砌后内径为6.0 m，管片宽1.6 m，厚度28 cm，主洞埋深10～150 m，围岩岩性以含土砂砾石、膨胀性泥岩、凝灰岩、砂岩为主。目前新疆达坂隧洞已全部贯通，TBM实际平均月进尺480 m/月，最高月进尺达1003 m，最高日进尺达58.3 m，扣除TBM卡机脱困及设备检修期间影响，TBM实际平均月进尺630 m/月，达到国内类似工程领先水平。

2 达坂TBM被困原因分析

TBM掘进过程中遇到了强膨胀泥岩、断层、富水等严重不良地质，造成频繁卡机。达坂隧洞工程不良地质段主要集中在达坂TBM施工段的7处，累计长度为2254 m，用时448 d，日平均掘进5 m，大大小于TBM的正常掘进速度。

达坂隧洞施工过程中，从TBM被困情况看主要是严重的不良工程地质条件造成，主要出现在侏罗系中统西山窑组J2x4地层、发育的断层带和地下水丰富的冲沟处。

1）泥岩夹砂岩、砂岩夹泥岩、砂岩与泥岩接触和砂岩与泥岩互层分布洞段，往往在砂岩中有水，当达坂TBM穿过时泥岩遇水软化、泥化，粘堵刀盘、刀盘，出现泥裹刀现象，严重时达坂TBM无法向前掘进。

2）涌水、突水造成尾盾大量积水和淤积泥砂、岩碴等，增加TBM的清碴难度和后配套台车行进阻力，致使达坂TBM掘进中后配套台车被迫拉断，造成达坂TBM停机，同时严重影响达坂TBM安装混凝土管片的质量和速度。

3）达坂隧洞在穿越冲沟时，埋深都比较浅，约为30～80 m，地表水极易渗入洞内，因此隧洞沿线渗出水量比较大，部分洞段积水深达40多cm。

①导致牵引机车行进时涌起水深达1.0 m高，严重影响运输速度，并造成牵引机车前、后桥和变矩器频繁损坏。

②运输车皮一直在水中运行，轮轴承损坏严重。

③运输列车常常损坏在运输途中，不是车皮脱轨，就是牵引机车不动。

4）达坂TBM在软弱膨胀泥岩的掘进过成中，由于缩径变形比较大，变形应力也比较大，将达坂TBM抱死，被迫停机。

5）达坂TBM在隐蔽裂隙和劈理裂隙发育的泥质岩洞段掘进。

TBM掘进开始掌子面是直立的，随着达坂TBM的掘进，在刀盘前面形成一定的空腔。空腔在TBM的掘进过成中逐渐增大，岩石临空面也在不断扩大，起初掉落岩石块块径小、数量少、速度也慢，随着不断的掘进，岩石块掉落量越来越大，速度越来越快，并且石块块径也越来越大，最大可达30～40 cm。当达坂TBM机头塌空上方达到2.0～3.5 m，前方达到3.5～4.5m时，突然的塌方将达坂TBM机头压死，无法掘进。

6）断层带内为角砾岩、糜棱岩、压碎岩等散状体，断层带处于饱和状态，断层泥包裹砂岩、砾岩及泥岩角砾呈软塑状，流动性强。当达坂TBM穿越断层洞段掘进时，如同山体泥石流滑坡，断层泥包裹砂岩、砾岩及泥岩角砾快速流入达坂TBM机头内，致使达坂TBM皮带压死，并从皮带上溢出，流淌到护盾中，迫使停机。

7）塞克山达坂低山丘陵区中，部分冲沟为深切沟谷。沟谷范围的岩体为强风化，地下水丰富，围岩十分破碎，呈松散体结构，当达坂TBM穿越沟谷掘进时，发生塌方，出现大量涌水、流沙和涌泥现象。伸缩护盾底部、尾护盾混凝土管片安装区、联接桥至前部台车底部等多处被流沙、淤泥淹没，导致达坂TBM无法掘进。

3 TBM脱困处理措施

TBM被困处理主要采取人工开挖导洞，水泥、化学灌浆，洞内应急堵水和地面排水，砂浆或细石混凝土充填，临时钢支撑等多项措施。根据TBM被困情况不同，一般都是采用两种或两种以上措施结合起来处理。

3.1 导 洞

达坂TBM掘进通过膨胀泥质岩，缩径变形严重的地段被困时，采用人工开挖导洞措施进行处理。

1）导洞布置。根据围岩塌方及变形情况确定达坂TBM脱困导洞的布置，一般包括以下几种情况：

①从刀盘人孔进入，自刀盘正面顶部向后开挖；②在护盾顶部，从伸缩护盾处进入向前护盾或尾盾方向开挖；③从伸缩护盾处进入，在护盾两腰线部位向前护盾或尾盾方向开挖；④从伸缩护盾处进入，在护盾两侧靠近底部或上部向前护盾方向开挖。根据现场具体情况决定采用不同的导洞布置方式，导洞一般沿洞轴线水平开挖。

2）导洞施工。导洞开挖从刀盘、伸缩护盾等部位开始，人工凿除达坂TBM周边的围岩，以减小围岩变形对护盾的挤压，从而减少护盾与围岩间的摩阻力，使达坂TBM脱困。

导洞开挖是人工用风镐开挖，并出碴到达坂TBM皮带机上，通过皮带机转至碴斗车上。开挖过程中，根据导洞围岩稳定的实际情况，采用短方木进行临时支护或不支护，若达坂TBM机头处围岩过于破碎可进行灌浆预加固。导洞开挖向前伸展时每隔一定时间试拉刀盘，可以移动则停止开挖。

3.2 灌 浆

1）水泥浆灌浆。达坂TBM穿越冲沟处，对围岩松散体或强风化进行预固结处理。若被困处埋深小于50 m时，在达坂TBM刀盘前方自地面垂直造孔，超前灌注水泥浆；若埋深大于50 m时，在洞内达坂TBM机头处造孔，灌注水泥浆，确保达坂TBM掘进顺利通过。

2）化学灌浆。当达坂TBM穿越泥岩洞段被困时，对掌子面及刀盘顶部松散体进行化学灌浆固结处理，实现刀的正常掘进。

3.3 应急堵水与排水

1）洞内应急堵水。洞内应急堵水主要采用化学灌浆堵水。化学灌浆的特点是发泡极快，扩散很小，自填充。适用于有水情况和需要快速凝固的场合，其他方法难以代替。化学灌浆堵水快捷有效，为后期的施工作业提供一个良好的作业环境，减小出水量，减轻洞内的排水压力和保障火车的正常运行，确保富水洞段正常掘进。

2）地面导排。达坂TBM掘进穿越塞克山达坂地面有水冲沟时，在达坂隧洞以南300～500 m处，截堵地表水，开挖引水渠或利用灌溉渠道将水引至达坂隧洞以北100～200 m外，尽可能减少地下水的补给，减少了渗水量，大大提高了达坂TBM的掘进效率。

3）竖井排水。当达坂隧洞埋深小于80 m，达坂TBM掘进通过地下水丰富地段时，采用地面竖井排水，减少渗水量。

3.4 其它措施

1）砂浆或细石混凝土充填。达坂TBM掘进出现比较大的塌空区，并且埋深小于60 m时，在地面采用GK-200油压回转式钻机造孔至塌空区，孔径为150 mm。自地面向塌空区充填砂浆或细石混凝土。

2）临时钢支撑。临时钢支撑布置在达坂TBM被困的可能出现衬砌混凝土管片失稳洞段，防止塌洞情况出现。临时钢支撑为圆弧形，设在侧拱混凝土管片下安装孔以上，紧贴顶和侧混凝土管片。在侧混凝土管片下安装孔位置设置一纵向托梁，用于临时钢支撑生根。临时钢支撑每榀间距为50～80 cm不等，另外还设有3～4道纵向联系梁。

4 结语

文中结合新疆达坂隧洞TBM脱困处理工程施工实例进行研究分析，通过对TBM被困的情况、原因做出详细的分析，其脱困处理主要采取人工开挖导洞，水泥、化学灌浆，洞内应急堵水和地面排水，砂浆或细石混凝土充填，临时钢支撑等多项措施。根据TBM被困实际情况不同，一般都是采用两种或两种以上措施结合起来处理。以快速实现对TBM进行脱困，成功解决了TBM脱困施工难题，对双护盾掘进机应用于复杂地质条件积累了一定经验。

［1］文钅容，李世新，范以田，马骋，等.达坂岩石隧洞全断面掘进机（TBM）［J］.施工技术，2013.

［2］马骋.TBM施工中管片接缝与错台控制措施初探［J］.地下空间与工程学报，2009（5）.

［3］马骋.豆砾石回填灌浆质量控制初探［J］.山西建筑，2010（7）.

［4］马骋.化学灌浆在新疆达坂隧洞管片裂缝处理中的应用.山西建筑，2013（10）.