管棚與化學灌漿在TBM卡機脫困中的應(yīng)用

羅 毅

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

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管棚與化學灌漿在TBM卡機脫困中的應(yīng)用

羅 毅

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

摘要：TBM具有施工速度快，對環(huán)境影響小，可以開挖、支護、襯砌同步進行等優(yōu)點，在隧洞施工中應(yīng)用越來越廣泛。但在地質(zhì)條件較差的洞段，TBM刀盤容易被卡住，若處理方法不得當，導(dǎo)致長期不能脫困影響工期或者TBM刀盤受損。本文通過遼寧省重點輸水工程中TBM卡機的處理，介紹采用管棚與化學灌漿聯(lián)合施工的在TBM中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：TBM卡機；化學灌漿；管棚

1　概述

本工程在樁號116 +956～128 +426范圍內(nèi)采用開敞式TBM施工，從下游向上游施工，開挖洞徑8.5m。在樁號119 +431～119 +546范圍內(nèi)為F64斷層或斷層影響帶。F64斷層洞頂埋深90m，產(chǎn)狀150°∠50°，為壓扭性斷層，斷層帶由斷層角礫巖及碎裂巖組成，受壓力擠壓作用明顯，洞室圍巖破碎—較破碎，呈散體結(jié)構(gòu)—碎裂結(jié)構(gòu)，地下水呈滴水—線流狀，圍巖自穩(wěn)時間很短，極不穩(wěn)定，為Ⅴ-Ⅳ類圍巖。當TBM掘進到119 +508樁號時，TBM掘進前方發(fā)生大面積塌方，TBM卡住而不能轉(zhuǎn)動。

2　卡機原因分析

TBM卡機后，進入TBM刀盤內(nèi)部，通過TBM刀盤前方探孔探測，發(fā)現(xiàn)在TBM刀盤前方3m和上部5～8m范圍內(nèi)發(fā)生大面積塌方。巨大的塌方體壓住刀盤，使刀盤被卡出。刀盤前方3m及刀盤上部8m范圍內(nèi)全部為塌方下來的松散體。為了達到刀盤脫困的目的，應(yīng)先清理刀盤上部的塌方體，但塌方體巨大，如果采用人工清理，刀盤內(nèi)部施工位置狹小，不能夠組織大量的人力進行清理，因此要想TBM脫困時，需要先加固塌方體，再清理刀盤上部的渣體，然后轉(zhuǎn)動刀盤。

3　刀盤脫困措施

在對掌子面前方塌方體的大小和范圍進行初步分析、判斷的基礎(chǔ)上，采用以下方案解決TBM卡機問題：（1）掌子面前方采用化學灌漿加固破碎圍巖；（2）護盾上部采用超前管棚支護加固上部散落巖體，并進行化學灌漿；（3）清理刀盤上部壓住的巖體，恢復(fù)刀盤轉(zhuǎn)動。

3.1 管棚施工

3.1.1 管棚布置

隧洞中心線左側(cè)30°至中心線右側(cè)60°拱部范圍內(nèi)施作Φ76超前管棚，布置管棚16根，管棚長15m，管棚環(huán)向間距30cm，外插角控制在10～15°，管棚布置及范圍見下圖1。

圖1　管棚布置示意圖

根據(jù)上述管棚設(shè)計，管棚全部位于松散巖體內(nèi)。松散巖體內(nèi)成孔困難，若采用跟管鉆進進行管棚施工，鉆機機體大，TBM刀盤上部作業(yè)空間小；若采用前進式注漿逐段加固松散體施作管棚，則施工時間太長。經(jīng)綜合比選，決定采用普通地質(zhì)鉆機進行管棚施工，利用地質(zhì)鉆的中空鉆桿作為注漿通道，進行注漿加固，鉆頭和鉆桿直接埋在松散體內(nèi)。

3.1.2 注漿

考慮到管棚施工距離TBM護盾較近，灌注普通水泥漿凝固較慢，漿液容易擴散到護盾和刀盤上，將刀盤和護盾與巖體固結(jié)在一起，使刀盤轉(zhuǎn)動更加困難。因此選用化學漿液進行化學灌漿。因管棚管體在松散體內(nèi)，注漿前用麻絲摻錨固劑將管棚和孔口之間縫隙堵塞牢固，防止注漿時漏漿，管棚口與閘閥焊接牢固，注漿終結(jié)時關(guān)閉，防止漏漿。

管棚施工工藝流程見下圖：3.1.3 注漿參數(shù)

圖2　管棚注漿施工工藝流程圖

為防止管棚注漿漿液滲至護盾和刀盤位置，導(dǎo)致護盾刀盤與巖體固結(jié)，選用擴散系數(shù)低，凝固快的漿液，注漿時采用低壓注漿，漿液采用聚氨酯類，DH-500親水型（A）和DH-510疏水型（B）。初始注漿壓力為0.1MPa，終壓注漿壓力為0.5MPa。

3.2 刀盤前化學灌漿施工

先清理刀盤內(nèi)部積水及渣體，做好刀盤內(nèi)施工用作業(yè)平臺及相關(guān)安全防護工作，化學灌漿漿液采用聚氨酯類：DH-500親水型（A）和DH-510疏水型（B）。

3.2.1 鉆孔

（1）化學灌漿的注漿孔采用改造過的YT28風鉆，鉆桿采用自進式玻璃鋼鉆桿。鉆孔布置在刀盤全斷面范圍內(nèi)，鉆孔深度3～4m，通過中心刀刀孔或刮渣板孔人工點動刀盤確定孔位，上部180°范圍內(nèi)均布8個，下部左右兩側(cè)布置2個。利用刀盤進人孔在掌子面前方布置3個孔，鉆孔角度約60°左右；通過中心刀及附近刀孔向掌子面前方進行水平鉆6個孔，鉆孔的位置盡量在進人孔和中心刀孔施工比較方便的位置進行，一共布置18個鉆孔。

（2）鉆孔及注漿順序為先實施TBM刀盤前方上下左右鉆4個孔后，然后進行中間的6個孔，最后是其余的孔。

3.2.2 安裝注射管路

（1）鉆桿梅花型鉆孔的長度小于2m，孔間距30～40cm。

（2）注漿時，在距孔口1.0～1.5m范圍內(nèi)放置封孔器。

（3）在注漿管路上做好標記，始終做到每次注漿管路與出漿口連接相互對應(yīng)。

3.2.3 灌漿施工

（1）安裝好灌漿泵后，檢查油霧化器、空氣凝結(jié)器、氣動二聯(lián)件等部件是否能夠工作正常，進行試驗灌注。

（2）緩慢開啟注漿泵進風控制閥，使A、B（比例為1∶1）兩種灌漿液分別在兩個物料桶中循環(huán)，待A、B進料管中氣泡排凈后，檢查進料系統(tǒng)部件和進料配比，確保整個系統(tǒng)能夠正常運行。

（3）灌漿系統(tǒng)運行正常后，停泵，按照規(guī)定的方式連接灌漿系統(tǒng)，如圖3。灌漿時應(yīng)先低速，再逐部提高灌漿速度，當灌注快完成時降低灌注速度，直至閉漿停泵。

圖3　化學灌漿示意圖

（4）當達到以下條件之一時，停止灌漿：

①注漿壓力升高至0.6MPa。

②掌子面前方表面其他位置有漿液溢出。

③單孔灌漿量達到0.2t/m。

（5）注漿結(jié)束后，用A組份料沖洗混合口，約10s左右后停止灌漿。

3.3 刀盤脫困

采用化學灌漿和管棚加固周圍巖體后，可以嘗試啟動刀盤，然后退刀盤10cm，查看護盾是否卡住，嘗試轉(zhuǎn)動刀盤。若刀盤不能啟動，通過刀盤進人孔及中心刀部位進入刀盤前方，人工清渣，若刀盤仍然不能啟動，繼續(xù)后退10cm，邊清渣邊支護，直到刀盤轉(zhuǎn)動。

在刀盤前方形成空間后，及時采用方木（15cm×15cm）與木板（厚5cm）進行支護，將木板緊貼前方圍巖，方木橫撐在刀盤和木板之間，扒釘固定方木和木板。方木橫撐的豎向間距不超過50cm，橫向間距不超過100cm。空間上方在橫撐之間搭設(shè)木板滿鋪，防止上部掉塊。圍巖較差時可適當加密支撐，或采用型鋼加強支護。

4　結(jié)語

在本次TBM卡機事故中，在TBM后退了90cm后，TBM刀盤終于能夠轉(zhuǎn)動，并順利掘進。從卡機到再次順利掘進，本次事故處理僅花了20天。管棚施工與化學灌漿的處理方法，能夠達到加固TBM刀盤上部與前方圍巖的作用，同時，清理刀盤周邊的巖體，減少TBM初始轉(zhuǎn)動扭矩，使TBM能夠再次順利啟動。本次事故處理的經(jīng)驗可以為其他類似工程提供參考。

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作者簡介：羅 毅（1984年—），男，工程師。

收稿日期：2015-11-17

中圖分類號：TV554

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0098-03

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.036