馬 浩

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，天津 300222）

1 工程概況

中部引黃工程包括樞紐取水工程和輸水工程。輸水工程包括總干線、東干線、西干線以及各供水支線輸水?？偢删€包括4條隧洞，其中：1#隧洞長(zhǎng)15.16km，2#隧洞長(zhǎng)29.02km，3#隧洞長(zhǎng)119.23km，4#隧洞長(zhǎng)34.29km，其中3#隧洞總77+040.9～總118+395.8段長(zhǎng)41.355km，采用TBM施工?？偢蒚BM施工段采用兩臺(tái)雙護(hù)盾TBM分別自上下游對(duì)向掘進(jìn)，總干3#隧洞樁號(hào)為總45+368.3～總164+601.9，全長(zhǎng)119.23km，縱坡1/2500～1/3000，進(jìn)口洞底高程997.73m，出口洞底高程966.0m。設(shè)計(jì)流量臨縣分水口前（樁號(hào)總45+368.3～總115+188.6段）為21.17m3/s，分水口后（總115+188.6～總164+601.9段）為18.69m3/s。本文重點(diǎn)對(duì)水電站TBM施工過程中引水隧洞圍巖支護(hù)措施進(jìn)行探討。

2 TBM施工條件下圍巖支護(hù)特點(diǎn)以及支護(hù)方案

與鉆爆法開挖施工存在一定的差異，TBM隧道施工有一定的特殊性，現(xiàn)對(duì)兩種隧道開挖方式做如下介紹。鉆爆法開挖方式較為簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，而且在開挖時(shí)必須確保隧洞工程掌子面處于臨空狀態(tài)，施工中可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況選取最佳的超前預(yù)報(bào)方案，保障施工階段的順利實(shí)施［1］。TBM法在開挖時(shí)掌子面是不能看見的，由于地質(zhì)編錄不能在短時(shí)間完成，施工人員如需進(jìn)行超前鉆孔作業(yè)，需中止相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，這樣必然會(huì)對(duì)正常的施工造成不同程度的影響，施工人員技術(shù)水平的高低對(duì)施工能否順利實(shí)施起到了至關(guān)重要的作用。在超前支護(hù)形式中鉆爆法較為單一，主要采取的是短超前管棚超前支護(hù)形式，而TBM法方式較為多樣化，比如超前注漿、超前錨桿等。

TBM法在施工中對(duì)隧道圍巖的影響程度較低，錨桿支護(hù)長(zhǎng)度比鉆爆法要小得多。鉆爆法開挖掌子面開闊，采取的支護(hù)方式較為多樣，針對(duì)不同類型的圍巖所采取的支護(hù)方式也是不盡相同的，比如Ⅴ類和部分Ⅳ類圍巖通常采取的是鋼拱架進(jìn)行支撐，但這種支護(hù)方式也存在一定弊端，一方面需耗費(fèi)大量的資金，另一方面穩(wěn)定性較差，起不到加固圍巖的效果。

在巖爆支護(hù)設(shè)計(jì)中，鉆爆法與TBM施工方式也有不同之處，主要表現(xiàn)在及時(shí)性方面。若采取鉆爆法只能起到短期、隨機(jī)支護(hù)的效果，錨桿支護(hù)長(zhǎng)度可根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整，不受相關(guān)因素的影響。而TBM可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況采取永久支護(hù)與臨時(shí)支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)效果，但美中不足的TBM支護(hù)錨桿長(zhǎng)度受到了一定的制約。TBM全斷面掘進(jìn)時(shí)，在掌子面后的5m范圍屬于護(hù)盾占據(jù)的區(qū)域，由于該區(qū)域的特殊性，在實(shí)際施工該區(qū)域是一個(gè)盲區(qū)，很難找到一個(gè)最佳的方式對(duì)圍巖進(jìn)行防護(hù)，這也使得該區(qū)域圍巖的穩(wěn)定性較差，如遇到巖爆現(xiàn)象時(shí)，會(huì)對(duì)TBM設(shè)備造成一定的損傷，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，給施工的正常實(shí)施造成重重阻礙。因此在采取TBM法施工中，在巖爆傾向不明顯的洞段區(qū)域，TBM機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行可有效避免巖爆等危險(xiǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。而對(duì)有強(qiáng)烈?guī)r爆的洞段掘進(jìn)時(shí)，施工單位應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整施工方案，采取鉆爆法導(dǎo)洞與TBM主洞方式相結(jié)合的方式進(jìn)行掘進(jìn)，將兩種方式的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)，保障施工的順利實(shí)施。由于TBM設(shè)備的特殊性，在對(duì)巖爆強(qiáng)烈的洞段進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)可采取如下支護(hù)方式：（1）對(duì)巖爆傾向強(qiáng)烈的圍巖地段可采取鉆爆法導(dǎo)洞與TBM主洞掘進(jìn)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工；對(duì)巖爆傾向輕微的洞段，可直接采取TBM全斷面掘進(jìn)的方式進(jìn)行施工。（2）在施工中，如果發(fā)現(xiàn)圍巖從TBM護(hù)盾中裸露出來，應(yīng)在第一時(shí)間采取有效的措施對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)，并在頂拱一定范圍內(nèi)噴射高強(qiáng)度的鋼纖維混凝土，進(jìn)行加固處理，所采取的支護(hù)均應(yīng)在TBM臺(tái)車的L1區(qū)內(nèi)完成。（3）在TBM臺(tái)車L2區(qū)內(nèi)應(yīng)完成掛鋼筋網(wǎng)、復(fù)噴混凝土等工作。

對(duì)巖爆發(fā)生頻率較高的圍巖地段，施工人員應(yīng)根據(jù)需要增加錨桿的數(shù)量，按照錨桿數(shù)量合理進(jìn)行掛網(wǎng)，不僅可起到加固圍巖的效果，而且也能使圍巖各部位受力均勻。噴射混凝土也是一種支護(hù)方式，高強(qiáng)度的混凝土能夠提高圍巖的強(qiáng)度，在實(shí)際施工中，應(yīng)采取科學(xué)的施工方式，合理進(jìn)行布置，以增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性，最大限度避免巖爆等不安全事故的發(fā)生［2］。

3 隧洞施工支護(hù)工程施工

3.1 支護(hù)流程

隧道初期支護(hù)中應(yīng)遵循一定的施工流程，這樣才能提高施工效果，保障工程的順利竣工。支護(hù)流程如下：首先應(yīng)做好施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，將存在危險(xiǎn)的圍巖部位進(jìn)行開挖并將內(nèi)部的雜物進(jìn)行徹底清理，做好通風(fēng)排煙工作；其次初噴砼，并打超前錨桿；再次立鋼拱架并將鋼筋網(wǎng)掛在固定的區(qū)域；最后噴射混凝土，提高圍巖強(qiáng)度。初期支護(hù)施工流程如圖1所示。

3.2 錨桿施工

3.2.1 錨桿鉆孔

錨桿施工與開挖鉆爆工作應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行，錨桿鉆孔應(yīng)使用風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，將孔內(nèi)的雜物徹底清除后再進(jìn)行注漿，使用型號(hào)為JZB-35注漿泵進(jìn)行注漿作業(yè)，流程如圖2所示。

圖2 砂漿錨桿施工工藝圖

錨桿長(zhǎng)度不同所采用的鉆孔方式也是不盡相同的，如果錨桿長(zhǎng)度小于5m，可直接采取手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)，若錨桿長(zhǎng)度在5m以上時(shí)，需借助錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。施工技術(shù)如下所示：

（1）施工人員在進(jìn)行錨桿鉆孔作業(yè)時(shí)鉆孔位置的確定至關(guān)重要，嚴(yán)格按照施工圖紙的要求進(jìn)行確定，要確保孔位偏差控制在100mm以內(nèi)。

（2）一般而言，錨桿孔的孔軸方向應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求確定。倘若施工圖紙中未明確說明錨桿孔的孔軸方向時(shí)，錨桿的孔軸方向應(yīng)與開挖面相互垂直，如需對(duì)錨桿周邊進(jìn)行加固處理，則錨桿的孔軸方向要與滑動(dòng)面保持一定的夾角，而且與滑動(dòng)面的運(yùn)動(dòng)傾向相反。

（3）實(shí)際施工過程中，首先應(yīng)進(jìn)行注漿作業(yè)，待達(dá)到相關(guān)要求后再安裝錨桿，要注意的是注漿錨桿的鉆孔孔徑不小于錨桿直徑，鉆頭直徑應(yīng)大于錨桿直徑15mm。如果施工中采取的是先安裝錨桿再進(jìn)行注漿這種方式的話，則鉆頭直徑要比錨桿直徑大25mm以上。

（4）孔徑深度也應(yīng)滿足施工圖紙的相關(guān)要求，將誤差控制在50mm以內(nèi)。3.2.2 錨桿注漿施工

錨桿注漿施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）錨桿注漿機(jī)中的漿液應(yīng)嚴(yán)格按照一定的配比進(jìn)行配制，通過試驗(yàn)測(cè)定，此次施工中水泥與砂的比例應(yīng)控制在1∶1～1∶2范圍內(nèi)，水泥與水的比例則控制在1∶0.38～1∶0.45。

（2）錨桿注漿工作完成后，要確保砂漿完全凝固后再拉拔錨桿。

3.3 噴射混凝土施工

3.3.1 噴射混凝土前的準(zhǔn)備工作

噴射混凝土的方式有2種：一是干噴法；二是濕噴法。施工中為了減少回彈量，主要采取的是濕噴法，這樣可有效降低粉塵濃度。噴射混凝土的骨料級(jí)配應(yīng)滿足一定的要求，可參照表1進(jìn)行配制。濕噴混凝土施工流程如圖3所示。

在混凝土噴射施工前，施工主辦方應(yīng)指派專人對(duì)噴射面進(jìn)行全面檢查，確保滿足噴射相關(guān)要求。與此同時(shí)，還應(yīng)做好噴射前的相關(guān)準(zhǔn)備工作：

（1）將噴射面的雜物徹底清除后，使用高壓風(fēng)水槍將噴射面進(jìn)行沖洗處理；（2）噴射混凝土過程中，要注意噴嘴與巖面的距離應(yīng)控制在0.7m左右，噴射的方向應(yīng)與巖石面相互垂直；（3）采取分層、自下而上的方式進(jìn)行噴射，每層噴射完成后應(yīng)等到混凝土完全凝結(jié)后再進(jìn)行下一層的噴射；（4）開挖工作面結(jié)束后即可進(jìn)行噴射作業(yè)，混凝土終凝到下一階段放炮時(shí)間應(yīng)控制在3h以上。如設(shè)備發(fā)生故障或者其他因素影響需臨時(shí)中止噴射作業(yè)，施工人員需將噴射機(jī)以及輸料管內(nèi)殘存的余料進(jìn)行徹底清理；（5）做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少1周，如果外界溫度過高，還應(yīng)采取噴水方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，提高養(yǎng)護(hù)效果。

圖3 噴混凝土施工工藝流程圖

表1 噴射混凝土用骨料級(jí)配表

3.3.2 鋼筋網(wǎng)噴射混凝土

鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工過程中，應(yīng)參照施工設(shè)計(jì)圖紙中的相關(guān)要求進(jìn)行科學(xué)施工，確保鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)厚度處于80～120mm范圍內(nèi)。鋼筋應(yīng)選擇工廠生產(chǎn)的定型鋼筋，要注意鋼筋網(wǎng)的間距大于100mm。此外，鋼筋與巖面之間的空隙必須使用噴射混凝土進(jìn)行填充，將其與鋼筋進(jìn)行有效粘結(jié)。施工中如果發(fā)現(xiàn)噴射混凝土周圍的空氣濕度過高的話，應(yīng)上報(bào)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，征得同意后采取自然養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)行處理。若存在混凝土剝落等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在第1時(shí)間采取有效的措施進(jìn)行處理，提高施工效率。

3.4 鋼拱架

（1）制作鋼拱架。鋼拱架的制作應(yīng)在正規(guī)的加工廠完成，加工成型后將各配件進(jìn)行拼裝，并使用螺栓進(jìn)行有效連接。

（2）鋼拱架的安裝。在安裝鋼拱架時(shí)，應(yīng)事先在鋼拱架基座部位預(yù)留15～20cm地基，對(duì)于軟弱圍巖部位可在鋼拱架基座部位設(shè)置錨桿并噴射混凝土進(jìn)行加固處理。初噴混凝土?xí)r，施工人員應(yīng)在凹槽部位打入木楔，預(yù)留出連接板的位置。在安裝過程中，如果發(fā)現(xiàn)鋼制支撐與初噴層之間的間隙過大的話，可使用墊塊進(jìn)行填充處理，而且要注意鋼制支撐與圍巖接觸距離應(yīng)控制在50mm內(nèi)［4］。鋼拱架架立到位后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行混凝土的噴射，采取分層噴射的方式進(jìn)行處理，每層厚度控制在5～6cm左右，增強(qiáng)噴射效果，確?；炷羾娚渥鳂I(yè)的順利實(shí)施。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水電站引水隧洞不良地質(zhì)段TBM施工過程中，通過使用掛網(wǎng)、布設(shè)永久性錨桿、噴射混凝土等措施對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行支護(hù)，取得了良好的支護(hù)效果，提升了巖體的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，錨桿、掛網(wǎng)和噴射混凝土共同組成了一個(gè)合理的支護(hù)系統(tǒng)，有效降低了圍巖出現(xiàn)巖爆的風(fēng)險(xiǎn)，值得類似工程借鑒和參考。

［1］ 何文君. 隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的隧洞圍巖分類方法探討［J］. 貴州地質(zhì)，2016，（01）：34-36.

［2］ 李春明. TBM施工隧洞圍巖分類方法的探討［J］. 中外公路，2016，（03）：76-78.

［3］ 何發(fā)亮. TBM施工隧道圍巖分級(jí)方法研究［J］. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，（09）：126-128.

［4］ 吳煜宇，吳湘濱，尹俊濤. 關(guān)于TBM施工隧洞圍巖分類方法的研究［J］. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2016，（04）：59-62.