“一洞雙機”TBM輔助洞室設計與施工

摘 要：隨著TBM在深埋長大隧洞的應用，“一洞雙機”TBM布置形式逐漸出現。由于TBM設備體型龐大，故常采用現場組裝的方式入場。當隧洞埋深距地面較遠時，需設置輔助洞室來進行設備組裝。目前，“一洞雙機”TBM輔助洞室的工程經驗較少，基于此，介紹“一洞雙機”TBM輔助洞室的布置形式、開挖特性及支護方式、開挖方式及開挖步驟，并從設計和施工兩方面提出了一些注意事項。

關鍵詞：TBM；“一洞雙機”；輔助洞室

中圖分類號：U455" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）09-0007-03

1 工程概況

某工程隧洞長度38 253 m，開挖洞徑7.0 m，縱坡i=1/2 583，采用2臺TBM施工（TBM1、TBM2），其中：TBM1掘進段17 888 m，輔助洞室730 m，TBM2掘進段19 635 m。隧洞中間設有一條交通運輸支洞，支洞長5 152 m。先期采用鉆爆法完成輔助洞室施工，TBM1和TBM2設備從支洞運輸至輔助洞室，完成組裝、調試、步進并分別向上下游同時掘進。

2 輔助洞室設計

“一洞雙機”TBM輔助洞室采用“T”型布置[1]，原設計全長660 m，按其功能分為始發洞段、步進洞段、后配套組裝洞段、主支洞交叉洞段、連接洞段、安裝洞段，如圖1所示。TBM各零部件經支洞運輸至輔助洞室，分別在安裝洞、后配套組裝洞完成主機部分和后配套部分的組裝，組裝完成后經步進洞段到達始發洞段開始掘進。

3 優化設計

根據TBM運輸、組裝、倒車、避車、施工排水等實際需要，對輔助洞室局部洞段進行適當調整、優化，優化后輔助洞室長度730 m，如圖2所示。

在原設計中，主支洞交叉口并未進行擴挖，導致運輸車輛在交叉口處因轉彎受限而無法通過。經優化，將支洞段擴挖長度10 m，主洞內擴挖避車洞，避車洞深度3.5 m。

安裝洞段原設計長度80 m，TBM設備主機、連接橋、噴混凝土橋長約80 m。為滿足TBM設備安裝，同時減少擴挖工程量，安裝洞段向連接洞段方向加長20 m，連接洞段相應減少20 m。步進洞段原設計長度180 m，根據TBM設備長度及連續皮帶機系統布置，將上下游步進洞段調整為215 m。

為滿足施工排水需要，在后配套組裝洞室側墻合適位置擴挖集水倉，擴挖深度10.0 m。

4 輔助洞室結構型式

輔助洞室各洞室特性見表1，采用砂漿錨桿、鋼筋網、型鋼拱架、噴射混凝土作為初期支護。后配套組裝洞布置1臺30 t橋式起重機，在組裝階段承擔TBM后配套組裝作業，在TBM掘進階段則承擔掘進材料吊裝工作。安裝洞布置1臺80 t+80 t橋式起重機，在組裝階段承擔TBM主機安裝作業，在TBM掘進階段則承擔機車、混凝土攪拌車等大件吊運工作。

5 輔助洞室開挖

5.1 開挖方式

開挖方式的選擇宜根據洞室所處圍巖條件、洞室開挖尺寸、工程經濟性等情況的變化來靈活選擇。本工程埋深約605 m，圍巖以Ⅳ類為主，巖體穩定性差，地下水發育程度較差。采用鉆爆法開挖，開挖采用鉆爆臺車及手風鉆鉆孔，設計輪廓線采用光面爆破，爆破后采用自卸汽車運輸棄渣。

安裝洞開挖高度達17.8 m，宜采用分步開挖。如圖3所示，整個斷面被分為上中下3層，上層開挖高度為6.9 m，中層開挖高度為8.4 m，下層開挖高度為2.5 m。Ⅲ類圍巖上層、中層及下層均采用全斷面法一次開挖成型，上層循環進尺3.0 m，中層及下層循環進尺4.0 m。Ⅳ類圍巖上層分兩區進行開挖施工，先進行A區開挖支護，再進行B區開挖支護，中、下層均采用全斷面法一次開挖成型。Ⅳ類圍巖開挖時依據“短進尺、弱爆破”的原則，將循環進尺控制在2.0 m以內。

后配套組裝洞開挖高度15.6 m，同樣采用分步開挖，但僅分為上下兩層，如圖4所示。上層開挖高度9.0 m，下層開挖高度6.6 m。Ⅲ類圍巖上層循環進尺3 m，下層循環進尺4 m。Ⅳ類圍巖上層、下層循環進尺控制在2.0 m以內。

步進洞開挖高度9.03 m、始發洞開挖高度8.98 m，采用全斷面法開挖，Ⅲ類圍巖循環進尺控制在3 m以內、Ⅳ類圍巖循環進尺控制在2 m以內。

5.2 施工程序

先進行支洞擴挖，利用擴挖渣料墊高4 m進入主洞，沿主洞軸線向下游采用中導洞形式，以14％坡度向上開挖，形成安裝洞室上層施工道路。中導洞開挖斷面8.0 m×8.5 m（寬×高）。開挖至連接洞室頂部后，將斜坡開挖改為平坡開挖，開挖斷面逐漸加寬，剝離爆破至洞室拱頂、邊墻開挖輪廓邊緣。在最后一層剝離爆破時，打水平孔形成完整的洞室拱頂、邊墻并完成初期支護。然后進行反向擴挖，并完成初期支護。接續向上游以14％坡度開挖，形成后配套組裝洞室上層施工道路，并達到后配套組裝洞上層開挖高度。而后先進行下游安裝洞段開挖，再進行上游組裝洞段開挖，最后上下游同步進行鉆爆開挖。輔助洞室施工工序見圖5。

6 結束語

目前國內關于“一洞雙機”TBM輔助洞室的設計和施工經驗尚不充足[2]，本文結合本工程建設實踐，總結出設計階段和施工階段兩方面的經驗，具體如下。

在設計階段應關注以下3點：①洞室穩定性和支護強度。“一洞雙機”TBM輔助洞室，斷面尺寸較大、型式多變，對圍巖穩定性要求高，需增大支護強度。②輔助洞室尺寸。洞室結構是影響施工的關鍵[3]，洞室高度應保證起重設備的正常作業，同時應考慮到后期使用可能增加的設備并預留空間。洞室寬度除滿足組裝階段空間要求外，還應考慮掘進階段物料堆放的需求，功能洞段的長度應與施工組織相匹配。主支洞交叉口是洞內運輸的關鍵，其尺寸設計應考慮到運輸車輛的實際需求，同時可適當增大尺寸留出余量。③多功能性。當輔助洞室埋深較大時，應充分考慮施工的實際需要，在設計中加入集水倉、避車洞、洞內拌合站等功能區域。

在施工中應注意以下兩點：①合理選擇施工方式。根據圍巖條件的變化，合理選擇施工方式。當斷面尺寸較大時，若圍巖較好，則可適當減少分步數量，同時可采取較長的循環進尺；若圍巖較差，則應增加分步數量，同時遵循“短進尺。弱爆破”的原則。②合理設置開挖步驟。設置開挖步驟時應充分考慮其安全性、可實現性，結合工程實際及施工組織難度選擇最合適的開挖步驟。在綜合考慮經濟成本和人力資源的情況下，宜增加工作面以提高施工效率。

參考文獻

[1] 楊光.“一洞雙機”TBM組裝洞結構形式優化分析與探討[J].隧道建設（中英文），2019，39（7）：1158-1164.

[2] 齊夢學.“一洞雙機”TBM施工輔助洞室規劃影響因素分析[J].國防交通工程與技術，2019，17（5）：6-11.

[3] 鄧勇.大斷面TBM組裝洞室設計與施工[J].現代隧道技術， 2010，47（1）：66-71.