高乃東，陳中竹

（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林長春130021）

開敞式TBM施工淺埋涌水段隧洞的處置措施

高乃東，陳中竹

（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林長春130021）

隧洞內(nèi)涌水是比較常見的地質(zhì)災(zāi)害，隧洞淺埋并伴隨涌水，會增加隧洞塌方的風(fēng)險。在TBM法施工的隧洞，一旦機(jī)頭位置發(fā)生塌方，不僅對設(shè)備性能影響較大，并且塌方后恢復(fù)生產(chǎn)處理難度更大。通過總結(jié)吉林省中部城市引松供水工程小河段的涌水處理措施，為TBM隧洞淺埋涌水段施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

開敞式TBM；引松供水工程；淺埋隧洞；涌水處理

1 概 況

吉林省中部城市引松供水工程總干線四標(biāo)段位于岔路河左岸至飲馬河右岸之間，線路樁號48+900～71+900 m，總長23.00 km。工程主要內(nèi)容包括長23.00 km引水隧洞、3號通風(fēng)豎井兼調(diào)壓井、飲馬河調(diào)壓井、TBM3進(jìn)口段、7號、8號施工支洞和小河沿施工豎井及其他臨時工程。

小河沿施工通道主要控制TBM3掘進(jìn)段小河沿溝淺埋段，施工期間，針對可能滯后的鉆爆處理段，參建單位進(jìn)一步詳勘巖面線變化，并且根據(jù)在堿草甸子淺埋溝谷段的TBM掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，將可能滯后的鉆爆處理段改由TBM掘進(jìn)通過。原設(shè)計小河沿施工豎井處理總干線樁號66+390～66+874 m調(diào)整為總干線樁號66+350～66+640 m。

2 小河沿豎井淺埋洞段涌水

2.1 小河沿淺埋段地質(zhì)條件

小河沿地貌多為丘陵及溝谷，山勢較陡，山脊巖石裸露，植被不發(fā)育，溝谷季節(jié)性流水。巖性主要為石炭系中下統(tǒng)磨盤山組灰?guī)r，泥盆系中下統(tǒng)堿草甸子-常家街組灰?guī)r。小里程存在有斷層F34-1與洞線相交，影響寬100～200 m?；?guī)r巖溶較發(fā)育，垂直分帶性不明顯，溶洞溶隙多沿溝谷發(fā)育，洞徑大小不一，多填充。地下水較發(fā)育，隧洞埋深淺，與地表水有水力聯(lián)系，富水性較強(qiáng)。

2.2 小河沿淺埋段涌水情況

2016年2月29日凌晨自小河沿小里程掌子面始發(fā)掘進(jìn)，于2016年2月29日下午14點(diǎn)掘進(jìn)至2 m時，頂護(hù)盾上方有溶蝕溶腔塌空，并在頂護(hù)盾右側(cè)位置有一股直徑約30 cm的水柱涌出。

2016年2月29日下午18點(diǎn)掘進(jìn)至6 m時，原頂護(hù)盾上方水柱隨即漸漸消失，并為溶隙裂隙線狀滴水，而左側(cè)護(hù)盾下部及刀盤下部兩端排水孔漸漸涌水增大，并延伸至全孔涌水，值班人員隨即進(jìn)入刀倉觀察，發(fā)現(xiàn)主要涌水部位為掌子面及兩側(cè)下部，水質(zhì)清澈，并有增大趨勢。

2016年2月29日晚22點(diǎn)，掌子面涌水急劇增加，刀盤水位上升至從主大梁刀倉孔涌出。

2016年3月1日經(jīng)對洞內(nèi)涌水和洞外排水的監(jiān)測和計算，小河沿淺埋段施工涌水量800～1 000 m3/h。

2.3 搶險措施

由于中部城市引松供水工程總干線四標(biāo)段TBM施工為逆坡掘進(jìn)，目前里程距隧洞出口有5.5 km，涌水可抽排點(diǎn)有小河沿豎井、堿草甸子豎井及隧洞出口3處，由于現(xiàn)場應(yīng)急處置及時，風(fēng)險控制到了最小。

圖1 小河沿淺埋TBM掘進(jìn)段涌水搶險的排水系統(tǒng)布置（單位：m）

小河沿淺埋TBM掘進(jìn)段涌水搶險的排水系統(tǒng)措施按照三大排水口集中排水：小河沿排水系統(tǒng)的排水能力可達(dá)到（3×80+1×220+1×220）=680 m3/h；堿草甸子排水系統(tǒng)的排水能力可達(dá)到（2× 80）=160 m3/h；出口排水系統(tǒng)的排水能力可達(dá)到（1×150+1×280）=430 m3/h?？偱潘芰蛇_(dá)到1 270 m3/h。小河沿淺埋TBM掘進(jìn)段涌水搶險的排水系統(tǒng)布置，見圖1。

3 TBM施工淺埋涌水段隧洞處理方案

由于涌水處為TBM刀盤前方，大量的涌水導(dǎo)致人員無法進(jìn)入刀倉內(nèi)、刀盤出渣困難，無法實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)。所以需要采取有效措施，進(jìn)一步探明刀盤前方地質(zhì)情況及涌水量，處理措施需根據(jù)探明的地質(zhì)條件再行確定。

3.1 地質(zhì)條件詳勘并分析

小河沿淺埋TBM掘進(jìn)段涌水采用了多種方式對前方地質(zhì)情況進(jìn)行判斷。

總干線四標(biāo)段掘進(jìn)過程中，為保證灰?guī)r地層TBM設(shè)備安全掘進(jìn)，采用了“973”計劃“TBM安全高效掘進(jìn)全過程信息化智能控制與支撐軟件基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，搭載TBM設(shè)備“三維激發(fā)極化法”進(jìn)行跟蹤短期超前地質(zhì)預(yù)報。

同時隧道中長期超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)采用地震波反射“TRT6000”對前方圍巖類別、巖溶及富含水情況進(jìn)行探測。

通過三維激發(fā)極化法和TRT法預(yù)報、探測前方地質(zhì)，掌子面前方20 m內(nèi)存在低阻異常?？紤]探測范圍所限及開挖擾動影響，兩種方法建議加強(qiáng)掌子面與護(hù)盾出露情況觀察，避免塌方掉塊等災(zāi)害事故。

小河沿洞段涌水以來，由于護(hù)盾范圍內(nèi)洞壁圍巖情況無法觀察到，擔(dān)心圍巖條件不好，掘進(jìn)機(jī)后退發(fā)生塌方卡機(jī)，TBM刀盤一直緊貼掌子面。

經(jīng)過4 d的抽排洞內(nèi)涌水，同時對洞內(nèi)涌水及洞外排水進(jìn)行流量監(jiān)測。洞內(nèi)涌水有減小趨勢，但是流量仍在600 m3/h左右，TBM掘進(jìn)機(jī)向前掘進(jìn)無法出渣。

3.2 TBM施工通過方式

針對此次涌水，抽排洞內(nèi)涌水的同時，現(xiàn)場對小河沿淺埋溝的區(qū)域地質(zhì)和掌子面的工程地質(zhì)進(jìn)行分析。工程地質(zhì)表明，掌子面前方巖石條件不會變壞，護(hù)盾支撐的巖石條件較好，可以嘗試掘進(jìn)機(jī)向后慢慢退后，把掌子面涌水點(diǎn)暴露出來，然后再根據(jù)出水點(diǎn)位置及數(shù)量，進(jìn)行封堵或引排。

小河沿淺埋段在出水量減小速度緩慢的情況下，現(xiàn)場對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行倒退。首先退后20 cm，對洞壁圍巖進(jìn)行觀察。發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定情況良好的情況下，繼續(xù)倒退20 cm，繼續(xù)觀察。經(jīng)過多次短距離倒退，2016年3月8日，掘進(jìn)機(jī)刀盤倒退至距掌子面4 m，觀察到出水點(diǎn)在掘進(jìn)方向右上角的側(cè)壁上。

TBM掘進(jìn)機(jī)倒退，掌子面有工作空間后，施工人員通過進(jìn)人口進(jìn)入，采用超前鉆孔取芯的方法，探明掌子面前方圍巖情況。超前鉆孔取芯判斷巖石情況的同時，也可以對前方是否有高壓涌水進(jìn)行摸底。

TBM掘進(jìn)機(jī)倒退的同時，在掌子面未掘進(jìn)前方的地面上，距開挖洞壁2 m打排水井，嘗試對涌水點(diǎn)的出水進(jìn)行分流。

掌子面出水點(diǎn)采用引排的方式，將水引導(dǎo)至護(hù)盾后，待掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)通過后，進(jìn)行封堵。

4 結(jié) 論

隧洞內(nèi)涌水是比較常見的地質(zhì)災(zāi)害，隧洞淺埋并伴隨涌水，會增加隧洞塌方的風(fēng)險。在TBM法施工的隧洞，一旦機(jī)頭位置發(fā)生塌方，不僅對設(shè)備性能影響較大，并且塌方后恢復(fù)生產(chǎn)處理難度更大。

通過此段的涌水處理，為TBM隧洞淺埋涌水段施工積累了經(jīng)驗(yàn)。首先，要及時搶險，將損失控制到最?。黄浯?，要認(rèn)真分析隧洞的區(qū)域地質(zhì)及當(dāng)前施工段的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)，為下一步施工方案提供依據(jù)；然后，制定處理涌水的施工方案，對各種可行的施工方案判斷風(fēng)險程度；最后，選定相對可靠的方案，對施工進(jìn)度影響最小，施工安全最能得到保障，施工處理措施的投入較少。

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