供水工程岩溶及软弱破碎地层敞开式TBM施工技术

游 胜

（北京振冲工程股份有限公司，北京 100102）

整体来看，隧道等地下工程地质存在多变性特点，而且变数极大，无法实现预先探明操作，经常出现侵入岩、蚀变岩等内容。在此过程中，工作人员需要预报TBM能够连续穿越该类地层，这对于主体工程建设具备重要意义。虽然我国利用敞开式TBM已经成功建立了很多隧道，相关研究内容也较多，但由于地下工程的复杂多变特点，相关工作人员仍需对其进行深入性研究。

1 主要工程地质问题

1.1 工程地质岩性

在某工程建设过程中，涉及的地层岩性主要包括以下内容，即三叠系上统小蜜蜂顶子组凝灰岩、石灰系中下统磨盘山组灰岩等等。为了实现TBM适应性的进一步提升，相关工作人员需要做好TBM施工技术的全面创新，并为后续TBM对软弱破碎地层适应性处理奠定基础。除此之外，TBM穿越不良地质构造主要包括破碎带、灰岩段岩溶溶洞区和富水碳质板等软弱破碎地层，容易引发电气故障、被卡等问题。为了将该类问题解决，相关工作人员可以借助于地质预报、掘进参数的合理选择，对相关监测技术进行应用，最终将TBM对软弱破碎地层适应性问题解决。

1.2 不良地质构造

TBM施工技术在应用过程中，经常会出现不良地质构造，尤其是在与洞身相交的断面处，经常会出现阻水或者是导水断裂情况，进而增加了与地表水的联系性。

2 主要技术方案与措施

2.1 超前地质预报

超前地质预报工作的开展，可以决定TBM能否安全、顺利通过软岩地段。一般来说，超前地质预报可以降低盲目性出现，便于采用正确的开挖和支护措施，尤其是在软岩或者是断层破碎带掘进过程中作用更为明显。在实际四标段地质预报操作过程中，主要涉及的内容同有以下几方面，即断层、软弱夹层、规模和性质等等，不同岩类间接触界面位置不同，人们可以对工程地质灾害可能出现的位置和规模等进行全面预测。站在预报方法角度来说，主要涉及的措施有物探+钻探+地质素描相结合的手段。在物探操作过程中，主要涉及的手段有两种：第一，搭载在TBM设备上的激化极化法；第二，TRT法。相比之下，激化极化法属于是电法勘探过程中的一个重要分支结构，主要是以不同地质介质之间的激电效应差异为物质基础，借助于研究对象的激电效应，实现对地质勘探工作的全面开展，该手段可以实现对掌子面前方30 m地质情况进行预测。TRT法基本原理是在遇到地震波之后，便会出现声学阻抗差异，其中会有一部分信号被反射回来，另一部分直接进入到前方介质层面之中。在实际大型透平机应用上，压缩机均是依靠轴承支撑其宣传操作，强化组织安全程度，并为其提供有效环境保障，确保后续工作的全面开展。

2.2 TBM掘进和出渣控制

2.2.1 掘进参数的选择

掘进参数的合理选择，对后续工作开展至关重要，相关工作人员可以根据实际地质预报结构，对实际围岩情况进行揭露，尤其是软弱破碎地层容易产生坍塌，而且在具体溶洞发育过程中，容易产生掌子面存在相关问题，进而对刀具产生损坏，在实际掘进参数选择上，应遵循低转速、小推力原则，避免对周围围岩产生扰动问题，与此同时，还能将刀具损伤概率降到最低。借助于掘进参数的有效控制，可以降低对不良地质段围岩的扰动操作，进而对塌方、掉块等问题进行限制。

2.2.2 循环进尺的控制

在很多工程建设过程中，可以借助于敞开式TBM施工技术，实现对油缸行程的进一步了解，一般情况下，该推进行程为1.8 m，与正常单循环进尺相符。在具体不良地质段控制上，主要是对出露护盾围岩尽早封闭，并强化支护操作，避免风化问题造成剥落或者是坍塌等问题出现，进而实现对临空面发展的全面限制，将施工连续性和施工安全特点呈现出来。站在围岩完整性角度来说，可以将围岩进尺控制在0.9 m左右，换句话说，实际钢拱架支护间距主要集中在0.9 m左右，在与TBM水平撑靴相结合过程中，需要将特殊设计情况呈现出来，而且该工况可以得到正常换步操作。如果溶蚀发育和洞顶脱空在4 m左右，具体循环进尺可以控制在0.45 m左右，将钢拱架支护间距控制在0.45 m左右，强化喷射混凝土回填密实度。

2.2.3 刀盘清理

炭质板遇到水泥化特性之后，相关工作人员需要将刀盘喷水关闭，降低人为原因造成的泥化问题。除此之外，在糊刀盘和糊刀孔设计，工作人员可以对刀盘进行清理操作，并在立拱架和常规保养时间之中，强化对刀盘清理，确保两个刮渣孔得到高效清理，实现泥渣外排操作。除了立拱架和保养时间之外，人们需要做好实际的停机刀盘处理操作，避免整个体系受到相关内容影响。

2.3 出露护盾围岩的及时支护封闭

在实际护盾尾部设计上，应根据实际情况设置相应卡槽，将布设范围集中在拱顶120°，并将钢筋排一端提前插入到卡槽之内，另一端与钢拱架背部焊接在一起。随着TBM掘进操作的开展，钢筋逐渐被拖出，形成相对闭塞的棚户体系，此时，可以避免拱顶出现坠落等问题。站在实际钢筋排支护角度来说，除了确保设备和支护人员安全之外，还要降低清渣工作量，并降低停机时间，消除刀盘护具被卡风险，为后续连续掘进工作的开展创造有利条件。另外，在实际应急湿喷系统设计过程中，由于TBM设备喷混凝土系统位于掌子面后方约55 m距离，无法对护盾周围围岩进行及时支护和封闭操作。在此过程中，相关工作人员需要增加湿喷机，避免对混凝土设备产生破坏。

2.4 溶洞处理

由于很多区域溶洞规模有限，多半填充型溶洞，该中溶洞的处理原则是对轮廓线进行有效挖掘，避免3 m之外的溶洞对隧洞稳定性产生影响。想要对3 m以内的轮廓线进行挖掘操作，需要实施以下处理措施：第一，如果溶洞位于拱顶，处理方法与大规模岩石塌落处理方法相适应，强化支护和回填操作。第二，位于撑靴受力位置的溶洞，需要进行回填加固处理。但为了提前发现轮廓线3 m以内的溶洞，等到围岩出露护盾之后，需要及时应用锚杆钻机开展有效的钻探操作，及时发现喷灌混凝土回填密实情况，避免出现撑靴打滑等问题，为后续工作的开展创造有利条件。

3 结语

综上所述，现阶段的TBM施工超前地质预报手段以定性物探为主，在定量钻探过程中，由于设备问题容易对实时效果产生严重影响。相关工作人员可以在刀盘和盾体位置预留孔洞，并安装相应的水平钻孔勘探操作，为后续钻探验证创造有利条件，并确保地质预报精准性的全面提升。