双护盾TBM化学灌浆断层脱困技术应用

陈 章/CHEN Zhang

（广东华隧建设集团股份有限公司，广东 广州 510308）

榕江关埠引水工程输水隧洞位于连绵的低山丘陵山区，局部冲沟切割深、山坡较陡、植被茂盛。隧洞所处地层大部分为燕山二期中粗粒黑云母花岗岩，局部见细粒花岗岩及辉长岩脉等，隧洞埋深大部分为130～200m，最小埋深约20m，最大埋深约360m。采用TBM 掘进施工。

隧洞F4 断层位置位于潮阳区谷饶镇东谷公路西侧，此处隧洞埋深约36.6m，F4 断层平行于径门水库主渠道，渠底高程约53m。依照山体走势结合地勘资料和TBM 出渣岩样，初步判断断层影响范围主要沿径门水库主渠道走向范围，对TBM 掘进过程影响范围长度约43m，断层两侧影响带宽约20～30m。

1 施工方案选择

TBM 掘进突遇F4 断层后，造成卡壳、卡刀盘，多次尝试以期能快速脱困，但即使将设备调整到极限运行工况，仍然几乎不能启动设备，如果继续强行调整设备运行工况，将对设备造成不可挽回的永久性损坏，需要采用其他方法使TBM 脱困。常规的TBM 过断层脱困措施以立拱架、挂网喷砼、钻孔施作单（双）水泥浆液为主，但断层地下水丰富时，注水泥浆加固达不到预期效果。

近年来化学灌浆材料在复杂岩土工程中得到了较多成功应用，因此考虑使用化学灌浆技术对盾构前方断层进行加固，待围岩稳定后TBM 再掘进通过。针对F4 断层破碎程度和地下水情况采取了先施工发泡型化学灌浆，以堵住开挖面，后施工加固型化学灌浆，以提高围岩强度的方案。

2 加固施工

2.1 化学灌浆材料性能

发泡型和加固型化学灌浆材料都是无挥发性的高阻燃性能的绿色施工材料，两种化学灌浆材料均由A、B 两组分组成，施工现场按1∶1 体积配比。两种灌浆材料组合性能如表1、表2 所示。施工时通过压力和化学渗透作用灌入岩体塌腔、岩体裂隙及松散的地质层中，能在较短的时间内快速膨胀、固结，使松散、破碎围岩胶结成连续的、完整的受力体，恢复围岩结构的整体承载作用。

表1 发泡型化学灌浆材料性能参数

表2 加固型化学灌浆材料性能参数

2.2 化学灌浆设备

化学灌浆的钻孔孔径要求大于∅25mm，采用YT28 手持风钻机，孔径∅34～42mm。注浆设备采用3ZBQS-16/20 双组料注浆泵。

2.3 发泡型化学灌浆封闭掌子面

通过双组分的混合注入刀盘内腰线以上正面，材料能够在短时间内膨胀10～20 倍体积并且具备一定的强度。膨胀后材料填充前方的破碎断层，即可封闭掌子面、避免后续加固材料注入回流，又可挤压胶结破碎断层岩体，使其形成一定的完整度和初步自稳性。

注浆孔位置如图1 所示，开孔编号F1～8，分别 在35#、30#、17#、19#、13#、9#、28#、25#刀口位置，钻孔深度约1.5m，除了顶部F1、F2 孔角度略微上扬，其余孔位均垂直于刀盘。

图1 发泡型化学灌浆开孔位置

施工工艺流程：钻孔→冲洗→安装堵塞→连接灌浆枪→注浆→封孔→检查孔钻孔及灌浆→孔位转移。

2.4 加固型化学灌浆固结破碎岩层

通过双组分的混合注入至发泡加固体后方，加固型化学灌浆材料具有较高的强度、胶结性能和止水性能，能够有效地固结破碎岩层，形成较高强度的固结围岩，避免TBM 恢复掘进时扰动产生塌方。

注浆孔位置如图2 所示，开孔编号D1～D5，其中D1、D2、D4、D5 钻孔深度4m 与刀盘面呈40°发散角度，D3 与刀盘面垂直，钻孔深度3m。同时考虑到刀盘后方存在破碎岩层，在伸缩盾位置径向钻孔2 个注入加固浆液，孔深6m。

图2 加固型化学灌浆开孔位置

施工工艺流程：钻孔→冲洗→安装堵塞→连接灌浆枪→注浆→封孔→检查孔钻孔及灌浆→孔位转移。

3 设备脱困、TBM恢复掘进

采用化学灌浆加固周围岩体后，尝试启动刀盘。由于TBM 被岩体包裹，刀盘启动时被卡住，通过刀盘进人孔及中心刀位置，人工进入土仓清渣，同时操控刀盘后退，边清渣边支护，直到刀盘转动，在刀盘前方形成空间时，及时采用方木（15cm×15cm）与木板（厚5cm）进行支护。在本次TBM 脱困过程中，TBM 后退90cm 后成功转动刀盘。在通过断层加固区时，TBM 出渣较顺畅，没有出现卡住刀盘的情况。施工过程中在管片之间安装缀板，采用膨胀螺栓连接各管片，以增强管片的整体刚度，如图3 所示。

图3 管片固定

4 效 果

先进行发泡型化学灌浆封闭掌子面，避免后续加固材料注入时回流，后施工加固型化学灌浆固结断层破碎岩层，形成较高的强度固结围岩，掘进时采用微扰动掘进模式，适当降低推进速度、推力、转速等参数，可以实现TBM 在花岗岩断层脱困并顺利通过。