淺談敞開式TBM在不良地質段塌方處理

田春成 王群

【摘 要】敞開式TBM是集掘進、出渣、初期支護、通風除塵于一體的隧道洞室開挖施工設備，適用于巖石整體較完整，具有較好的自穩性的巖石段洞室開挖。文章通過對不良地段運用TBM開挖過程中對不良地質地段出現前的預判和對不良地段的超前地質預報與支護，并對不良地段的塌方的處理方法及注意事項進行了詳細分析，旨在為該類工程建設提供參考和借鑒作用。

【關鍵詞】敞開式 TBM 地質 處理 方法

1 TBM結構及施工方法

敞開式TBM是集掘進、出渣、初期支護、通風除塵于一體的隧道洞室開挖施工設備，適用于巖石整體較完整，具有較好的自穩性的巖石段洞室開挖。TBM由主機、連接橋、后配套及TBM附屬支護設備組成。TBM施工步驟為撐靴→掘進→換步→撐靴，附屬施工工作為鋪設TBM及機車軌道，通風筒延伸、供電線路延伸、供水排水延伸、連續皮帶延伸。

2 不良地質段出現前分析判斷

在TBM的開挖過程中，主要采取以下措施進行分析判斷：根據皮帶機渣料判斷，開挖渣料塊狀多、含泥量大，說明地質條件差。在停機和刀盤安裝刀具時，地質人員可以通過刀座對前方圍巖進行觀察判斷，也可以由刀座安裝孔進入掌子面對圍巖觀察作出的判斷。TBM操作手從掘進參數的判斷。TBM在掘進過程中，圍巖條件的變化，時時刻刻都在影響著TBM的掘進參數。通過分析TBM掘進參數的變化，亦可判斷圍巖的好壞，以此指導施工，防止圍巖坍塌。在實際施工過程中，如掘進推力低于100bar（相當于6.43MN），而推進速度大于額定值的40%，則可大致推斷前方圍巖較差，需注意防止發生坍塌。

3 不良地質段超前地質預報及支護

在隧道施工中，超前地質預報是解決不良地質地址段TBM設備順利施工的重要手段。TBM掘進時，使用宏觀超前預報如工程地質法，長距離超前地質預報如TSP技術，短距離超前預報如BEAM系統。在不良地質段內，根據超前地質預報結果，綜合分析出護盾后圍巖的巖性、結構、構造和地下水情況，判斷掌子面前方圍巖的工程地質、水文地質特征。通過幾何做圖確定隧洞拱頂、邊墻不穩定塊體規模，采取超前支護如超前錨桿支護、超前小剛管注漿支護。

4 不良地質段塌方處理

在不良地質段引起塌方的原因主要有出現斷層、巖石破碎帶、節理裂隙發育地段、局部不穩定的楔形體導致巖石失穩塌方，塌方的位置主要為頂拱及倆側邊墻。在塌方段TBM施工的原則為：管超前、嚴注漿、慢開挖、快封閉、快襯砌。

在TBM掘進過程中發生頂拱塌方時施工程序為清撬松動巖石→塌腔內布設錨桿→噴射混凝土→支立鋼支撐→鋼支撐內側焊接鋼板→回填混凝土→塌方段固結灌漿。

（1）在清撬松動巖石時需在安全員指揮下進行，清撬時注意保護好TBM設備，防止掉下來的石頭將電氣線路或液壓管路損壞。

（2）塌方部位如果有地下水，在水量小時應采用鉆孔安裝水管方式沿著洞臂引到洞內的排水管中排到洞外；在水量大時采取以賭為主、以排為輔，對出水部位進行阻水灌漿。

（3）采用TBM附屬設備錨桿鉆機在塌腔內布設Ф25L=4500mm錨桿，梅花形布置、根據實際情況確定錨桿外漏尺寸，錨桿外漏部分要保證在后期混凝土回填時，起到巖石與混凝土之間相互支撐的作用；布設完錨桿后對塌腔內噴射C30混凝土厚度為20cm，TBM附屬混凝土噴射機噴射不到的部位，采用TK600混凝土噴射機進行噴射，及時封閉塌腔內裸露的巖石；利用鋼拱架安裝器進行鋼支撐支護，間距為0.5m，未塌方部位鋼支撐之間連接采用[10槽鋼間距按1.0m進行連接，增加鋼拱架之間的穩定性，塌方部位鋼支撐之間連接采用5mm厚鋼板進行焊接（如塌方部位在鋼板焊接時在塌腔內預埋兩根直徑Ф325鋼管，在混凝土施工時使用；如塌方部位在邊墻，在焊接鋼板在毛混凝土澆筑前，分層進行焊接），鋼支撐支立結束后迅速對未塌方的部位進行噴射C30混凝土，厚度為15cm，防止塌方部位外延。

（4）塌腔回填混凝土。頂拱塌方部位混凝土回填：TBM掘進施工所用的水平撐靴在洞臂兩側，塌方部位出現在頂拱時，對TBM正常掘進影響較少，能夠有較充分的時間對塌腔內進行回填混凝土處理。頂拱塌方部位混凝土回填標號采用C30混凝土，并添加早強劑以便盡快達到設計強度，混凝土入倉塌落度控制在200mm±20mm。當塌方部位出現在頂拱并且塌腔深度大于1m時，回填混凝土分兩期施工，一期混凝土厚度為鋼支撐最高點以上50cm形成承載殼，混凝土入倉使用混凝土輸送泵入倉，混凝土輸送泵管沿著預埋的鋼管深入塌腔，另一根預埋鋼管作為排氣孔。在焊接的鋼板上安裝平板振搗器，對一期混凝土進行振搗，一期混凝土終凝，達到設計強度后，再對剩余空腔進行混凝土回填。待回填混凝土全部達到設計強度后再對塌方部位進行固結灌漿，確保塌方部位穩定安全。塌腔深度小于1m時可一次性回填混凝土。邊墻塌方部位混凝土回填：塌方部位出現在邊墻時，TBM水平撐靴無法撐緊，影響TBM的正常掘進，需要停機對邊墻塌方部位進行處理。為了縮短塌方處理時間，對邊墻塌方部位進行C30毛石混凝土回填，埋石率30%，混凝土入倉塌落度控制在180mm±20mm，C30毛石混凝土配合比如下：在毛石混凝土施工前，首先用鋼板在邊墻塌方部位底部緊貼鋼支撐內側進行焊接，每層焊接高度為50cm，混凝土澆筑每上升2層預埋一排Ф42鋼管，鋼管長度根據實際情況確定，間距1m，各層預埋鋼管之間梅花形布置。采用混凝土輸送泵入倉方式，插入式振搗器振搗。混凝土澆筑結束達到終凝后，在預埋的Ф42鋼管內插入電熱管進行加溫，電熱管之間串聯，并安裝漏電保護器。通過電熱管加溫后混凝土3天強度到19.5MPa，可以滿足TBM水平撐靴壓力要求。

5 不良地質段施工注意事項

在TBM施工前應對工程地質和水文地質資料進行詳細的分析判斷，制定相應的預防預報措施，備足有關的應急機具和材料。在TBM施工過程中堅持以預防為主，根據地質預報對掌子面前方地質狀況作出判斷，避免TBM在沒有任何保護措施的情況下進入不良地質段。在TBM施工過程中應常觀察巖層和地下水的變化情況，防止突然事故的發生，在不良地質段出現地下水時應先治水。在臨近TBM開挖掌子面的現場倉庫內儲備一定數量的支護材料及排水設備，以備應急。

6 結語

在TBM不良地質施工時預報預防是關鍵，當在不良地質段出現塌方時應首先保證人員安全、TBM設備安全的前提下對塌方部位進行處理，并確保工程施工安全。

作者簡介：田春成（1982—），男，漢族，遼寧撫順人，本科，工程師，從事水利工程施工。