隧洞TBM施工排水及突涌水專項施工措施分析

張研

【摘要】目前TBM施工在國內已經廣泛應用于水利、交通等行業，施工環境越來越趨于復雜，但在TBM施工過程中也存在諸多安全隱患，現場實際排水能力和理論計算排水能力往往相差較大，一旦發生瞬時大流量突涌水，極有可能導致施工暫停且易引發安全事故；因此，需要對隧洞的實際排水能力進行準確的計算分析，以便根據預測的最大突涌水量采取相應的工程措施，避免突涌水狀況下TBM設備被淹受損，影響施工。

【關鍵詞】隧洞TBM；施工排水；突涌水技術

一、前言

從目前的現狀來看，TBM施工在國內已經廣泛應用于水利、交通等行業，施工環境越來越趨于復雜，本文結合TBM施工工法對施工過程中排水存在的問題進行解決，并且加強采取相應的技術措施解決施工突涌水。

二、工程概況

新疆某水利工程T3標段1#施工支洞為某工程主洞的施工支洞，支洞設計長度為2583.56m，縱坡為10.4%。

支洞采用鉆爆法與TBM開挖相結合的施工方案，均為順坡掘進、逆坡排水。鉆爆法設計施工長度為1002m，實際施工長度為965m，TBM法設計施工長度為1581.56m，實際施工長度為1614.493m。

三、TBM施工排水技術方案

1、排水量估算

（1）穩定滲涌水量計算：

支洞全長穩定滲涌水量=非斷層穩定滲涌水量+斷層穩定滲涌水量

=（494+384）+（561+2463+1001+3012+90）

=333.5m3/h

（2）最大滲涌水量計算：

支洞最大滲涌水量=非斷層穩定滲涌水量+穩定斷層滲涌水量+前500m斷層最大 滲涌水量 +施工斷層最大滲涌水量

=[494×（1038-110）/1038+384×（804-168）/804]+（561+2463+1001+3012）+（9137）+（291）

=717.1 m3/h

注：1.穩定斷層滲涌水量為開挖完成時間超過1個月后的斷層滲涌水量；

2.計算假設在施工本斷層時，掌子面后500m范圍洞段為最大滲涌水，500m后已達到穩定滲涌水量。

綜上所述，支洞最大滲涌水量發生在支洞樁號2+146m～2+396m段最大匯水量為717.1m3/h。

2、排水方案

（1）排水系統能力

根據相關要求，支洞最大出水量為720m3/h，排水系統設計在TBM處按照大于720m3/h設計。

（2） 不同水質的水泵選型

為提高排水效率，結合被排水水質，TBM后配套水箱前配置6臺排污泵，后配套水箱之后水泵全部配置為礦用耐磨泵。

（3）泵站的設置

主、支洞交叉口地面與支洞洞口底板高差高達251m，為減少排水運行費用，應：

1）支洞開挖后盡可能進行堵水處理。

2）支洞沿線分級排水，設置接力泵站。

（4） 管道流速選擇

正常排水管道流速應為1.5m/s～2m/s，應急排水管道流速應為3m/s～3.5m/s。

（5） 排水管壁厚選擇

為降低成本，根據管道的排水壓力，選取相應經濟壁厚，當管路≤200mm時，管道壁厚為2種；當管路直徑>200mm且≤400mm時，管道壁厚擬為3種。壁厚應充分考慮水錘產生的壓力。

（6） 清、污水分別排放

為減少污水處理量，污、清分別排放，正常排水管道（污水）應排入洞外沉淀池，處理后排放；應急排水及洞體滲水（清水）應直接排放，特別注意洞體滲水及突涌水的排水系統應獨立設計，不應與正常排水混合。

（7） 延伸排水管道閘閥設置

TBM掘進段的排水管路沿線設置閘閥，其間距應不小于300m。

（8） 洞壁管道布置

TBM后配套的排水管路延伸儲存裝置布置在右側，存在與集水井和集水箱不同側問題，在主支洞交叉口存在與中轉服務區交叉，支洞施工期間應急排水管路設置在進洞方向的左側，正常排水的管道設置在隧洞左側。

（9） 管道延伸方式

直徑不大于200mm的排水管路，延伸儲存裝置的型式采用卷筒式；當管路直徑為400mm時，TBM后配套部分采用DN250mm的高壓軟管與DN426mm的鋼管相連，高壓軟管采用S型收放儲存，收放儲存量不小于12m，實現TBM掘進管路不中斷功能。

（10） 泵站布置

支洞泵站包括TBM后配套泵站和支洞洞段各沿線泵站。TBM后配套污水箱前、后泵站，支洞洞段從主支洞交叉口起，共設三級泵站，設置在支0+930.0m、支1+965m及主9+620m處，分級接力抽排。

四、加強突涌水技術的措施

為避免隧道出現突泥涌水情況，必須加強隧道的超前地質預報。隧道施工前，對全隧道采用長距離的TRT2000地震反射法地質預報，宏觀掌握掌子面前方的地質情況，采用紅外探水在富水帶30米左右處進行一次中長距離的探測，對圍巖的地質情況及富水程度再次進行預測和驗證。如有異常對異常處采用鉆孔進行驗證，并指導施工，最后探明情況后施工利用TBM設備上配備的1臺COP1838HD鉆機進行施打50米的超前探孔，進行每個開挖循環的跟蹤預報和探測。超前探孔的布置在二圈眼的位置，拱頂1個、兩邊各1個，根據情況再增加，保證有3個以上的探孔，并及時進行信息收集、處理、反饋，并根據預報結果，及時報相關單位，調整設計，改變施工方案及施工方法。根據超前地質預報所揭示地質斷層及地下水的水量情況，結合以往施工經驗和結構設計要求，視地質情況采取超前預注漿、超前小導管注漿等支護方式對破碎圍巖進行超前支護。 TBM掘進期間應做好地質超前預報工作，重點做好超前探水工作。

現場地質工程師根據物探資料和設計地質資料，對前方圍巖狀況及時作出判斷，并對作業人員進行告知，采取合理的掘進與支護參數，做好各項應急準備。

五、結束語

綜上所述，在施工過程中的排水及涌水是影響TBM設備安全和工程進度的重要問題，排水不利不僅會導致TBM設備的損毀，也會嚴重影響施工工期和參建各方的經濟效益，更會影響TBM隧洞掘進這一先進施工方法的推廣應用。TBM隧洞施工具有操作性強，工作效率高，解決了施工中排水問題，保證了TBM設備的正常運行，因此得到了非常廣泛的應用。

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