引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段突涌水涌泥施工技术探讨

引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段突涌水涌泥施工技术探讨

李召朋， 李鹏

(中国水电建设集团十五工程局有限公司，西安710065)

【摘要】引汉济渭工程秦岭隧洞从工程量和技术难度方面均可谓是水利史上里程碑式的工程。本文通过对TBM工法施工段施工过程中面临的突涌水、突泥段情况介绍分析，提出应对措施，以期为今后同类工程施工提供参考。

【关键词】隧洞； TBM工法； 突涌水； 涌泥； 技术措施

中图分类号：TV554文献标志码： B

Discussion on Hanjiang River Diversion to Weihe River Qinling Tunnel

TBM Construction Segment Sudden Surge Water Gushing Mud

Construction Technology

LI Zhao-peng, LI Peng

(SinohydroCorporationEngineeringBureau15Co.,Ltd.,Xi’an710065,China)

Abstract：Hanjiang River Diversion to Weihe River Project Qingling Tunnel is milestone project in water conservancy history in the aspect of engineering quantity and technical difficulty. In the paper, sudden surge water and gushing mud condition in TBM method construction section process are introduced and analyzed, handling measures are proposed, thereby providing reference for constructing similar projects in the future.

Keywords：tunnel; TBM construction method; sudden surge water; gushing mud; technical measure

1工程概况

陕西省引汉济渭工程是由汉江向渭河关中地区调水的省内南水北调骨干工程，是缓解近期陕西关中渭河沿线城市和工业缺水问题的根本性措施。工程主要由黄金峡水库枢纽、黄金峡水源泵站、黄金峡至三河口输水工程、三河口水库和秦岭隧洞五部分组成。

秦岭隧洞进水口位于三河口水库坝后汇流池，出口位于渭河一级支流黑河金盆水库右侧支沟黄池沟内，任务是将汉江流域调出水量自流送入渭河流域关中地区。隧洞为明流洞，全长81.779km，设计流量70m3/s，多年平均输水量15.0亿m3,隧洞平均坡降1/2500。采用钻爆法+2台TBM法施工，钻爆法施工横断面为马蹄形，断面尺寸7.0m×7.0m，TBM法施工断面为圆形，断面直径7.16m/8.03m。工区位于秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，高程范围1050～2420m，洞室最大埋深约为2000m，其埋深在国内仅次于锦屏二级引水发电洞最大埋深(2500m)，属于深埋长隧洞。

2问题提出

根据前期地质勘探资料，工程区地表水发育，隧洞线路通过的断层带较多，仅TBM施工段就有16条之多，断层带物质为碎裂岩、糜棱岩、断层角砾以及断层泥砾，宽30～190m不等。地下水主要储存于层理、风化节理、裂隙中，其中K54+240～K62+902.517段的断层带预测隧洞正常涌水量为12268m3/d，属于地下水中等富水区。已竣工的隧道最大涌水量与正常涌水量之比一般为1.44～2.77，最大4.79。

隧洞通过各断层破碎带，由于构造裂隙水较发育，地下水循环较快，施工中有可能产生突然涌水现象。在通过断层泥砾带、含泥质地层的影响带时有可能产生突涌水涌泥现象。特别是在下穿常流水河道段落时，经常会出现由于地质构造而导致河道外明流水沿断层带通道渗入施工洞室内的现象。由此给隧洞掘进造成不良后果，使掘进作业无法进行。尤其是TBM工法在断层破碎带、褶皱带中掘进，围岩变形大，易造成塌方，掘进方向难以控制，TBM撑靴落空无法推进是主要的工程难点。同时，TBM工法在此类地层中的处理措施和手段不如钻爆法灵活，无法对掌子面实施有效的封闭，钻爆法施工所采用的很多超前注浆加固措施在TBM工法下效果大打折扣。基于此，采取有效措施顺利通过软岩变形段，防止涌水、突泥，及时、迅速处理突发事件，是引汉济渭秦岭隧洞工程的技术关键。

3施工应对措施

3.1超前地质预报

结合兰渝铁路西秦岭特长隧道、西康铁路秦岭隧道等近年来穿越秦岭的铁路隧道施工经验，引汉济渭秦岭隧洞突涌水涌泥段施工的总体思路是：强化超前地质预报的作用，将其作为工序管理，针对不同情况区别对待，以主动采取措施为主，加强初期支护。

采取综合手段对工程的断层破碎带、接触带水文地质状况进行详实的分析、确认。施工过程中使用的超前地质探测手段包括以下几种：

a.隧洞施工过程中，通过TSP203+、HSP-T、RTP206岩体温度法等超前地质预报系统进行掌子面前方中长距离预报。

b.超前钻机钻探验证，钻孔深度根据地质预报的断层带长度确定；若断层带延伸长度较长，已超出TBM上配备的超前钻机钻进最大距离，可先钻进一定的长度，以后再次钻进时钻孔重叠5m；掌握不良地质体的发育范围，地下水水量、水压等地质参数。

根据勘测阶段研究及已施工段揭示的地质情况，确定超前水平钻探段落，预计钻探段长度940m，根据实际地质条件掌子面按1～4孔布设，每孔每次钻进暂按30m考虑，孔径暂按75mm考虑。

c.在掘进过程中通过观察岩渣性状、大小、含水量，预判掌子面前方总体情况。

3.2软岩变形

通过断层泥砾带时，由于岩质软弱，洞室埋深较大，地应力值相对较高，围岩强度应力比大，施工中有可能产生软岩塑性变形，造成片帮剥落、掉块、断面收敛变形大、成洞困难等。处理的总体思路是：锚、注、喷一体化(锚、注为核心)—围岩加固—支护。

在物探结果预测前方为软弱围岩时，施作超前探孔予以验证，视探孔取芯分析情况决定掘进措施。软弱围岩段按照“超前支护、短进尺、勤换步、早封闭、强支护、初期支护一次到位”的原则组织施工。掘进措施、支护方法和手段视具体实施情况由项目部制定施工方案报发包人、设计、监理审批后实施。主要包括以下几个方面：

a.利用超前钻机，施作超前小导管或超前管棚预支护后再掘进通过。

b.由于TBM护盾较短，发生卡盾的几率相对降低，若围岩收敛变形比较轻微或者速度较慢，掘进通过后将围岩暴露出来，出护盾后加强初期支护，视情况采用锚、网、拱架联合支护，必要时出护盾后立即喷射混凝土，同时加强观测，并尽量减少刀盘喷水，发现有围岩塑性变形或膨胀现象，立即停止喷水，并加快速度尽快通过。

c.遇软岩变形不均造成TBM掘进方向偏离的情况下，首先注意随时校正TBM姿态，监理同意后及时采用混凝土对软弱岩体进行换填。

d.若隧洞洞壁承载力低，无法提供支撑反力时，在撑靴处采用喷锚网+钢拱+灌注混凝土的联合支护方式对撑靴部位洞壁处理后再掘进，必要时打锚索加强初期支护后再掘进通过。

e.若围岩收敛变形较为严重，首先利用TBM的扩挖功能，外垫边刀加大开挖直径，围岩出护盾后，及时施作初期支护，必要时采用短进尺、加密拱架、加强配筋将仰拱块减薄(减小钢架槽高度的仰拱块厚度)或现浇仰拱、喷射钢纤维混凝土等措施加强支护。

f.若TBM被卡，则加大掘进推力并在护盾与围岩间强行注入润滑剂，减少护盾与围岩间的摩擦，勉强通过后立即施作初期支护系统。若TBM无法推进，则通过护盾范围内人工扩挖。

g.在变形量极大、速度快的极端情况下，TBM扩挖不足以克服卡盾，掌子面自稳定能力差，不具备全断面TBM掘进条件，则从护盾后开绕洞至掌子面，采用钻爆法处理后，TBM步进通过的方法。

3.3突涌水

3.3.1规模小的涌水段施工

TBM在可能发生小规模涌水洞段采取以下措施组织掘进施工：

a.开挖过程中在围岩稳定、能安全通过时尽量维持涌突水的排水通路，严禁随意封堵，通过后采用封堵和导排措施对集中的涌突水进行治理。

b.围岩呈滴水和线状渗水，TBM正常掘进。掘进过程中利用TBM自带的锚杆钻机对出水点钻排水孔，埋设导管排水，导水效果不好的设盲沟或截水圈排水。

c.根据掌子面集中涌突水情况进行判断，只要隧洞底部水位满足施工条件，仰拱块作业区具备作业能力且围岩稳定性较好时，TBM正常掘进。待出水点出护盾后，采用锚杆钻机施工排水孔，进行导排，若遇地下水压力较大，采用钢板将地下水引至隧洞边墙上，待TBM通过后进行堵水注浆处理。

3.3.2规模大的涌水段施工

通过物探、超前钻孔等超前地质预报方法判明前方掌子面突涌水流量大、隧洞底部不具备作业条件的情况下,必须停止掘进，采取超前小导管、管棚支护、超前注浆封堵处理，其超前注浆和支护采用TBM自带的设备进行，必要时增加设备。注浆处理根据实际情况选择水泥—水玻璃双液浆、HSC水泥浆、超细水泥—水玻璃浆和聚氨酯类化学灌浆材料，待出水量明显减小具备掘进条件时再行掘进。与此同时，增加临时大功率潜水泵和抽水管路，将水抽排至后配套之外至少50m区域。

通过TBM自带设备进行超前注浆加固后，掌子面围岩条件仍无实质性改良的情况下，调整施工方案，后退刀盘，从护盾后打绕洞进入掌子面进行超前管棚支护、超前预注浆加固及堵水处理。TBM掘进通过后采取径向固结灌浆、帷幕灌浆处理。

3.4突泥

根据施工过程中对工程地质情况的深入了解，采用超前地质预测预报探明掌子面前方地质情况。为防止泥浆涌入危及TBM设备和人员安全，先采取超前注浆封堵、加固，然后采用超前管棚注浆预加固后再掘进。若突泥量大，采用以上加固措施后仍不具备掘进条件或处理时间长、工期不可控时，则采取从护盾后部施作绕洞到TBM前方进行人工钻爆法开挖，TBM步进通过。

4结语

引汉济渭秦岭隧洞工程地质条件复杂、富水断层带较多，如处理不及时，将对TBM施工造成灾难性后果。因此，在工程实施过程中必须加强超前地质预报和信息反馈工作，及时动态调整施工方案和处理措施，不断优化设计，才能优质高效、降低成本、节约投资，并使工程最终安全稳定投入运行。