中部引黄工程双护盾TBM掘进隧洞堵水施工实践

杨鲲鹏

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

中部引黄工程双护盾TBM掘进隧洞堵水施工实践

杨鲲鹏

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

双护盾TBM掘进隧洞发生涌（突）水后，封堵涌（突）水相当困难，主要原因是涌（突）水点位于预制混凝土管片后面，无法针对涌（突）水点进行封堵，同时管片与岩壁间空腔虽然被豆砾石、水泥浆回填，但回填灌浆密实度很难达到堵水要求，导致涌水沿空腔流动，难以将涌水全部封堵。通过TBM掘进隧洞涌水部位、涌水量大小、涌水压力等不同情况下的堵水施工，介绍了双护盾TBM掘进隧洞涌（突）水施工所用材料、工具及具体施工方法，为其他相似类型隧洞涌（突）水堵水施工提供借鉴。

隧洞；涌（突）水；堵水；TBM掘进施工；中部引黄工程

1 工程概况

山西中部引黄工程TBM2标工程包括进洞支洞、主洞，长20.326km，总干3号隧洞桩号总98+070.25—总118+395.85，坡度1/2500，进洞支洞桩号长3641.21m，纵坡6.5%，其中桩号XJ3+335.02—XJ3+350.02为15m平洞段，桩号XJ3+350.02—XJ3+641.21（主洞与支洞交叉点）为平面弧段，弧长291.185m（R=500m）。

2 工程地质情况

进洞支洞桩号1+494.54—3+765.57地段推测岩溶地下水位位于洞顶以上0～213m，存在施工涌水问题，估算涌水量见表1。

表1 TBM下游支洞分段涌水量估算表

桩号2+217.02—2+725.72地段洞身穿过的地层为奥陶系下统及寒武系上统凤山组。奥陶系下统地层岩性为浅灰色、深灰色中—厚层白云岩，底部为约2m厚的钙质页岩；寒武系上统凤山组地层岩性为灰白色、深灰色厚层中—粗粒白云岩，隧洞围岩为中硬岩。推测桩号2+288.02—2+725.72地段岩溶地下水位位于洞顶以上0～130m，隧洞开挖时可能出现涌水或突水。

桩号2+725.72—2+921.76地段洞身穿过地层为寒武系上统长山组及崮山组。长山组上部地层岩性为青灰色白云岩，下部地层岩性为青灰色竹叶状灰岩夹白云岩；崮山组上部地层岩性为青灰色泥质条带灰岩，下部地层岩性为黑红色泥岩、砂质泥岩，隧洞围岩多为软—较软岩。推测岩溶地下水位位于洞顶以上130～160m，隧洞开挖时可能发生涌水或突水。

桩号2+921.76—3+641.20地段洞身穿过的地层为寒武系中统张夏组及太古界界河口群奥加湾组。张夏组地层岩性为深灰色白云岩、灰岩；奥家湾组地层岩性为条带状斜长角闪岩等，隧洞围岩为中硬岩。推测岩溶地下水位位于洞顶以上160～212m，隧洞开挖时可能发生涌水或突水。

3 现场情况

当TBM掘进至桩号2447时，掌子面10点位置发现有透水，透水点直径20mm，呈径流，水压偏低。按TBM施工常规做法，尤其是下坡掘进工况时，应当采用TBM设备配备的超前地质钻机先探后掘，如发现涌水情况立即采取超前钻孔进行超前灌浆处理（水泥浆改化学灌浆），但当时超前钻机未到场，无法采用此施工方法。

4 地下涌水处理措施

根据地质情况及施工现场情况，尤其是TBM设备下坡掘进工况，为保证施工安全和质量，采用“先探后掘、以堵为主、堵排结合、择机封堵”的原则进行施工。

先探后掘是在有效使排水能力大于涌水量后进行掘进，保证能够及时、有效地将涌水排出洞外，具体措施为：TBM机头位置安放6台DN80潜水泵（3备3用）；增设机头位置至中部污水箱DN80排水管，并备用消防水带300m；中间污水箱增设1台DN100潜水泵；机尾排水设施，原DN80多级泵更换为DN100多级泵，改造管道以便适时切换，保障运行；增设2条DN80排水管线（一条钢管、一条聚乙烯管道）隧洞中布置4处10m3钢制水箱，形成5级连级排水设施。10kV电源入洞，每处配备200kVA变配电设施，4台DN80潜水泵（2备2用），通讯、监控连接值班室及时调度；在桩号XJ2+840隧洞右侧安设2片钢制侧管片（扩挖形成水仓）；在桩号XJ3+358隧洞水平洞段扩挖形成水仓；每个排水点安排专人值守；及时对地下涌水进行封堵，保障TBM设备掘进安全。

5 地下涌水封堵施工方案

5.1 掌子面出现裂隙岩溶水、涌水点（孔）

当掌子面出现涌水点，且施工人员能够进行操作时，在裂隙周围用手风钻进行钻孔，钻孔直径25mm，深度50～80cm，埋设DN20mm钢管（带球阀门）进行泄压和导水（同时也是灌浆管），埋设距离和数量根据现场确定，一般采用50～80cm间距。然后用水不漏对岩面裂隙进行封堵，待封堵材料达到强度30MPa（约1.5～2.5d），采用DS化学浆液、普通硅酸盐42.5水泥浆，用液压双液注浆泵依次进行注浆封堵（注浆压力0.5～2MPa），封堵结束后（约3h）拆除外露钢管。

5.2 隧洞壁涌水、透水

施作加强封闭环：用手工水钻按孔距60cm，直径20mm，双排梅花型布置钻孔，采用双液高压灌注机将化学灌浆材料（A/B组份）依次注入，形成1～1.2m宽的封闭环（如管片后豆砾石因水冲流失，封闭环应加宽），将涌水段进行分段阻隔，阻隔长度视涌水量大小确定（一般应控制在6～10环左右）。

钻孔埋设灌浆管，管径38mm，管长60cm，间距1.75m×1.4m，管道安设球阀。

待封闭环达到强度1～1.5MPa（约2.5～3h）采用水玻璃（水玻璃无效时采用DS化学浆液）、普通硅酸盐42.5水泥浆，用液压双液注浆泵依次进行注浆封堵（注浆压力0.5～1MPa），封堵结束后（约2.5h）拆除外露钢管。水∶水泥∶DS浆液比为1∶1∶1。

5.3 隧洞洞壁涌水量大且涌水压力大区段

加宽封闭环宽度（此段因管片背后豆砾石被水冲走，流失量大）至1.6m；钻孔布置灌浆孔（同上）；采用中国石油集团工程技术研究院研发生产的“注浆用水下不分散水泥絮凝剂”和硫铝酸盐52.5水泥配置成净浆，使用JRD300B灌浆泵依先底管片、后侧、顶管片的顺序进行注浆封堵，固结后强度可达30MPa，注浆压力0.5～1MPa，水∶水泥：絮凝剂比为0.5∶1∶0.03；封堵结束后2.5h拆除外露钢管。

5.4 二次处理

对已进行注浆封堵段处理后仍有渗、滴、冒水现象，进行二次灌浆或化学灌浆处理。

5.5 总干3号隧洞TBM2标进洞支洞纵断面图工程地质情况

根据物探资料，桩号3+016附近等值线弯曲变形，整体电性趋势的连续性被切断，存在明显的电性界限，推断该处存在断层F3。桩号2+966.62—3+066.62地段处于断层破碎带及影响带内岩石破碎，岩体完整性差，围岩极不稳定，不能自稳，变形破坏严重，且地下水位位于洞顶以上160～212m，隧洞开挖时可能发生涌水或突水。

根据以上情况，此洞段在TBM掘进施工中容易发生塌方，涌水量大，水头压力高，甚至突发性涌水，威胁TBM施工安全，对此将采用下列施工方案。

加强地质预报，尤其是中、短期预报，聘请专业人士使用地质雷达和超前地质钻机探孔等方法获得准确的地质预报，指导施工；在TBM掘进至桩号2+ 916.62时（即达到该特殊地质洞段前50m），对TBM设备电气、液压、机械、灌浆等系统进行认真维护保养，使TBM以最佳状态通过不良地质洞段；地质工程师在此段施工时要及时通过尾护盾裸露岩石、皮带机出渣料变化、停机时进入掌子面观察围岩，以及采用超前钻机对前方围岩探测等措施作出正确判断；必要时对刀盘进料口进行封堵，当遇到不良地质段出渣量特别大时，应减小出渣量，以保证TBM施工顺利进行；使用超前地质钻机进行先探后掘的原则：如超前钻探时遇到大量涌水情况，应通过超前钻孔进行有序泄水、泄压，待出水量稳定或降低后，确定是否要进行灌浆和地质处理；对该断层影响带施工时如果利用超前地质钻机进行探测发现有软岩地层、涌泥、软质岩变形、断层带引起的掉块、坍塌时，首先利用超前钻机钻孔，进行固结灌浆处理，涌（突）水段用化学灌浆处理，用手持式喷射混凝土设备快速封闭岩面，及时对破碎地段进行固结灌浆，水∶水泥∶水玻璃比为1∶1∶1。

5.6 安全施工措施

第一，所有进入施工现场人员穿工作服、劳保鞋，配戴安全帽。特殊工种人员按规定配戴专门的劳动防护用品，并由专职安全员进行现场检查、巡视。

第二，施工所用电器设备的金属外壳，必须做到接地又接零。一切电器设备做到安全可靠，严格管理，经常检查、维修，使之处于良好状态，非专职电气人员不操作电气设备。

第三，禁止擅自动用、安装电气设备。电动机械使用的电缆，禁止用铅丝缠绕。电动机运行时注意电压波动，严禁三相电机只有二相运行。

第四，高处作业使用的工具、材料等做好防护防止掉落，所用材料要堆放平稳，工具应随手放入工具袋内，上下传递物件禁止抛掷，使用的材料应随用随吊，用后及时清理，在物架上临时堆放物品，严禁超过允许载荷。

第五，所有机械设备在使用前均进行常规检查和试运转，应特别注意制动系统是否完好，详细检查各部机件和仪表读数是否正常，周围有无干扰，确认无问题时方可正式运转。

第六，机械设备应定机定人操作，持证上岗。不熟悉机械性能和操作方法的人员不得单独操作。非专业人员禁止开动机械设备。机械操作手应随时注意机械运转情况，不得擅离职守。

第七，交接班作业严格交接手续，当班人员把本班情况和发现的问题向接班人员交待清楚，并做详细记录。

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杨鲲鹏（1983-），男，2010年毕业于河海大学水利水电工程专业，工程师。

2016-09-17；

2016-10-24