TBM 引水隧洞塌方处理施工技术研究

2019-07-12甘宇程

四川水泥 2019年5期

甘宇程

（广东水电二局股份有限公司，广东广州 511340）

1 工程概况

某项目隧洞长度为23.75km，隧洞开挖采用钻爆法和开敞式TBM 相结合的方式，TBM 施工段长度为16.07km，开挖洞径5.94m。项目位于西南石灰岩地区，地质条件较复杂。在穿越某段断层破碎洞段过程中，由于顶拱压力过大，造成围岩露出盾尾时已经发生变形，拱架只能按现场实际断面尺寸先支立，保证TBM 设备能往前推进，待到达空间较大施工平台后再对拱架进行更换。现场对B17+770.3～B17+769.4 段拱架更换过程中，突然出现塌方现象，塌方的土夹石造成4 榀拱架垮塌，TBM 操作室及过道和1#皮带被掩埋，部分电气线路、油路以及设备阀件受损。

图1 现场塌方情况

2 TBM 隧洞塌方原因分析

2.1 地质条件复杂。受到断层破碎带土夹石地层的影响，TBM 掘进过程中，顶拱土夹石塌落至支立的钢拱架和顶拱钢筋排上，造成顶部形成临空面。由于洞内环境潮湿，同时局部存在少量渗水，造成顶部土夹石出现大范围滑移。

2.2 更换拱架过程中，需对土体进行清理，清理过程中，对周边土夹石地层产生了一定的扰动。

3 TBM 隧洞塌方处理施工难点

3.1 TBM 设备位于断层破碎洞段，已支立钢拱架周边为土夹石围岩，此时对塌方段进行清理或支护，对周边围岩会产生一定扰动，极易造成二次塌方。

3.2 受TBM 设备限制，洞内施工空间非常狭小，无法采用大型设备进行配合施工，对坍塌的土体和块石只能人工进行清理。

4 TBM 隧洞塌方处理

4.1 处理方法

①塌方段下游4 榀拱架临时支撑

施工前，先对塌方段下游4 榀拱架进行临时加固处理。在拱架左右两侧采用I20 工字钢柱进行临时加固，钢柱底部立在已喷混加固处理的拱底基础上，顶部撑住拱架顶部。

②临时施工平台搭设

在TBM 主梁底部采用钢管搭设一层施工平台，平台位置搭设完钢管后，在其上铺2cm 厚胶合板作为施工平台。

③塌方段下游5m 洞段顶拱120°范围锚杆及固结灌浆

锚杆及固结灌浆施工前，先在塌方段下游5m 范围洞段顶拱180°范围采用C25(1)喷射混凝土（厚200）将顶拱进行封闭。在已搭设好的临时施工平台上，对塌方段下游5m 洞段自下游往上游顶拱120°范围采用手风钻垂直岩壁打入φ25 自进式中空锚杆@1m×1.5m（环向×纵向），相间布置，锚杆长度3m，同时作为固结灌浆用。塌方段下游5m 洞段顶拱120°范围采用固结灌浆临时加固。灌浆采用纯水泥浆，水灰比采用1、0.8、0.5 三种比级，由稀到浓进行灌浆。灌浆由下游往上游进行，灌注按照低压浓浆进行处理。

④塌方区域顶拱灌浆加固

塌方段下游5m 洞段临时固结完成后，再采用钢花管对塌方顶部土体和空腔进行灌浆处理。首先在塌方段与下游交接处往塌方土体斜向上打入2～4 根φ40 钢花管（L≥3m），钢花管尽可能插入塌方空腔，作为塌方顶部土体和空腔灌浆用。塌方土体及空腔灌注采用纯水泥浆。

⑤顶拱180°范围往上游斜向上打入锚筋或自进式中空锚杆

塌方区域灌浆完成后，沿着塌方段下游第一榀安装标准的拱架外侧往上游，斜向上（角度约45°～60°）打入φ25 锚筋或自进式中空锚杆（顶拱是大石块时）@50mm，L≥3m。打入锚筋或自进式中空锚杆后，可重新安装1 榀拱架。拱架安装完成后，继续在该榀拱架外侧顶拱180°范围往上游斜向上（角度约45°～60°）打入一排φ25@50mm（L=3m）锚筋或自进式中空锚杆，往上游清理出下1 榀拱架的空间，重新安装1 榀拱架。