周 江 锋， 张 长 万

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

近年来，隧洞掘进机TBM(Tunnel Boring Machine)以其高效、安全、环保的优点，越来越多地被国内许多大型交通、水利隧洞工程项目所采用。但在实践中，TBM施工法是有其使用条件的。以中国水利水电第十工程局有限公司为例，其在厄瓜多尔CCS项目引水隧洞施工中，曾创造出月最高进尺1 000.41 m，最高日进尺45 m的辉煌业绩，但是在TBM掘进中也遇到了许多困难。自2012年9月TBM进洞正式开始掘进以来，由于不良地质条件造成的种种问题始终困扰着TBM效率的发挥，在项目部领导以及员工的共同努力下，不惜一切代价，在施工第一年即达到月平均进尺700 m，创造了奇迹。

在TBM掘进过程中，也遇到了各种各样的岩石问题。在此有必要对双护盾TBM施工中遇到的问题进行分析与研究，以寻求对策，尽快解难；同时，总结经验，为在建和拟建工程提供参考。笔者以厄瓜多尔CCS项目引水隧洞为例，对双护盾TBM在不良地质条件洞段进行的施工进行分析与研究。

2 CCS项目

2.1 工程概况

厄瓜多尔CCS项目引水隧洞工程是中国在海外项目中的一个重点工程，全长24 km，同时有两台TBM掘进，其中中国水电十局承担其中的13.77 km,采用一台海瑞克公司生产的双护盾全断面掘进机，TBM开挖直径为9 m，成洞直径为8.8 m，开挖后采用预制管片衬砌和豆砾石回填灌浆。

2.2 地质情况

CCS项目引水隧洞岩石主要为海底火山喷发出来的岩浆堆积而成的火山岛，至今已有很久的历史，该条块岩石古老，历经构造变动并在强烈的近东西向的构造应力作用下出现岩石涌水、岩体破碎，地质条件比较复杂。

2.3 掘进机的基本情况

该掘进机的主要技术参数如表1所示。为了应对开挖中不可预见的断层等地质条件，采用了双护盾设计，同时配备了超前钻机，可以对机头前方30 m进行地质钻孔勘测，也可以用来对掌子面前方进行注浆加固。

表1 技术参数表

3 施工中遇到的主要问题及采取的对策

3.1 大量涌水

厄瓜多尔CCS项目引水隧洞在TBM施工时，遇见了较大的地下水问题。地下水给施工带来了很大的困难，特别是在围岩破碎的情况下，形势会更加糟糕，严重影响施工进度并增加工程成本。项目部对地下涌水采取的有效措施为：

3.1.1 超前排水

超前将前方地下水释放。采取TBM自带的超前钻机打排水孔，视水量大小可打数量不同和管径不同的排水孔；同时，增加洞内排水泵的数量，及时将释放的水排出洞内。

3.1.2 超前注浆堵水

在施工过程中并不是所有隧洞的涌水都能通过钻孔排水和辅助坑排水达到目的。对于深埋长隧洞，其涌水量往往较大、水压较高，若采用排水法使含水围岩中的地下水排出或水压降低，一方面需要较长时间，而且局部地带因高压水的喷射还会诱发大规模的崩塌或产生岩爆；另一方面，由于上覆土层中地下水位下降还会产生一系列的环境问题，如地面坍塌、水源枯竭等。在这些情况下，必须采用注浆方式堵塞住围岩中地下水的活动通道，以保证施工顺利进行。TBM使用自带的超前钻机在TBM前上方连续打孔，环状排列，然后采用高压灌注水泥浆或聚氨酯材料进行化学注浆，待注浆材料凝固后，可在TBM前上方形成环状止水环，因此而止水或改变水流的效果。TBM掘进时掌子面遇到涌水时的情况见图1。

图1 涌水洞段照片

3.2 断层破碎带

断层是地壳在构造运动中岩体所受构造应力作用超过其强度而发生较大错断和明显位移的地质现象。因此，破裂面两侧的岩体构造裂隙发育、岩体十分破碎、完整性差且岩石强度还相应降低，透水性急剧增强，断裂面还常构成危险的滑动面。TBM在掘进过程中，由于遇到围岩坍塌，挤压围岩等，使得围岩体容易卡住TBM刀盘，使TBM刀盘无法转动，机身无法向前掘进。CCS项目曾遇到多次断层带，有时1 d仅掘进10 m左右；又如TBM在断裂构造带上掘进时，因卡机和躲闪塌方，造成TBM停机两次，好在均很快解决了卡机问题，加大推力，使得TBM向前掘进。断层破碎围岩见图2。

图2 断层破碎带

在施工过程中，由于没有很好地对开挖前方的地质条件进行预报，因此出现了许多不可预见的断层破碎带，给工程带来了很大的困难。

对于TBM在断层破碎带中的施工采取的不当施工措施有：

(1)施工中不对前方进行超前勘探，因此而没有超前采取措施，从而造成TBM通过时受阻。

(2)TBM在通过断层破碎带的推进参数不合理，对前方岩体扰动过大。

(3)TBM受阻后没有立即采取措施，造成刀盘前方坍塌进一步发展，最终导致TBM受阻。

因此，在TBM被困后，应根据出渣情况及TBM的施工参数判断该地层的基本特点、断层破碎带的规模，做出判断是否需要进行人工开挖还是采取超前处理措施，分别采取加固措施或人工开挖脱困。

3.3 双护盾TBM被压、卡机采取的脱困技术方案与分析

双护盾TBM掘进的最大特点就是掘进速度快，施工环境安全，而且掘进、出渣、衬砌和回填灌浆等多道工序同步进行，隧洞一次成型。但如果地质条件复杂，所遇到的围岩不稳定而导致快速变形或大体积塌方时，TBM机头就会被卡住，从而严重影响施工进度和成洞质量，若采用的处理方法不当，解困不及时，TBM机身在长期受力的情况下必然会变形、受损，从而造成重大的经济损失，也会给以后的工作带来巨大的困难。在厄瓜多尔CCS项目施工中，突遇围岩快速变形，导致TBM被围岩紧紧抱住而不能移动，后因处理恰当正确，在短时间内即使TBM恢复了正常掘进，避免了重大损失。

厄瓜多尔CCS项目在遇到塌方情况时岩石结构松散，强度极低，在TBM全断面掘进中，很有可能出现卡机故障。

(1)事故发生情况及解决方案。

在2013年4月，TBM在无明显异常情况下，突然机身不能向前移动，在检查完机械、液压、电气方面等都没有问题的情况下，立即在刚脱离护盾的几环管片上从灌浆孔处量测管片与围岩的间隙，发现几环管片间隙很小，遂确认卡机，最后改变了掘进参数，加大了推力，解决了TBM卡机问题，使TBM顺利通过。

(2)TBM被困后采取的初步判断方法。

根据其他工程TBM卡机经验及此次TBM被卡情况，在施工中，工程技术员应当密切注意TBM各系统的运转情况，若发现有以下几种情况出现，应当初步确定有围岩快速变形或大体积塌方的可能，应当迅速进行相应的处理。

①掘进速度下降，加大推力，效果不明显；

②后护盾移动困难；

③后支撑和前支撑不能正常伸出；

④豆砾石回填明显变少。

4 问题产生的原因及分析

(1)厄瓜多尔位于赤道上的岛屿都是远古时代由海底火山喷发出来的岩浆堆积而成的火山岛，至今已有很久的历史，该条块岩石古老，历经构造变动众多，岩石涌水、破碎，地质条件比较复杂，对隧洞的稳定非常不利，因此，岩体的完整性及强度表现较差；另一方面，在构造和溶蚀的共同作用下，岩石整体结构破坏加上地下水的作用，使得围岩变得十分松散，围岩体的地质条件更差，从而给TBM掘进施工过程造成了许多困难，在项目部领导及员工的共同努力下，解决了TBM在施工过程中的种种问题，使TBM恢复了正常运行。

(2)由于前期提供的地形地质资料与TBM掘进时遇到的岩石情况有所差异以及对该地质条件的了解不够充分，没有及时采取措施，故在遇到不良岩石情况时，要及时了解岩石情况，避免TBM出现各种问题，以保证TBM正常运行。

5 结 语

笔者在厄瓜多尔CCS项目工作1年时间里，根据双护盾TBM的施工实践，得到了以下几点认识：

(1)TBM施工是一种新型、先进的隧洞施工机械，已被越来越多的大型交通、水利隧洞工程项目所采用。

(2)双护盾TBM隧洞掘进机虽然具有安全、优质高效等很多优点，但也存在对地质条件较为敏感的问题，所以，在隧洞施工前期，一定要从本地区地质条件的客观实际出发，做好各项技术指标的分析及比较，选择合理的施工开挖方法，顺利并且在规定的时间内完成工程项目。

(3)在遇到地质条件较差时，应尽量多的采取超前地质预报，时刻了解掌子面前方的地质情况，采取合理的掘进参数以及掘进方法，以保证TBM快速通过不良地质洞段。

(4)由于TBM涉及很多知识，如机械、液压、PLC控制、地质等，因此，在TBM施工过程中，需要各个专业紧密配合，解决TBM在掘进当中遇到的各种问题。

(5)对于双护盾TBM，在其掘进施工过程中，应尽量缩短掘进机机身和刀头，通过增设扩挖设备等措施来减少护盾摩擦力，防止卡机事故发生。

作者简介:

周江锋(1989-)，男，河南安阳人，技术员，从事水利水电工程施工技术工作；

张长万(1965-)，男，四川大竹人，副总经理，高级工程师，学士，从事国际工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)