小導洞施工技術用于高黎貢山隧道平導TBM脫困

劉建平，趙海雷,2

（1.中鐵隧道局集團有限公司，廣東 廣州 510000；2.盾構及掘進技術國家重點實驗室，河南 鄭州 450001）

1 引 言

全斷面隧道掘進機（Tunnel Boring Machine，TBM）作為巖石隧道最先進的開挖裝備，在我國已廣泛應用于鐵路隧道工程、水利隧洞工程、城市軌道工程以及煤礦巷道工程等領域[1]。

與傳統的鉆爆法相比，TBM的優點是可實現連續掘進，能同時完成破巖、出渣和支護等作業，具有較高的掘進效率，其掘進速度一般為常規鉆爆法的3～10倍，具有施工速度快、效率高、隧道成型好、對周邊環境影響小、作業安全及節省勞動力等優點，特別適合深埋長隧道的施工[2～5]。敞開式TBM主要是針對硬巖施工而設計制造的，一般適用于地質條件相對單一的中硬巖長大隧道，對斷層、構造發育及節理密集帶等軟弱破碎地層適應性較差，甚至需要停機處理，從而造成效率降低，成本攀升問題[6～9]。

高黎貢山隧道全長34.538km，具有“三高四活躍”的地質特點。采用鉆爆法結合正洞9.03mTBM與平導6.36mTBM的方法進行施工，其中TBM通過斷層破碎帶洞段是本工程控制的重點，也是難點。

2018年8月26日，彩云號TBM掘進至D1K224+204處，掌子面揭示圍巖嚴重惡化，中下部刀孔均被泥漿狀渣體堵塞，拱部可見處為塊狀堆積體，同時存在股狀出水，導致卡機。通過資料調研與專家論證，施工現場決定采用頂部小導洞開挖的方法對護盾周邊及掌子面進行加固的方法進行處理。該方案的順利實施能夠很好地保證彩云號TBM成功脫困，為工程順利實施奠定堅實的基礎。

2 工程意義

高黎貢山隧道所處地質環境特殊，工程建設規模宏大，施工技術要求高，為大瑞鐵路的關鍵控制性工程。以高黎貢山隧道為代表的復雜地質條件下的綜合隧道施工技術，將極大地促進隧道和地下工程領域技術的新的進步。

本項目的實施，對于完善云南邊境地區的路網結構，改善綜合交通運輸體系，促進沿線國土資源開發，推動經濟、文化、旅游事業的發展，提高人民生活水平具有重要意義，遠期將連接緬甸、東盟，開辟我國通往印度洋的陸路能源戰略通道，對保證我國能源安全、政治安全、國防安全及促進中國-東盟自由貿易區國際經貿聯系和人文交流意義重大。

3 樁號D1K224+204處揭示風險

3.1 現場存在的問題

彩云號TBM掘進至D1K224+204處，掌子面揭示圍巖進一步惡化，中下部刀孔均被泥漿狀渣體堵塞，拱部可見處為塊狀堆積體，同時存在股狀出水，具體如圖1所示。

圖1 D1K224+204卡機處揭示風險

現場存在的主要問題如下。

1）TBM刀盤轉動過程中前方渣體不斷涌入，致使扭矩及電流均超額定值，掘進受阻。

2）盾尾已經支護段拱架下沉侵限。

3）拱架下沉后，自盾尾向前方超前加固無法安裝鉆機，在拱架未下沉段施作，無法成孔，頻繁卡鉆。目前僅可采用風鉆打設玻璃纖維管，孔深達不到超前加固的要求。

3.2 處理方案

針對目前掘進過程中掌子面渣體呈松散泥沙狀從刀孔內涌出，導致掘進扭矩增大，推進困難等問題，需要對刀盤及護盾周邊加固、掌子面前方不良地質段長距離加固以及刀盤周邊清渣。因此，本次卡機整體處理方案如下。

1）通過護盾尾部及刀盤內徑向對周邊圍巖進行加固后，在護盾上部擴挖施作小導洞，在小導洞內施工超前管棚對前方不良地質進行加固，同時對刀盤上方、前盾頂部的積渣進行清理，減小刀盤轉動阻力，完成后TBM掘進通過。

2）對于出露護盾圍巖加強支護，保證施工安全。

3）初支背后空腔噴灌回填，松散圍巖注漿加固的原則，以保證初支背后密實。

4 小導洞施工技術研究

根據現場實際情況，采取在護盾頂部人工開挖小導洞，在靠近刀盤3.28m處向兩邊擴挖，將刀盤上方、前盾頂部的積渣進行清理，減少刀盤轉動阻力至扭矩恢復正常（3000kNm以下）。同時利用小導洞，施作超前管棚對前方不良地質圍巖進行超前加固，完成后TBM掘進通過。

4.1 小導洞施工

圖2 小導洞施工流程圖

圖3 小導洞施工側視圖

根據現場實際情況，小導洞施工流程如圖2所示。小導洞布置位置為正拱頂，自盾尾后方兩榀拱架之間開口進入，小導洞內凈空高度1.5m，拱部寬度1.2m，長度6.225m，采用化灌周邊固結+方木臨時支撐+HW150型鋼支撐架+140mm槽鋼縱連+鎖腳錨管+超前小導管+噴射砼（視圍巖情況）聯合支護，小導洞結構如圖3所示。

4.2 小導洞擴挖段施工

結合護盾長度，根據支撐架落腳點需求，小導洞開挖長度6.225m。其中靠近掌子面3.28m范圍內向兩側擴挖，最后1.328m拱部外延施做成帽檐形式，利用斜撐固定在后部門架上。擴挖段俯視圖如圖4所示。

圖4 小導洞擴挖段施工俯視圖

4.3 超前管棚施工

利用導洞擴挖空間，施作?76超前中管棚對前方圍巖進行支護。根據平導實際揭示情況，平導PDZK224+227～PDZK224+215.4段揭示為全風化花崗巖，PDZK224+215.4后圍巖相對好轉，為弱～強風化花崗巖，具備一定的自穩能力。平導與正洞破碎段里程不對應，根據平導破碎段揭示長度及超前地質預報情況初步判斷前方不良地質段長度為12～18m，考慮管棚鉆機能力設定，本次超前管棚施做長度為25m。施作范圍為拱部76°，間距40cm，共計16根。管棚打設在擴大洞室內施做，依據平導不良地質段管棚施做經驗，管棚打設可在TBM開挖外輪廓面以下30cm處打設（主要考慮鉆機及人員操作高度），考慮管棚打設過程中前部出現下沉影響，管棚打設角度取1°～3°，管棚分節長度為1.5m,管節間采用套管連接接長，相鄰管棚接口位置錯開，錯開長度不小于1.0m,管棚尾端設置3m止漿段，其余部位梅花形布孔，注漿采用聚氨酯化學漿液。管棚布置分別如圖5、圖6所示。

圖5 超前管棚布置主視圖

5 小導洞施工效果

小導洞的成功開挖，給小導洞擴挖斷施工和超前管棚施工帶來了很大的便利，在保證施工安全的同時，也大大節約了彩云號卡機處理時間。與以往的從側腰開挖小導洞相比，大大提高了開挖效率，最終，使彩云號TBM順利的脫困并成功地通過了斷層破碎帶地層。

圖6 超前管棚布置側視圖

6 結論與建議

護盾頂部小導洞施工的成功運用，是彩云號TBM能夠順利脫困的重要保障，但是TBM在斷層破碎帶地層脫困初期，為了保證其能夠順利通過整個斷層破碎帶，掘進過程中還應該注意堅持三低（低推力、低轉速、低貫入度）、一快（快速支護封閉）、一連續（連續施工）、寧慢勿停的掘進原則掘進，盡量減少刀盤對地層的振動和擾動，避免TBM再次掘進受阻。