淺析那邦水電站引水隧洞TBM施工控制要點

【摘 要】 簡要敘述了那邦水電站引水隧洞TBM施工控制過程中的幾個要點，通過對這些施工關鍵點的嚴格控制，確保了電站引水隧洞順利的貫通，質量完全符合設計要求。

【關鍵詞】 TBM施工 控制 要點

1 工程概況和地質條件

那邦水電站位于云南省盈江縣西部勐乃河上，是勐乃河梯級水電開發四級的最后一個梯級。電站裝機3×60MW，為引水式電站，引水隧洞全長為9748.562m，過水斷面為圓形，最小過水斷面直徑3.5m，開挖直徑為4.5m，隧洞底坡為3.59‰。工程規模為三等中型工程。由于隧洞布置在省級銅壁關自然保護試驗區內，因此必須采用TBM法施工。該工程采用的TBM由德國海瑞克公司設計制造，敞開式設備，挖掘直徑4530mm。

隧洞最小埋深60m，最大埋深600m。沿線基巖為混合片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖和條帶狀、條痕狀斜長角閃片麻巖、黑云角閃斜長變粒巖等，局部夾黑云角閃片巖和石英片巖（微晶片巖）。工程區內地質構造背景復雜，深大斷裂和褶皺發育，斷層、片巖夾層及節理裂隙密集發育帶以及瓦蕉背斜的核部由于張裂隙較發育，巖體較破碎，易形成貯水構造，隧洞沿線地下水位均高于洞頂，圍巖中的軟弱片巖夾層和構造蝕變帶分布，具變形量大、徑向變形顯著或膨脹性的特點。

2 TBM施工控制的幾個要點

2.1 TBM掘進方向的控制

TBM掘進方向的控制極為重要，方向控制不當，造成盤型滾刀受力不均，致使刀具提前損壞，增加換刀的次數和配件成本，影響施工進度，另一方面，會使得隧道出現超、欠挖過大，增加后期工程的工作量，影響工程質量。因此，在掘進過程中，主司機除依據TBM設備上配備的激光導向系統對掘進方向進行控制外，每掘進100m～200m，就采用萊卡TCR802全站儀利用TBM設備維護間隙進行人工復測，并制定專門的表格對TBM導向系統的顯示數據和用全站儀復測的數據進行統計、對比分析，以確保TBM掘進方向的精度要求。當發現掘進方向出現偏差時，在操作室操作旋鈕，通過支撐系統油缸來進行TBM調向。調向時應注意：⑴正確調向的特征：當調向正確時，洞壁表面比較規則，不會產生屋脊狀表面，此時看不到因為偏向造成的痕跡；若表面出現臺階，則說明調向過度，應校正調向的作業方式。⑵調向的限度要求：一個調向動作過程不能使邊刀的移動量超過3mm；在約0.5m的行程上，邊刀最大位移量為25mm；否則，刀盤上刮渣斗就會與巖壁發生接觸，并造成損壞；隨著邊刀磨損增大，洞徑減小，刀具和刮渣斗的空間也隨之減小，上述極限也須相應減小。⑶正常情況下，數據顯示的刀盤位置偏差數據不應大于30mm；如偏差較大，則應馬上調整主機位置。⑷當刀盤偏差變小時，激光導向系統所顯示的數據應接近于0。這時方向調整和高程調整應緩慢進行，以避免刀盤忽上忽下，忽左忽右。

2.2 確定最佳的掘進參數

2.3 做好超前地質勘探和預報

隧洞洞身段基本都處于銅壁關自然保護區內，受其制約，僅在洞進口段和出口段有勘探資料，其余均沒有勘探資料，設計提供的地質資料均為依據野外調查和樞紐區工程地質測繪、勘探和試驗資料編寫。因此做好超前地質勘探和預報工作，對TBM 施工具有現實的指導意義，可以避免因地質條件突然變化給施工帶來一些災難性的后果，是非常必要的。

采用TSP-203超前地質預報系統作為長距離宏觀控制，鉆孔超前探測、紅外線探水、SIR-3000地質雷達探測、聲波法探測等方法作為補充進行綜合預報。預報的重點內容：預測開挖面前方的地質情況，圍巖整體性、斷層、軟弱圍巖破碎帶在前方的位置和對施工的影響，地下水活動情況等。

同時采用掌子面編錄預測法（地質素描法），按DL/T5109、SDJ15-78和GB5O287-1999進行短期超前地質預報。根據宏觀預報和長期、短期超前地質預報結果，還要對斷層破碎帶、嚴重影響帶、密集節理帶等軟弱、破碎圍巖段，特別是富水帶，和可能產生巖爆不良地質洞段實施超前鉆探。TBM設備主司機在掘進時還應根據掘進參數和巖渣的變化情況，是否出現掘進參數異常變化、機器振動變化、巖渣非均勻片狀等情況，來提高對前方不良地質的預警。

2.4 高度重視初期支護

隧洞開挖完成后，如不進行初期支護，會因為應力釋放和風化等原因，導致圍巖變形，出現局部坍塌和掉快等，危及施工安全，影響TBM掘進的正常進行，尤其是在采取的敞開式TBM設備上，高度重視初期支護尤為重要。對初期支護，一是要重視支護的及時性，二要重視初期支護的施工質量。

根據所采用的TBM設備特點，為了保證初期支護的及時性，在TBM掘進過程中，若不是遇到較大的坍塌和斷裂破碎帶等地質問題，初期支護和掘進同時進行。反之，在確保不會卡機的情況下，采取停機進行支護，在按設計要求完成支護，確保安全之后再繼續掘進（表2）。

2.5 制定詳細切實可行的通過不良地質洞段的處理措施

在水文地質相對較復雜的深埋長隧洞進行TBM施工，具有較大的挑戰性。如何保證在斷層破碎帶、巖爆和地下突涌水的情況下TBM的順利掘進，是確保關鍵節點工期的關鍵，也是工程的重點和難點之一。

為此，在掘進施工開始前就要仔細、認真研究有關的地質報告，與工程設計方的地質工程師進行全面的溝通，對隧洞的地質情況做深入全面的了解。調研國內其它工程TBM掘進的相似巖類與那邦水電站工程區巖類的可比性。進一步確定選擇TBM適用的地質參數，評估TBM在工程的適應性，進行前期的工程類比。收集調研其它工程有關TBM在隧洞施工中受地質條件制約的有關地質資料。充分考慮實際施工過程中影響掘進效率的主要地質條件及制約因素及遇到不良地質條件時需采取的應急處理措施并形成預案。根據應急預案并結合超前地質預報，提前準備好充足的處理不良地質洞段各種物資材料，而如鋼拱架、超前小導管、錨桿等則需提前成型一部分待用。

在本工程TBM掘進中遇到的主要地質問題是涌水、蝕變變形帶、斷層破碎帶等。為了安全、順利、快速的通過這些不良地質洞段，分別有針對性的采取了以下處理措施：

1） 涌水的處理措施；

2） 蝕變帶變形的處理措施；

3）斷層破碎帶的處理措施

①斷層破碎帶地段TBM掘進措施

②控制圍巖變形防止坍塌的處理措施

③預防掘進機刀盤被卡住的措施

3 結語

通過做好以上幾項嚴格的控制工作，加上施工單位規范有序的組織管理，平時注重對TBM設備的日常維護、在各工序之間銜接相互緊密，業主、設計、監理密切配合。那邦水電站引水隧洞TBM施工取得了最大日進尺42m，最大月進尺553.03m的記錄。成為云南省第一條采用TBM施工貫通的引水隧洞。