深埋隧道TBM施工巖爆特征規律與防控技術

杜立杰， 洪開榮， 王佳興， 李青蔚， 楊亞磊， 李偉偉， 黃俊閣

(1. 石家莊鐵道大學， 河北 石家莊 050043； 2. 中鐵隧道局集團有限公司, 廣東 廣州 511457；3. 中國水利水電第三工程局有限公司, 陜西 西安 710024)

摘要：川藏鐵路隧道等深埋隧道工程的巖爆給TBM施工安全和掘進速度帶來很大影響，這是亟待解決的技術難題。以埋深超過2 000 m的引漢濟渭工程、新疆ABH工程為案例，與錦屏Ⅱ級水電站工程進行對比。基于現場大量數據分析，給出巖爆對TBM施工安全速度影響和時空特征規律； 并結合TBM結構和工法特點，提出了“輕微、中等、強烈”3個等級巖爆的TBM施工防控目標，以及“掘速控制、風險控制、時空控制、分級控制”4個TBM施工巖爆防控準則； 分別給出了輕微、中等和強烈3個等級巖爆的防控技術方案，從而構建了“裝備—掘進—支護”三者協同控制的“3-4-3-3”分級巖爆防控理論技術體系，并在實際工程中應用。主要研究結果為： 1)TBM施工速度輕微巖爆為無巖爆的70%～90%，中等巖爆為無巖爆的50%～70%，強烈巖爆為無巖爆的25%～50%; 2)20%～40%的巖爆發生在開挖后10 h以內，10～24 h巖爆發生頻率最高，90%以上的巖爆發生在24 h以內，9%的強烈巖爆發生在24～48 h； 3)超過30%中等以上巖爆發生在護盾至掌子面區域，90%以上的中等和強巖爆發生在掌子面后15 m以內，主動控制TBM進尺速度可使80%～90%的強巖爆控制在TBM護盾至掌子面區域。所提的技術方案已成功用于以下工程： 1)新疆ABH工程，其中1臺TBM已安全高效穿越了全部中等巖爆洞段，完成14 km掘進； 2)引漢濟渭工程，嶺南段TBM穿越了10 km巖爆洞段，在第2掘進段中穿越了2 km連續強巖爆洞段，強巖爆洞段平均月進尺達到110 m。

關鍵詞：深埋隧道； 川藏鐵路隧道； TBM施工； 巖爆特征； 巖爆防控