高速公路TBM不良地质处理措施及设备改造

胡祺

摘 要：为避免不良地质产生负面影响，提出高速公路TBM不良地质处理措施及设备改造。分析围岩表层破碎掉块、局部破碎较深、围岩松散、围岩风化、蚀变、二次塌方不良地质特点，并给出相对处理措施。在围岩破碎区域及时拉出护盾内的钢筋排，采用钢筋排支护，对表层围岩及掉块进行支撑，减少落渣;针对围岩松散，采用3 mm铁板封堵塌腔，并预留回填注浆管，超前喷区域设备防护，然后超前喷混完成后进行回填灌浆;用H型钢配合千斤顶将下沉拱架顶紧。针对主驱动、主机皮带机系统以及混凝土喷射系统进行改进，加强不良地质施工安全性。

关键词：高速公路;TBM不良地质;处理措施;设备改造

0 引言

乐西高速具有工程规模大、桥隧比例高、地质地形复杂、进场通道差等特点，桥隧比达83.15%。乐西高速建设正全线推进，计划2025年建成通车，建成后将连接乌蒙山集中连片特困区和大小凉山腹地彝族主要聚居地，完善路网功能。但是，不良地质灾害的发生往往都具有一定的突发性和巨大的破坏性，尤其在山区人口密集地段，给广大人民的生命、财产安全造成重大威胁，很大程度上制约了国民经济的快速发展[1]。为避免不良地质产生负面影响，提出高速公路TBM不良地質处理措施及设备改造。

1 TBM遭遇的不良地质及处理措施

乐山至西昌高速公路马边至昭觉段起于乐山市马边县城东侧，顺接仁沐新高速公路马边支线，经雷波县、美姑县，止于昭觉县南侧，接G7611线昭通至西昌段高速公路，项目路线全长约152.48公里。

主要岩性：平导洞TBM施工段长10.68 km，最大埋深1 037 m，围岩主要以粉砂质泥岩、细砂岩、灰岩、砂岩、泥页岩夹煤层、峨眉山玄武岩等组成。

围岩条件：Ⅲ类围岩占比6.5%，Ⅳ类围岩占比73.3%，Ⅴ类围岩占比20.2%，饱和单轴抗压强度最高61.3 MPa，属于软岩隧道。

断层：存在破碎断层，断层带可能存在大涌水，突涌泥。

主要施工难点包括长距离施工掘进、埋深大，围岩软弱，存在软岩大变形、断层破碎带地层、设备需求时间紧，再制造时间短等，针对围岩表层破碎掉块、局部破碎较深、围岩松散不良地质现象以及处理措施进行分析。

1.1 围岩表层破碎掉块

在围岩破碎区域及时拉出护盾内的钢筋排，采用钢筋排支护，对表层围岩及掉块进行支撑，减少落渣。钢筋排均匀分布，端头与钢拱架焊接牢靠。根据围岩、出渣量等合理调整推进压力、刀盘转速等掘进参数，安全快速通过，在系统喷锚区域进行系统喷混。

1.2 局部破碎较深、围岩松散

塌腔位置及时抽出护盾内的钢筋排，采用3 mm铁板封堵塌腔，并预留回填注浆管，超前喷区域设备防护，然后超前喷混完成后进行回填灌浆。最后清理拱底积渣及回弹料。根据围岩、出渣量等合理调整推进压力、刀盘转速等掘进参数，安全稳步通过。

1.3 围岩风化、蚀变

围岩较破碎，为蚀变岩或风化、强风化岩，强度低，掉渣较多，掘进过程中从护盾尾端涌出大量流沙。清理和支护困难。

塌腔位置及时抽出护盾内的插钢筋排，防止落渣增多，根据松散体范围、角度、深度选定合适位置打设中空锚杆，数量满足化灌固结要求，然后进行化学灌浆固结。根据围岩、出渣量等合理调整推进压力、刀盘转速等掘进参数，安全快速通过。

1.4 二次塌方

揭露围岩软弱，现场已增强钢拱架类型，并加密钢拱架、钢筋排等初支加强措施。经左右线爆破围岩扰动后，拱顶出现二次塌方，塌腔深度约2 m～5 m，将已支护的钢拱架压沉约10 cm～15 cm，部分拱架被压变形。

用H型钢配合千斤顶将下沉拱架顶紧，在边墙和起拱线位置围岩相对较好的地方打设一定长度的锁脚锚杆，用千斤顶将下沉拱架顶回;顶回拱架后预留灌浆孔，进行超前喷砼封闭;对塌腔内进行回填灌注C25混凝土;回填完打设设锚杆固定;最后拆除顶撑。对变形拱架进行人工更换，并人工架立、加密拱架，提供足够的支撑力。处理完成后恢复掘进。根据围岩、出渣量等合理调整推进压力、刀盘转速等掘进参数，安全快速通过。

在施工前，要注意施工材料是否正确、所选择的施工方案是否合适、时刻关注施工动态，一旦产生问题就要及时解决，从而提高施工计划的科学合理性。

在施工过程中，要时刻注意施工速度，要在可以保证施工质量情况下尽量缩短施工周期达到减少施工成本的目的。然后还要注意各个劳动力的工作状况，要保证每个岗位上都有最优数量的劳动力，不可以出现劳动力闲置的状况，让各项任务都有劳动人员去落实;其次，施工过程中要严格按照相关规范进行施工，到达关键性施工环节时，要请专业技术人员对现场施工现场情况进行勘察指导，在技术上提供帮助，遏制一切可能造成安全隐患问题的产生，同时也要时刻注意劳动人员们的安全状况。另外，要定期对施工人员进行技术培训，提高施工人员的技术，从而提高施工的质量。

最后，在施工结束后，要利用高科技产品对施工结果进行验收，有不合格之处及时做出调整，从而在最大程度上保证特殊环境下滑坡地质灾害的治理效果。

2 DG785敞开式TBM设备改造

乐西高速项目平导洞施工利用原吉林引水公司敞开式TBM设备再制造，是国产首台大直径敞开式TBM的再次利用。

针对不良地质，配置“快速支护系统”，在极软弱破碎带地段能够快速安装密布钢筋排、锚杆、钢拱架及时支护，快速通过。引松工程成功通过破碎带。

2.1 主驱动改进

对主驱动装置进行改进处理：

（1）增加注脂点数量;

（2）在围岩条件差时，建议将第一道密封腔的油脂由EP2改为稠度更大、流动性更慢的HBW油脂;

（3）减速机减速比改为26，转速范围0～6.4，额定扭矩9 460 kN·m，脱困扭矩14 134 kN·m，增大脱困能力及额定扭矩。

2.2 主机皮带机系统

（1）采用1 200 mm带宽主机皮带机，能有效避免渣料掉落;

（2）双液压马达+减速机驱动，驱动扭矩大，大幅提高皮带机的脱困能力。

2.3 混凝土喷射系统

喷混系统前置置于连接桥上，相对于原DZ101前置10 m，缩短喷混滞后时间。

综上所述，主要针对主驱动、主机皮带机系统以及混凝土喷射系统进行改进，加强不良地质施工安全性。

3 结论

乐西高速TBM项目意义重大，是国内公路隧道首台应用TBM的案例，工程地质测绘是运用地质、工程地质理论，对与工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述，初步查明已建成地段或各建筑地段的工程地质条件。本文分析围岩表层破碎掉块、局部破碎较深、围岩松散、围岩风化、蚀变、二次塌方不良地质特点，并给出相对处理措施。针对主驱动、主机皮带机系统以及混凝土喷射系统进行改进，加强不良地质施工安全性。

参考文献：

[1]袁艳斌，陈维.降低大直径双护盾TBM在不良地质洞段卡机风险的对策研究[J].四川水力发电，2019，38（2）：64-66.

[2]荣世光.长大深埋型水工隧洞不良地质条件TBM施工技术研究[J].中国水能及电气化，2019（1）：18-22.