TBM穿越河谷施工技術(shù)研究

劉國柏

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司, 遼寧 沈陽　110015)

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TBM穿越河谷施工技術(shù)研究

劉國柏

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司, 遼寧 沈陽110015)

隨著TBM施工技術(shù)在超長水工隧道中的大量運用，穿越有水河谷就成為不可避免的工程問題。本文以應(yīng)急入連工程輸水隧洞橫穿天馬河TBM施工為例，對施工過程中的技術(shù)問題和防水措施進(jìn)行了研究，結(jié)論對類似工程具有借鑒價值。

TBM施工； 天馬河； 防水措施

1　工程概況

1.1工程簡介

大連市位于遼寧省南部，三面臨海，是遼寧嚴(yán)重資源型缺水城市之一。大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程是為了進(jìn)一步緩解大連市用水緊張而實施的重要水利工程，該工程設(shè)計調(diào)水量為每年3億m3，能夠極大緩解大連市水資源不足的現(xiàn)狀。工程以碧流河水庫為界分為碧流河北段工程和碧流河南段工程，線路總長201.32km。其中碧流河北段工程長165.07km，包括150.96km的輸水管線和14.11km的輸水隧洞。根據(jù)管線的總體布置，隧洞位于蓋州市境內(nèi)，入口位于許屯鎮(zhèn)任屯村，出口位于梁屯鎮(zhèn)殺虎嶺村北碧流河北岸[1]。輸水隧洞采用TBM盾構(gòu)施工工法，其中穿越天馬河施工地段水文地質(zhì)情況異常復(fù)雜，給施工帶來了一定困難。

1.2項目區(qū)水文地質(zhì)特征

輸水隧洞穿越天馬河河谷地段的地層主要是泥質(zhì)砂巖和砂巖，風(fēng)化程度中等。據(jù)前期地質(zhì)采樣分析，巖層的最大強度為30.27MPa，最小強度為5.25MPa，地層軟硬不均、強度變化較大、破碎程度高，隧道的最大埋深為70.89m，最小埋深僅為12.13m。

施工段的地表水主要是天馬河的地表徑流，該河道常年有水，谷深流急，且汛期多短時洪水，水文特征比較復(fù)雜。施工段的地下水主要是松散巖孔隙水和基巖裂隙水。其中基巖裂隙水埋深為0.00～11.23m，并偶見自流孔。復(fù)雜的水文地質(zhì)環(huán)境，給施工過程中的防水、防滲技術(shù)提出了更高的要求。

2　TBM穿越天馬河河谷的施工措施

2.1前期準(zhǔn)備工作

負(fù)責(zé)具體施工的項目部全體成員進(jìn)行了充分的思想動員，為TBM穿越天馬河河谷施工做好了思想、技術(shù)、物資等方面的充分準(zhǔn)備，以確保TBM機能夠順利通過河谷段，使成型隧洞滿足項目設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。具體準(zhǔn)備工作如下：

a.組織相關(guān)技術(shù)人員熟悉穿越段天馬河河谷的水文地質(zhì)資料，走訪附近松樹底村村民，力爭對河谷地段有一個詳盡、客觀的了解，以便將施工參數(shù)調(diào)整到理想狀態(tài)。

b.在橫穿施工開始前，對TBM機等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一次全面檢修，特別是要做好刀具檢查，確保施工機械處于最佳狀態(tài)[2]。

c.加強TBM機的姿態(tài)控制，避免橫穿河谷施工中在姿態(tài)上出現(xiàn)較大偏差，杜絕在橫穿河谷地段大幅糾偏。

d.對前一階段的施工經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，針對河谷地段的具體情況進(jìn)行施工參數(shù)優(yōu)化，使TBM機能夠以最佳參數(shù)通過河谷地段。

2.2施工過程中的具體技術(shù)措施

選取施工過程中的前10環(huán)作為試驗段，以試驗獲取的經(jīng)驗數(shù)據(jù)優(yōu)化施工參數(shù)、完善施工工藝，保證TBM機能夠有序、平衡、平穩(wěn)通過天馬河河谷地段。

a.施工過程要做到組織有序。主要包括施工設(shè)備的保養(yǎng)有序、施工流程的安排與銜接有序以及施工過程的信息管理有序[3]。

b.保持TBM機的平衡。首先，要嚴(yán)格控制出渣量，每環(huán)不得超過50m3，避免因為超挖造成地表擾動，將透水事故降低到最小限度；其次，將刀盤轉(zhuǎn)速控制到0.9～1.1r/min，刀盤扭矩不超過2.8～3.7kN·m，推進(jìn)速度控制在2.5cm/min以內(nèi)；最后，盡量控制好TBM機的姿態(tài)，對出現(xiàn)的姿態(tài)偏差進(jìn)行實時糾正，使TBM機的軸線控制偏差保持在15mm以內(nèi)，嚴(yán)禁穿越河谷地段施工中進(jìn)行超量糾偏，避免TBM機的蛇形運動。

c.保持TBM機的平穩(wěn)[4]。首先是姿態(tài)平穩(wěn)、避免蛇形，每環(huán)姿態(tài)變化量不超過4mm；其次是管片平穩(wěn)，不僅要做好盾尾間隙測量，還要防止尾刷與管片碰撞導(dǎo)致的管片變形與密封性能下降；最后要保持推進(jìn)速度的平穩(wěn)，必要時可通過注入塑料的方法改善渣土性能，防止涌水流砂和噴涌現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3TBM機通過后的補強措施

a.二次注漿措施。TBM機同步注漿固然重要，但也存在漿液收縮產(chǎn)生縫隙的問題。因此，二次注漿不僅可以彌補襯砌的上述缺陷，還可以提高襯砌的止水能力。

b.為避免管片變形對地層產(chǎn)生擾動，施工中要求對管片的螺栓進(jìn)行三次復(fù)緊。也就是管片拼裝時進(jìn)行首次擰緊；在推出盾尾后進(jìn)行復(fù)緊；在后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)至拼裝環(huán)片時，對已經(jīng)成環(huán)的管片螺栓進(jìn)行三次復(fù)緊，并予以全面檢查。

2.4加強施工監(jiān)測

TBM淺層穿越有水河谷具有一定的危險，因此要在施工的全過程進(jìn)行周邊地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測[5]。對可能危及施工安全和影響周邊環(huán)境安全的隱患進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，以便及時采取應(yīng)對措施。在監(jiān)測過程中，控制基準(zhǔn)和預(yù)警閾值的確定不僅要滿足工程設(shè)計要求，還要滿足監(jiān)測對象的安全要求，不能超出設(shè)計值。

3　施工過程中的防水防滲漏技術(shù)措施

由于項目段地下水位較淺，水文地質(zhì)情況十分復(fù)雜，因此在施工過程中要采取有效技術(shù)措施，防止施工隧道的滲漏水情況。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，TBM施工過程中的滲漏水問題主要表現(xiàn)在三個方面：一是環(huán)縫滲漏，二是縱縫滲漏，三是管片螺栓和吊裝孔滲漏。因此，在施工過程中針對上述情況，采取了如下防滲漏技術(shù)措施。

3.1管片自防水

管片的防水質(zhì)量對隧道防水效果有決定性作用[6]，因此該施工段采用C50高強度混凝土制作防水混凝土管片，其抗?jié)B等級設(shè)計為P12。要嚴(yán)把管片生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)，在生產(chǎn)過程中不僅要滿足塌落度和最小水泥用量要求，還應(yīng)該做好養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)強度不得低于設(shè)計要求。在管片外弧側(cè)面設(shè)計三元乙丙橡膠密封墊止水結(jié)構(gòu)，以形成閉合的防水圈。

密封墊防水的原理是在防水混凝土管片預(yù)留的防水凹槽內(nèi)貼密封止水墊，在施工中壓縮密實而實現(xiàn)防水功能，在變形縫處要在密封表面設(shè)計遇水膨脹橡膠。三元乙丙橡膠密封墊的質(zhì)量是影響管片密封效果的直接因素，在使用前必須進(jìn)行質(zhì)量檢測，具體檢測指標(biāo)如表1所列。表中數(shù)據(jù)均是以密封墊的成品進(jìn)行切片測試的結(jié)果，如果以橡膠樣品測試，檢測指標(biāo)應(yīng)在表格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提高20%。

表1　三元乙丙橡膠密封墊檢測指標(biāo)

在密封墊粘貼前要先將混凝土管片的預(yù)留凹槽清理干凈并保持干燥，粘貼時要在凹槽內(nèi)側(cè)涂刷阻燃粘貼劑，該次施工中選用的是氯丁-酚醛粘貼劑。涂刷過程分兩次進(jìn)行，在第一遍涂刷表面初干時再涂刷第二遍，然后等待15min左右，待粘合劑中的溶劑基本揮發(fā)之后將兩個粘合面合在一起并壓實。

3.2螺栓孔與注漿孔防水

在該施工地段的施工中采用遇水膨脹橡膠圈進(jìn)行螺栓孔和注漿孔防水，橡膠圈的規(guī)格為外徑35mm，內(nèi)徑20mm，其性能指標(biāo)如表2所列。表中數(shù)據(jù)均指以密封墊的成品進(jìn)行切片測試的結(jié)果，如果以橡膠樣品測試，檢測指標(biāo)應(yīng)在表格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提高20%。

表2　橡膠止水圈的性能指標(biāo)

3.3TBM機進(jìn)出隧洞防水

施工中隧洞與端頭井的接頭處是防水的重點和難點區(qū)域，這里拐角較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，十分容易發(fā)生滲漏水現(xiàn)象。此外，TBM機在進(jìn)出隧洞時由于壓力驟降，混凝土管片容易產(chǎn)生接縫處漏水現(xiàn)象。因此在TBM機進(jìn)出隧洞時應(yīng)采用以下防水措施：

a. TBM機進(jìn)洞前，隧洞口要通過基坑維護(hù)樁以及混凝土臨時封堵的方法進(jìn)行防水。

b.在開放隧洞口后，TBM機應(yīng)該在最短的時間內(nèi)推低工作面，同時以簾布橡膠板及時封閉隧洞口，如下圖所示。TBM機到達(dá)時，要迅速推出洞門并迅速用水硬性漿液封閉洞口。

c.施工過程中如果產(chǎn)生洞門滲漏，要先進(jìn)行導(dǎo)流再澆灌混凝土，在其有足夠強度的情況下進(jìn)行化學(xué)固結(jié)灌漿。

簾布橡膠板設(shè)置示意圖

3.4其他防水措施

a.封頂塊插入時如果摩擦力較大，可以考慮涂抹潤滑劑，以防止橡膠密封墊被擠出或損壞，影響防水效果。

b.在遇水膨脹橡膠的表面涂刷緩膨脹劑。

c. TBM機進(jìn)洞時，前方的阻力明顯減小，極易造成管片之間由于缺少足夠的壓力而密實度不夠，此時不僅要緊固螺栓，必要時可以采取縱向拉緊措施。

4　結(jié)　論

本文以大伙房水庫應(yīng)急入連工程穿越天馬河河段的TBM施工為例，對TBM橫穿河谷施工技術(shù)進(jìn)行了研究與總結(jié)，得到如下結(jié)論：

a.項目區(qū)水文地質(zhì)條件異常復(fù)雜，給TBM施工帶來了不小的技術(shù)挑戰(zhàn)。

b.研究得出TBM橫穿河谷施工過程中的一些具體舉措：施工前要做好周密準(zhǔn)備，特別是做好TBM機的檢修與姿態(tài)控制；施工中要保證TBM機有序、平衡、平穩(wěn)掘進(jìn)；TBM機通過后要及時進(jìn)行二次注漿和三次緊固措施。

c.針對施工中極易發(fā)生的滲漏水問題，提出具體、有效的防水措施。

[1]李瑞,姜政同,丁子棟.大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程建設(shè)綜述[J].水利建設(shè)與管理,2012(S1):1-2.

[2]吳世勇,周濟芳.錦屏二級水電站長引水隧洞高地應(yīng)力下開敞式硬巖隧道掘進(jìn)機安全快速掘進(jìn)技術(shù)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2012(8):1657-1665.

[3]杜士斌.開敞式TBM在大伙房輸水隧洞工程中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2010(1):48-53.

[4]黃小軍,王建有,楊曉迎.大伙房水庫輸水工程TBM1施工段輸水洞安全監(jiān)測分析[J].水利水電技術(shù),2010(6):72-75.

[5]劉寧,張春生,褚衛(wèi)江,等.深埋破碎巖體TBM掘進(jìn)風(fēng)險評估與應(yīng)對[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2015(S1):3348-3355.

[6]劉東海,黃培志,馮守中.地質(zhì)條件不確定性下TBM管片結(jié)構(gòu)失事概率計算[J].巖土力學(xué),2010(4)：1181，1186,1192.

Research on TBM crossing valley construction technology

LIU Guobai

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110015,China)

Crossing water valley becomes an inevitable engineering problem with the massive application of TBM construction technology in super-long hydraulic tunnel. In the paper, Emergency Dalian Diversion Project water conveyance tunnel crossing through Tianma River TBM construction is adopted an example. Technology problem and water-proof measures in the construction process are studied. The construction has reference value on similar projects.

TBM construction; Tianma River; waterproof measures

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.005

TV554

A

1005-4774(2016)10- 0016- 03