引汉济渭秦岭隧洞施工技术(修改稿)

3 TBM施工若干技术问题
3.1TBM综述 TBM（Tunnel Boring Machine）是用于岩石地层的全断面隧洞掘进机 的简称，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧洞施工装 备，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，具有快速、优质、经 济、安全、环保等优点，被称为工程机械的"掘进机之王"。TBM施工虽 然优点突出，但其也一些局限：一是一次性资金投入大；二是TBM技术 支持要求高；三是TBM对地质条件要求比较高，特别是遇到复杂地质条 件时，TBM施工处理措施没有钻爆法灵活。
1 引汉济渭工程概况
1.2引汉济渭秦岭隧洞施工特点
④集中高压涌水，封堵排水困难。在数年的隧洞施工中，有多个标段发 生了特大涌水事件，导致施工掌子面被淹，反坡施工段情况更甚。由于隧洞 埋深大，涌水点多，涌水压力大，排水管路长，所以排水和堵水十分困难。 需花费较长时间进行处理，最危险的涌水事件发生在2016年2月28日，最大用 水量达4.7万m3/d,TBM设备险些被淹，经过2个月的抢险抽排，专业封堵，才 恢复掘进。 ⑤独头掘进长度、长距离通风技术实现突破。引汉济渭秦岭隧洞TBM独 头掘进超过18km，TBM的通风距离也达到15.7km.钻爆法施工段的出口段最 大独头掘进6.5 km，独头掘进和长距离通风两项指标在业界领先。 ⑥钻爆施工连创新高，TBM掘进续写佳绩。在多年的钻爆法施工中，我 们注重总结研究施工安全与开挖、支护、二次衬砌等工序关系，结合断面大 小和围岩变化，妥善处理好施工与安全的关系，5号洞创造了钻爆法施工月进 尺 286m的全国最高记录，岭北TBM在第一阶段的掘进中，也创造了月进尺 868m的好成绩。岭南TBM也在硬岩中砥砺掘进，今年以来持续数月进尺在 300m以上。
预 留 变 围岩 类别 形 量 （cm） 初期支护 Φ22砂浆锚杆 和Φ25中空注浆锚杆 厚度 8 10 21 位置 局部 拱部120° 拱部 120°Φ25 边墙Φ22 拱部 120°Φ25 边墙Φ22 长度 （ m） 2 2.5 3 二次衬砌 （cm） 钢筋网
喷层
位置 拱墙 拱墙
间距 （m） 纵×环
3.3 岭南、岭北TBM进度比较分析 ①岭南、岭北TBM月进度对比分析 将岭南、岭北试掘进以来的逐月进度进行对比见图2，发现前8个月岭南 与岭北虽然进度不同，但稳中有增的趋势相同，那么，什么原因导致岭 南月进度远远落后岭北呢？为此我们就岭南岭北的岩石物理力学指标进 行了系统的分析研究。
1200 1000 937 1001 758 501 559 533 275 282 108 87 70 10 144.2 120.9 147 46.3 15 841 673
对于初期支护，参建各方在实际 施工中不断探索总结，在5、6、7号 洞施工中,利用围岩在无支护条件下的 允许暴露时间也就是围岩的自稳时间， 实现短距离的掘进与支护分离，以减 少施工干扰，加快施工进度，也是对 新奥法理论的实践和对施工规范的创 新，收到了较好的效果。
② 关于锚杆问题 引汉济渭工程隧洞设计的锚杆为Φ22砂浆锚杆和Φ25的中空注浆锚杆。但 在施工中，几乎没有一家施工单位遵从设计要求，而是普遍使用了锚固剂锚杆， 从安全的角度考虑，应该是用锚杆锚固剂更好一些，因为锚固剂里有速凝成分， 可以快速形成强度，能够使锚杆尽快发挥支护作用，加上相应的钢筋网和喷射 混凝土，可以快速对破碎围岩进行支护和封闭。锚固剂能在短时间内起到锚固 作用，且强度快，砂浆锚杆很难保证密实。
2 钻爆法施工技术
2.2隧洞的超前地质预报
引汉济渭工程合同明确了超前预报的责任主体是设计单位，其超前预报 的地质工作由设计单位组织实施，施工单位积极配合。特别是对地质情况复 杂区段，要按照“物探先行，钻探验证，有掘必探，先探后掘”的原则组织施 工。2012年以来，6号洞对发现的两处不良地质地段进行了超前预报，特别是 7月19日，在k67+163位置，准确判断掌子面前方有较大的富水层，四方根据 情况及时确定了“加强排水、加强观测、暂停掘进、择机而进”的方案，随 即安排单位进行了钻孔排水减压,避免了涌水的发生，保证了施工安全。 目前，涌水预测仍然是隧洞超前地质预报中的薄弱环节，往往是在有涌水征 兆或是已发生小量涌水时才进行超前探水预报。为了提高地质超前预报特别 是涌水预测的准确性，对物探发现的异常区进行钻探验证是必要手段。
秦岭隧洞施工采用钻爆法、 TBM分段施工方案。其中，穿越 秦岭岭脊段34km采用TBM施工， 其余64.3km的浅山区采用钻爆法 施工，为此，全线布置了15条施 工支洞，实现“划整为零，长洞 短打。”支洞总长近30km，占主 洞的30%，其中，大于2000m的支 洞有7条，最长的4号支洞达 5820m，为亚洲最长。
1 引汉济渭工程概况
1.1引汉济渭秦岭隧洞简介
秦岭隧洞选线布置是“一洞二段”的布置形式。一洞：就是一条主洞， 长度98.3km。二段：黄金峡到三河口的简称黄三段，长度16.5km,这段全部 是地上隧洞（施工道路以上）；三河口到出口段简称越岭段，长度81.8km， 这段全部在地下，最大埋深2012m。
引汉济渭工程隧洞动态设计，有 以下三种情形，第一种是图纸设计与 实际相符，照图施工，不发生变化。 第二种是由施工单位根据围岩的变化 提出变更设计的申请，经监理、设代、 业主四方查看讨论形成意见，确定围 岩类别和支护方式，然后及时履行四 方会签手续，套用设计图中相应类别 围岩的支护方式。
图1 隧洞衬砌标准断面 1:100
随即 1.2×1. 5 1.2×1. 2 1.2×1. 0
位置 无 拱部 拱墙
间距 （c m）
无 25 20
钢拱架
拱 墙
仰 拱
Ⅱ Ⅲ Ⅳ 6
30 35 工16 榀/0.8m 工16 榀/0.8m 40*
30 35* 40*
拱墙
Ⅴ
8
全断面
23
3.5
拱墙
20
45*
45*
2 钻爆法施工技术
2.1隧洞的动态设计
2 钻爆法施工技术
2.1隧洞的动态设计
引汉济渭工程隧洞的动态设计模式，可以概况为“全盘考虑，预先设计； 跟踪施工，及时反馈；动态设计，安全经济”。引汉济渭隧洞施工图是设计 单位根据前期的地质调查勘探资料设计的，一般按照不同区段的围岩类别， 设计有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ至少四种围岩开挖支护方式，能满足不同围岩类别情 况下的安全掘进需要，不同围岩的详细支护参数如表1，隧洞衬砌标准断面参 见图1。 表1 6号洞衬砌及支护参数表
2.3隧洞开挖方式探讨
引汉济渭隧洞断面按围岩类别的不同，断面大小在47-58m2，按照《水工 建筑物地下开挖工程施工规范》SL378-2007,属于中断面。为方便施工，对Ⅳ、 Ⅴ类围岩，采取了“光面爆、全断面、短进尺、紧支护”的开挖方式，并未 分台阶开挖，实初期支护 ①初期支护的时效
800
600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 161 145 118 88
582
330 194.1 171
650
436 239
145
231
1435
0
11 12 13
0
14
0
16
0
17 18 19
岭南TBM进度
引汉济渭秦岭隧洞施工技术
陕西省引汉济渭工程建设有限公司
2017年10月
汇报提纲
引汉济渭工程概况
1 2
5 6
岩爆应对技术
钻爆法施工若干技术
高压集中涌水应对措施
3
TBM施工若干技术问题
7
岭北TBM卡机脱困技术
4
超长距离通风技术
8
优化设计对工程总进度意义重大
1 引汉济渭工程概况
引汉济渭工程是一项具有全局性、基础性、公益性、战略性的水利项 目。对实现陕西水资源优化管理、统筹关中陕北用水，促进陕南循环经 济，促进治理渭河水生态环境，推动全省实现区域协调可持续发展，具 有十分重要的意义。 引汉济渭工程由一期 工程（调水工程）和二期 工程（输配水工程）组成。 调水工程包括黄金峡水利 枢纽、三河口水利枢纽和 98.3公里的秦岭输水隧洞。 汉江水通过秦岭输水隧洞 调入关中后进入输配水工 程，通过南干线和北干线 输配到关中各受水区。
1 引汉济渭工程概况
1.2引汉济渭秦岭隧洞施工特点
①施工难度极大。秦岭是世界十大山脉，中国著名地理标志，中国南北 气候水系分界线。《史记》就有“秦岭，天下之大阻也”的描述。引汉济渭 秦岭隧洞正是从底部穿越秦岭，地质情况、长距离通风、施工排水、岩爆涌 水、极硬围岩、安全风险、环保要求、水利行业特点等等，远远超越公路、 铁路隧洞，院士专家谓之综合施工难度世界第一。 ②地质情况复杂。以分水岭为界，南北地质差异明显。岭南以花岗岩、 闪长岩、大理岩、片麻岩、石英岩为主，属坚硬或极坚硬围岩，1号洞到分水 岭段有26km的花岗岩，在埋深较大的TBM施工段，围岩的饱和抗压强度超过 240MPa，平均强度也达到182MPa,而且围岩的完整性好，已接近不可钻取的 岩石的范畴。岭北以变质砂岩、千枚岩、云母石英片岩为主，尤其是在出口 段和岭北TBM施工段，遭遇了软岩断层大变形等施工考验。 ③岩爆频发，制约施工。在岭南TBM施工中，因为埋深大，围岩强度高， 在施工掘进中，岩爆频发，多次发生中等岩爆和强岩爆，严重威胁人员和设 备安全，施工人员需全副防护才敢进洞作业。这种岩爆在水利隧洞的施工中 十分罕见。
1 引汉济渭工程概况
1.1引汉济渭秦岭隧洞简介
钻爆法施工段的隧洞成洞断面6.67m×6.76m的标准马蹄型，TBM施工段的隧 洞成洞断面为直径φ8.02m的圆形断面，设计过水能力70m3/s.
截止目前，98.3km的主洞累计完成掘进 近80km，占总长度的82%。控制 全线工期的TBM施工段还有约14km，有望于2020年6月前后实现贯通。
3 TBM施工若干技术问题
3.2 TBM施工段的地质概况和计划进度指标 ①引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段地质概况 引汉济渭秦岭隧洞岭南段位于秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，地 形起伏。高程范围1050～2420m，洞室最大埋深约2012m。工程范围内主 要涉及地层为下元古界长角坝岩群黑龙潭岩组石英岩、印支期花岗岩、 华力西期闪长岩。岭北围岩为千枚岩、变质砂岩，属于中等硬度岩石. ②招标阶段提出的TBM进度指标 招标设计阶段，设计单位按照传统经验和方法对围岩类别进行了划分， 并且提出了不同围岩类别TBM的掘进指标（见表2）。