开敞式TBM施工浅埋涌水段隧洞的处置措施

高乃东，陈中竹

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130021）

开敞式TBM施工浅埋涌水段隧洞的处置措施

高乃东，陈中竹

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130021）

隧洞内涌水是比较常见的地质灾害，隧洞浅埋并伴随涌水，会增加隧洞塌方的风险。在TBM法施工的隧洞，一旦机头位置发生塌方，不仅对设备性能影响较大，并且塌方后恢复生产处理难度更大。通过总结吉林省中部城市引松供水工程小河段的涌水处理措施，为TBM隧洞浅埋涌水段施工积累了经验。

开敞式TBM；引松供水工程；浅埋隧洞；涌水处理

1 概 况

吉林省中部城市引松供水工程总干线四标段位于岔路河左岸至饮马河右岸之间，线路桩号48+900～71+900 m，总长23.00 km。工程主要内容包括长23.00 km引水隧洞、3号通风竖井兼调压井、饮马河调压井、TBM3进口段、7号、8号施工支洞和小河沿施工竖井及其他临时工程。

小河沿施工通道主要控制TBM3掘进段小河沿沟浅埋段，施工期间，针对可能滞后的钻爆处理段，参建单位进一步详勘岩面线变化，并且根据在碱草甸子浅埋沟谷段的TBM掘进经验，将可能滞后的钻爆处理段改由TBM掘进通过。原设计小河沿施工竖井处理总干线桩号66+390～66+874 m调整为总干线桩号66+350～66+640 m。

2 小河沿竖井浅埋洞段涌水

2.1 小河沿浅埋段地质条件

小河沿地貌多为丘陵及沟谷，山势较陡，山脊岩石裸露，植被不发育，沟谷季节性流水。岩性主要为石炭系中下统磨盘山组灰岩，泥盆系中下统碱草甸子-常家街组灰岩。小里程存在有断层F34-1与洞线相交，影响宽100～200 m。灰岩岩溶较发育，垂直分带性不明显，溶洞溶隙多沿沟谷发育，洞径大小不一，多填充。地下水较发育，隧洞埋深浅，与地表水有水力联系，富水性较强。

2.2 小河沿浅埋段涌水情况

2016年2月29日凌晨自小河沿小里程掌子面始发掘进，于2016年2月29日下午14点掘进至2 m时，顶护盾上方有溶蚀溶腔塌空，并在顶护盾右侧位置有一股直径约30 cm的水柱涌出。

2016年2月29日下午18点掘进至6 m时，原顶护盾上方水柱随即渐渐消失，并为溶隙裂隙线状滴水，而左侧护盾下部及刀盘下部两端排水孔渐渐涌水增大，并延伸至全孔涌水，值班人员随即进入刀仓观察，发现主要涌水部位为掌子面及两侧下部，水质清澈，并有增大趋势。

2016年2月29日晚22点，掌子面涌水急剧增加，刀盘水位上升至从主大梁刀仓孔涌出。

2016年3月1日经对洞内涌水和洞外排水的监测和计算，小河沿浅埋段施工涌水量800～1 000 m3/h。

2.3 抢险措施

由于中部城市引松供水工程总干线四标段TBM施工为逆坡掘进，目前里程距隧洞出口有5.5 km，涌水可抽排点有小河沿竖井、碱草甸子竖井及隧洞出口3处，由于现场应急处置及时，风险控制到了最小。

图1 小河沿浅埋TBM掘进段涌水抢险的排水系统布置（单位：m）

小河沿浅埋TBM掘进段涌水抢险的排水系统措施按照三大排水口集中排水：小河沿排水系统的排水能力可达到（3×80+1×220+1×220）=680 m3/h；碱草甸子排水系统的排水能力可达到（2× 80）=160 m3/h；出口排水系统的排水能力可达到（1×150+1×280）=430 m3/h。总排水能力可达到1 270 m3/h。小河沿浅埋TBM掘进段涌水抢险的排水系统布置，见图1。

3 TBM施工浅埋涌水段隧洞处理方案

由于涌水处为TBM刀盘前方，大量的涌水导致人员无法进入刀仓内、刀盘出渣困难，无法实现掘进。所以需要采取有效措施，进一步探明刀盘前方地质情况及涌水量，处理措施需根据探明的地质条件再行确定。

3.1 地质条件详勘并分析

小河沿浅埋TBM掘进段涌水采用了多种方式对前方地质情况进行判断。

总干线四标段掘进过程中，为保证灰岩地层TBM设备安全掘进，采用了“973”计划“TBM安全高效掘进全过程信息化智能控制与支撑软件基础研究”项目，搭载TBM设备“三维激发极化法”进行跟踪短期超前地质预报。

同时隧道中长期超前地质预报系统采用地震波反射“TRT6000”对前方围岩类别、岩溶及富含水情况进行探测。

通过三维激发极化法和TRT法预报、探测前方地质，掌子面前方20 m内存在低阻异常。考虑探测范围所限及开挖扰动影响，两种方法建议加强掌子面与护盾出露情况观察，避免塌方掉块等灾害事故。

小河沿洞段涌水以来，由于护盾范围内洞壁围岩情况无法观察到，担心围岩条件不好，掘进机后退发生塌方卡机，TBM刀盘一直紧贴掌子面。

经过4 d的抽排洞内涌水，同时对洞内涌水及洞外排水进行流量监测。洞内涌水有减小趋势，但是流量仍在600 m3/h左右，TBM掘进机向前掘进无法出渣。

3.2 TBM施工通过方式

针对此次涌水，抽排洞内涌水的同时，现场对小河沿浅埋沟的区域地质和掌子面的工程地质进行分析。工程地质表明，掌子面前方岩石条件不会变坏，护盾支撑的岩石条件较好，可以尝试掘进机向后慢慢退后，把掌子面涌水点暴露出来，然后再根据出水点位置及数量，进行封堵或引排。

小河沿浅埋段在出水量减小速度缓慢的情况下，现场对掘进机进行倒退。首先退后20 cm，对洞壁围岩进行观察。发现稳定情况良好的情况下，继续倒退20 cm，继续观察。经过多次短距离倒退，2016年3月8日，掘进机刀盘倒退至距掌子面4 m，观察到出水点在掘进方向右上角的侧壁上。

TBM掘进机倒退，掌子面有工作空间后，施工人员通过进人口进入，采用超前钻孔取芯的方法，探明掌子面前方围岩情况。超前钻孔取芯判断岩石情况的同时，也可以对前方是否有高压涌水进行摸底。

TBM掘进机倒退的同时，在掌子面未掘进前方的地面上，距开挖洞壁2 m打排水井，尝试对涌水点的出水进行分流。

掌子面出水点采用引排的方式，将水引导至护盾后，待掘进机掘进通过后，进行封堵。

4 结 论

隧洞内涌水是比较常见的地质灾害，隧洞浅埋并伴随涌水，会增加隧洞塌方的风险。在TBM法施工的隧洞，一旦机头位置发生塌方，不仅对设备性能影响较大，并且塌方后恢复生产处理难度更大。

通过此段的涌水处理，为TBM隧洞浅埋涌水段施工积累了经验。首先，要及时抢险，将损失控制到最小；其次，要认真分析隧洞的区域地质及当前施工段的工程地质、水文地质，为下一步施工方案提供依据；然后，制定处理涌水的施工方案，对各种可行的施工方案判断风险程度；最后，选定相对可靠的方案，对施工进度影响最小，施工安全最能得到保障，施工处理措施的投入较少。

［1］王梦恕，等.岩石隧道掘进机（TBM）施工及工程实例［M］.北京：中国铁道出版社，2004.

［2］高乃东，陈中竹，宁鹏飞.敞开式TBM在吉林省中部城市引松供水工程的应用［J］.黑龙江水利科技，2012，40(10）：83-85.

［3］高乃东，陈中竹，宁鹏飞.施工竖井在施工隧洞不良地质洞段中的应用［J］.东北水利水电，2015，33（2）：27-28.

［4］杨继光，等.TBM施工隧洞常见地质灾害及其预测与防治措施［J］.资源环境与工程，2014，28（4）：418-421．

［5］苏华友，张继春，史丽华.TBM通过不良地质地段的施工技术［J］.岩石力学与工程学报，2005，24（9）：1635-1637.

［6］韩行瑞.岩溶隧道涌水及其专家评判系统［J］.中国岩溶，2004，23（3）：213-217.

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2016-04-07