厄瓜多爾CCS水電站雙護盾TBM針對大斷層脫困采取的施工技術(shù)

楊　弦，　周 長 虹

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰　611830)

厄瓜多爾CCS水電站雙護盾TBM針對大斷層脫困采取的施工技術(shù)

楊弦，周 長 虹

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰611830)

摘要：針對厄瓜多爾CCS水電站雙護盾TBM在掘進過程中遇到的斷層破碎帶，提出了處理和解決的方案措施并予以實施，取得了較好的效果，可為今后雙護盾硬巖掘進機施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：雙護盾TBM；斷層破碎帶；脫困；施工技術(shù)；厄瓜多爾CCS水電站

1工程概述

Coca Codo Sinclair 水電站(簡稱CCS)位于南美洲厄瓜多爾共和國Napo和Sucumbios省內(nèi)，總裝機容量為1 500 MW。主要建筑物包括首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫、壓力管道、地下廠房與發(fā)電系統(tǒng)等。CCS項目輸水隧洞總長度為24.8 km，縱坡為0.173%，為無壓明流洞，設(shè)計引水流量為222 m3/s，采用全襯砌結(jié)構(gòu)形式。輸水隧洞采用2臺雙護盾掘進機同時施工，一臺從2A支洞(隧洞樁號9+878.18)向上游掘進至1#支洞出洞，長約9.8 km，另外一臺隧洞掘進機從輸水隧洞出口(調(diào)節(jié)水庫庫區(qū)內(nèi))至2B支洞(隧洞樁號11+032.95)，長約13.79 km；在TBM施工洞段，開挖直徑為9.1 m，混凝土管片襯砌采用左右環(huán)6+1形式(又稱萬能管片)，管片的內(nèi)徑為8.2 m，厚度為0.3 m，每環(huán)管片的長度為1.8 m，管片外側(cè)回填豆礫石和砂漿并灌注水泥漿。

根據(jù)項目前期地質(zhì)勘查得知，輸水隧洞樁號11+500～21+000埋深200～500 m，圍巖巖性為侏羅系-白堊系迷薩華林地層(J-km)，山頂分布白堊系奧林地層(Kh)砂巖和那波地層(Kn)石灰?guī)r及泥灰?guī)r。該段發(fā)育5條斷層。

2雙護盾TBM掘進施工及斷層破碎帶對其產(chǎn)生的影響

2.1雙護盾TBM掘進施工原理

雙護盾掘進機有雙護盾和單護盾兩種掘進模式。在掘進施工過程中，需根據(jù)地質(zhì)圖、石渣、前序掘進參數(shù)、超前地質(zhì)探測結(jié)果等對掌子面圍巖狀態(tài)做出準確判斷，據(jù)此選擇相應的掘進模式及掘進參數(shù)。

雙護盾模式應用于圍巖條件較好的情況下掘進，倚靠支撐盾上的支撐靴支撐在洞壁上，在掘進的同時可完成在尾盾拼裝管片、豆礫石回填等作業(yè)，實現(xiàn)掘進與管片安裝同步作業(yè)。

單護盾模式應用于斷層、圍巖破碎帶及軟巖條件下的掘進，撐靴全部收回，主推進油缸也收回，前盾和支撐盾作為一個整體，掘進過程中輔助推進油缸頂緊已經(jīng)拼裝好的管片提供推力，TBM掘進時無法安裝管片，只有待管片拼裝及換步調(diào)向等工序完成后方可繼續(xù)掘進。

2.2斷層破碎帶對TBM掘進施工的影響

鑒于該隧洞處于高地應力區(qū)內(nèi)，構(gòu)造運動劇烈，斷層較發(fā)育，易產(chǎn)生地應力聚集，巖體可能會發(fā)生變形、崩解等破壞現(xiàn)象。TBM在掘進過程中遇到圍巖不穩(wěn)定而導致快速變形或大體積坍塌，使得圍巖體容易卡住TBM刀盤而使其無法轉(zhuǎn)動，從而嚴重影響施工進度。

3TBM掘進時遇到的K16+127大斷層破碎帶

2013年12月9日，TBM采用單護盾模式掘進至樁號K16+127.41時刀盤前方突遇塌方，大量渣料瞬間超過皮帶機的運渣能力，導致皮帶供電系統(tǒng)故障，不能運行，大量巖渣外溢，掉落于回程皮帶和TBM后配套內(nèi)，小火車軌道被埋不能運輸，TBM被迫停止掘進。事發(fā)后，采取了在刀盤內(nèi)鉆孔實施化學灌漿和水泥灌漿并封堵護盾與主軸承之間的間隙以防止?jié){液流出的措施。但在實際灌漿中，漿液還是從護盾部位流入刀盤，甚至出現(xiàn)了漿液直接流入護盾外的情況，灌漿的效果達不到預期的固結(jié)目的。

項目部對TBM通過大斷層的處理方案進行了充分研究、討論，決定采用左右各開挖一條旁洞進入斷層破碎帶，之后根據(jù)實際揭露的圍巖地質(zhì)情況確定揭頂開挖位置，采用導洞揭頂開挖及管棚法處理斷層破碎帶，直到揭頂開挖至滿足TBM掘進條件為止。

4施工布置

4.1施工風水電系統(tǒng)

利用TBM自帶風水電系統(tǒng)為旁洞和導洞開挖提供支持。

4.2通風散煙

旁洞最長開挖約15 m，可以不考慮旁洞內(nèi)的散煙，直接利用TBM自帶風機由主洞內(nèi)散煙。導洞開挖期間兩旁洞已貫通，可形成循環(huán)通風條件，從TBM自帶風機接φ600帆布風筒進入左側(cè)旁洞，另一側(cè)旁洞作為循環(huán)通風出口。

4.3其他

利用TBM工業(yè)廣場現(xiàn)有設(shè)備與資源。

5施工順序

TBM脫困施工順序見圖1 。

6施工方案

6.1施工準備

(1)對位于旁洞進口附近的TBM設(shè)備進行必要的拆除或轉(zhuǎn)移。

(2)采用I16工字鋼與擬開洞高程搭設(shè)剛性保護平臺兼做作業(yè)平臺。平臺頂部滿鋪10 cm×10 cm木枋，并采用鐵絲與平臺進行可靠固定。平臺兩端采用鋼管設(shè)置高度約為1.5 m的欄桿并采用木板或鋼板封閉，防止人員墜落受傷和大塊炮渣掉落后損傷設(shè)備。平臺中間設(shè)1 m×1 m的溜渣孔，溜渣孔上方采用φ25鋼筋按20 cm×20 cm設(shè)置過濾網(wǎng)，防止卸渣時大塊的渣料損壞皮帶。

(3)對所有已安裝管片背部充填豆粒石至飽滿。

(4)采用φ25錨桿對4 791～4 795環(huán)上所有上半部分的管片進行鎖定。鉆孔位置利用管片上的操作孔，盡量減小對管片的損壞。采用螺栓加墊板的方式鎖定管片。

6.2旁洞施工

6.2.1管片開孔

利用風鎬或電鎬按圖2所示在第4 793環(huán)對AL、BL和FL管片進行部分拆除并切斷鋼筋，露出巖面。

6.2.2旁洞開挖

旁洞開挖采用人工手風鉆鉆孔，淺孔弱爆破，循環(huán)進尺為0.8～1.2 m，周邊光面爆破，線裝藥密度為127 g/m。進口位置先進行兩茬掏槽爆破，再進行崩落孔和周邊孔爆破，逐步形成旁洞開挖工作面，并朝刀頭方向延伸旁洞。開挖出渣采用人工手推車將炮渣運至操作平臺的溜渣孔，TBM連續(xù)皮帶系統(tǒng)運渣至洞外。

6.2.3旁洞支護

旁洞支護需根據(jù)圍巖情況確定支護類型和順序。Ⅳ類圍巖根據(jù)需要采用自進式超前錨桿固結(jié)灌漿，開挖后首先噴3～5 cm厚混凝土封閉、圍巖再鉆設(shè)φ25系統(tǒng)錨桿并掛網(wǎng)，掛網(wǎng)后補噴混凝土0～15 cm厚；Ⅴ類圍巖采用自進式錨桿進行超前固結(jié)，至少每三個循環(huán)進行一次超前固結(jié)灌漿。開挖后首先噴3～5 cm厚混凝土封閉圍巖，再掛網(wǎng)并安設(shè)工字鋼拱架，最后鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿并補噴厚10～15 cm的混凝土。具體開挖支護情況見圖2。

6.3對斷層破碎帶實施鉆孔取芯

在兩側(cè)旁洞內(nèi)各進行一個鉆孔取芯，鉆孔取芯長度貫穿整個斷層破碎帶且至少要有長度10 m的、RQD(巖石完整系數(shù))大于或等于60%的良好巖石，根據(jù)取芯成果對導洞施工方案進行優(yōu)化。

6.4導洞施工

根據(jù)左、右旁洞開挖后揭露出的巖石情況，將左、右旁洞拐點確定在輸水隧洞樁號K16+134.87。從左、右旁洞向中間徑向開挖，逐步形成上部導洞圓掌子面；向前領(lǐng)進開挖導洞穿過斷層破碎帶，直至其進入較好的圍巖洞段為止。

6.4.1超前管棚施工

考慮到導洞地質(zhì)條件差，開挖前對導洞頂拱120°范圍內(nèi)采用手風鉆施工自進式錨桿(φ25@35 cm，L=6 m，外插角約10°)并固結(jié)灌漿，形成超前管棚，每3個循環(huán)進行一次超前錨桿固結(jié)灌漿施工。

6.4.2導洞的開挖、支護施工

(1)導洞分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ部分開挖、支護，見圖3。

(2)導洞開挖采用人工手風鉆鉆孔裝藥爆破(小藥量、短進尺、弱爆破)，人工、小型裝載機配合出渣，每循環(huán)進尺約1 m。爆破裝藥量控制情況見表1。

(3)導洞的開挖與支護。

采用分部開挖的方式，及時進行噴混凝土+鋼支撐+掛網(wǎng)噴混凝土+系統(tǒng)錨桿支護的導洞開挖支護，直到掌子面圍巖滿足掘進條件為止。

6.4.3固結(jié)灌漿及鋼拱架加固

導洞開挖、支護完成后，實施頂拱固結(jié)灌漿和鋼支撐拱腳加強鎖腳及固結(jié)灌漿，并將所有鋼支撐拱腳用φ25鋼筋焊接，澆筑斷面為400 mm×400 mm鋼筋混凝土梁，具體加固措施見圖4。

7TBM準備掘進

2014年5月22日，導洞支護及各項加固措施經(jīng)驗收合格、滿足條件后準備開始掘進。在掘進過程中，密切關(guān)注兩側(cè)拱腳，同時在掘進后的兩側(cè)拱腳部位及時回填豆粒石包袋或豆粒石加水泥混裝袋。

8結(jié)語

通過采用上述的施工方法，TBM順利地通過了塌方段，證明采用這種脫困方法是可行的，從而為今后雙護盾硬巖掘進機脫困施工提供了借鑒。

楊弦(1987-)，男，湖北天門人，助理工程師，學士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

周長虹(1986-),男，四川冕寧人，助理工程師，從事工程測量工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0021-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV52;TV554

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