全斷面隧洞掘進機在引水隧洞施工中應用探討

李 軍（湖南益眾水利建設有限公司）

全斷面隧洞掘進機在引水隧洞施工中應用探討

李 軍（湖南益眾水利建設有限公司）

近年來，我國全斷面隧洞掘進機（TBM）制造技術得到了較快的發展，TBM施工的應用技術也逐漸成熟。對于具有復雜地質條件的水電工程而言，引水隧洞施工方案的合理選擇具有十分重要的意義。基于此，本文以某工程為例，詳細的闡述了TBM施工在引水隧洞的應用，以供參考。

全斷面隧洞掘進機；引水隧洞施工；應用

1 引言

全斷面巖石掘進機可簡稱為掘進機或是TBM。近年來，我國隧洞掘進施工技術發展較快，并已在鐵路、水利水電等工程中得到了較為廣泛的應用。但引水隧道施工中，全斷面巖石掘進機的應用還不是很成熟，必須加以深入研究。

2 工程概況

某水電站樞紐工程建筑物由碾壓混凝土重力壩、左岸長飲水系統等構成，總裝機容量達2575MW。該水電站樞紐工程左岸飲水系統共布設了3條引水隧洞，隧洞主要采用圓形斷面，襯砌之后的直徑為12.50m，其中，1#、2#、3#引水隧洞處的洞長分別為14353.48m、14115.90m、14128.07m，該項目引水隧洞全線施工均采用鋼筋混凝土襯砌工藝進行。

此外，該工程項目引水隧洞的最大埋深將近千米，最小埋深不足百米，其洞室圍巖由中厚-厚層變質砂巖、花崗偉晶巖脈共同工程，主體為變質砂巖。通過對工程地質進行宏觀分析發現，項目左岸引水方案地下洞室圍巖總體主要為Ⅲ類，其中，Ⅱ類圍巖9%、Ⅲ類圍巖46%、Ⅳ類圍巖35%、Ⅴ類圍巖10%，由此可知，其總體具備成洞條件，但是少數部位可能存在承壓水涌水問題與高地應力情況。

3 斷面引水隧洞施工難點分析

在該工程項目整體施工中，斷面隧洞爆破施工具有較大的難度，主要因為在于隧洞所在區域的地質條件。爆破施工直接決定了隧洞掘進施工，如果無法對其進行有效的控制，必定直接影響到工程項目后續施工工作的順利進行。同時，如果爆破作業沒有達到預期目標或是爆破的效果不理想，硬質圍巖極容易發生坍塌故障，進而對工程后續施工工作的順利開展造成直接影響，并且還要嚴重威脅到施工人員的人身安全。因此，在進行工程隧洞爆破施工工作時，必須選用適宜的爆破工藝，以確保爆破作業質量，提升整體施工經濟效益。

此外，隧洞出渣也是斷面引水隧洞施工難點之一，并且也是爆破作業之后的一道工作程度，如果隧洞出渣工作無法滿足項目相關要求，極有可能影響到工程后期施工的順利進行。在工程隧洞施工過程中，如果渣堆堆放的過多，就會占用過多的隧洞空間，進而對其他項目的順利進行造成一定的影響。在隧洞施工過程中，如果外部環境條件相對不穩定，特別是地質方面的條件，再加上隧洞工程所占據的區域相對較小，大型挖裝機幾乎無法進入，大大增加了出渣工作的難度，如果僅僅依靠小型機械或人力方式進行出渣清理，很難在短期內完成相應施工工作。隧洞出渣操作所用時間相對較長，所以，如果在出渣工作完成之后再進行其他施工，就會增加施工時間，進而對整體工程項目工期造成影響。如果在洞身開挖過程中就進行混凝土的堆砌操作，必定嚴重影響到隧洞開挖的穩定性。通過上述分析可知，應當在開挖洞身的同時進行混凝土的堆砌工作，但必須對洞身進行有效的支撐，以確保隧洞開挖施工的安全性。為了節省時間、縮短工期，施工人員可開挖兩條運輸路線，避免由于交通堵塞造成工期的延誤。

4 TBM選型

就當前情況來看，在我國隧洞工程施工過程中，主要包括開敞式與雙護盾式兩種用于巖石隧洞開挖的掘進機。其中，對于開敞式掘進機，其在各種類型的圍巖環境下，都可以依靠支撐靴板頂在圍巖巖壁上提供的前進過程中所需要的反作用力。對于雙護盾式掘進機，其在圍巖條件較為良好時，與開敞式掘進機相同，通常依賴支撐靴板頂在圍巖巖壁上提供前進所需的反作用力，但是，如果圍巖條件相對較差，還需要依賴支撐系統在預制混凝土管片上提供前進所需的反作用力。

通過對該水電站引水隧洞地質條件進行全面的分析可知，如果采用開敞式TBM施工工藝，能夠在開挖之后的較短期限內，直接觀測到內開挖的巖面，促進已開挖隧道地質描述工作的順利進行。在局部洞段施工過程中，如果遇到了高壓地下水或是破碎帶等不良地質情況，還需采用鉆爆法施工進行支援。

5 TBM施工

5.1 TBM的施工方案

5.1.1 TBM施工范圍的確定

（1）工程地質分析

通過對該水電站引水隧洞工程地質條件進行綜合分析發現，應采用TBM工藝進行施工，但由于不同施工段條件的差異，適應程度存在較大的差異，這就需要在充分考慮工程施工段實際情況的基礎上，選用合理的施工技術與工藝。其中，A河段采用淺埋倒虹吸布置型式跨越某河流，不宜采用TBM施工；B溝段屬于宋玉斷層及其影響帶，由于收到了較強的構造擠壓作用，導致巖體出現破碎現象，屬于碎裂—散體結構，以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，圍巖穩定性、成洞條件均相對較差，沿斷層及其破碎帶地下水活動較為強烈，極有可能發生突發性涌水現象，再加上宋玉斷層的影響帶寬度較大，此處不適宜采用TBM施工。

（2）施工組織分析

通過分析該水電站項目引水隧洞布置狀況，決定采用鉆爆法和TBM法混合的施工方法進行引水隧洞施工，其中，1#、2#引水隧洞采用TBM法施工，3#引水隧洞采用鉆爆法施工。該水電站引水隧洞采用TBM洞段為 （引2）1+740～（引2）9+ 230m，其他洞段均采用鉆爆法施工。

5.1.2 TBM施工

該水電站引水隧洞TBM施工范圍為（引2）1+740～（引2）9+230m，所以，在采用TBM工藝進行相應施工時，應以5#支洞作為TBM設備運輸通道，但需要將TBM組裝洞安裝在5#支洞與1#、2#引水隧洞交匯處，在組裝完成相應的工作設備之后，需要自上而下挖掘，當掘進至1+740m樁號，即為2#支洞周圍時，應進行TBM拆卸洞的設置，為TBM設備拆卸操作的順利進行提供便利，完成拆卸之后從2#支洞運出。除此之外，施工通道可在預可行研究階段布置7條支洞，然后進行引水隧洞的局部擴挖操作，形成TBM組裝洞、TBM拆卸洞。

5.2 出渣方案

隧洞開挖過程中平洞開挖料的運輸可分為有軌運輸、無軌運輸與皮帶機運輸三種類型。其中，有軌運輸適應于各種開挖斷面、洞內運輸距離較長、無污染，但施工成本相對較高，靈活度也較低；對于無軌運輸，其運輸線路可以靈活選擇布置，但存在長隧洞施工通風困難、附加洞室工程量較大、洞內污染較為嚴重的缺陷；皮帶機運輸結構簡單、工作平穩可靠、輸送能力大、功耗小、無污染，但施工成本較高。

除此之外，長皮帶運輸能夠高效連續工作，從而促進TBM快速掘進目標的實現，受高壓大流量地下水的影響相對駕校，所以還可采用洞群施工條件，為隧洞混凝土襯砌、回填灌漿、固結灌漿等后續工作的快速進行提供便利。通過上述分析，決定該水電站引水隧洞TBM施工洞段采用連續皮帶機出渣方案進行出渣作業。

6 結語

綜上所述，全斷面隧洞掘進機集開挖、出渣、襯砌、回填、灌漿于一體，并且有效結合了計算機、遙控等較為先進的電子信息設備，有利于妥善解決我國的治水新問題，進而為我國水利施工的安全保障提供幫助。

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TV554

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2095-2066（2016）22-0105-02

2016-7-20

李 軍（1986-），男，工程師，本科，主要從事項目經理等工作。