新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：TBM具有快速掘进的特点，但在穿越复杂地层时，经常会引起塌方等施工灾害，导致卡机甚至停工。本文以新疆某引水工程为工程实例，通过地震波法和激发极化法对TBM隧道掌子面前方的地质情况进行探测预报，针对TBM施工灾害预测问题进行了研究。结果表明，地震波法和激发极化法对TBM隧道塌方段的预报结果准确，研究成果为TBM引水隧洞施工灾害预测提供了宝贵经验。
关键词：TBM；超前地质预报；塌方；地震波
1、工程概况
本文以新疆某引水工程为研究背景，线路桩号2+370m-29+187m，总长度26817m，开挖直径为7830mm。线路总体走向由西北向东南，地貌为低山丘陵。总地势北高南低，东高西低，相对高差670m，洞室最大埋深为668米，地形起伏，沿线冲沟较发育，设计坡度1/3000（TBM施工段），主洞钻爆段设计坡度为1/5600。TBM段全长23.737km、主洞钻爆段1740m。
2、综合超前地质预报
为有效查明掌子面前方地质情况，超前预报单位进行了超前地质预报，地震波法预报结果如下：
（1）11+059~11+084 段落：在反射图像上，出现明零星的正负反射，推断该段落围岩完整性差，局部节理裂隙发育，可能发生掉块，应及时支护。
（2）11+084~11+115 段落：在反射图像上，出现明显的正负反射，推断该段落围岩完整性较差，节理裂隙发育，局部破碎，易发生掉块和塌腔。其中11+090~11+107段落异常较集中，推测该段落岩性强度变化较大，施工中加强支护，防止掉块和塌腔。
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图1 隧道地震波成像图
根据GEI综合电法仪，激发极化预报结果如下：
(1)11+059~11+079 段落：三维电阻率图像中掌子面前方电阻率偏低，推断该区域可能出现滴渗水，局部可能出现股状流水。
(2)11+079~11+089 段落：三维电阻率图像中电阻率相对于前半段有所升高，推断该区域可能出现滴渗水。
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图1 激发极化法三维成像图
3、现场施工情况及塌方卡机原因分析
3.1 掌子面塌方情况
TBM掘进施工至桩号11+083.7～11+110m段，刀盘推力10760～17910KN，扭矩1870-2670KN•m，贯入度7.5～11.8mm，揭露的围岩整体较为完整，局部左侧顶拱10点～12点方向岩体完整性差，围岩类别为IIIb。在桩号11+104m附近顶拱出现大量裂隙水，呈线状流水～股状涌水，水量约40m³/h。在11+102～11+104m处支护拱架发生下沉变形。施工至11+095～11+104m左顶拱～右侧顶拱（10点～1点方向）围岩整体失稳，造成拱架严重扭曲，围岩塌落至物料平台处，此次坍塌轴线长度约10m，环向宽度5-6m，径向深度3～4m。
3.2 塌方原因分析
根据洞内塌落后石渣分析，拱顶后存在有挤压破碎的软弱夹层，为顺层挤压破碎带。隧洞位于挤压破碎带下盘，岩体相对较为完整，上盘较为破碎，并富含有大量基岩裂隙水。隧洞开挖后形成泄水通道，基岩裂隙水加速流动，顺势携带一些泥质、岩屑等细小颗粒，层间结构面抗剪强度也随之衰减，挤压破碎带下盘岩体开始蠕变下沉，形成空腔。随着地下水持续不断侵蚀破坏，挤压破碎带及上盘岩体也开始松动坍塌，岩体以重力型式直接作用于一次支护结构上，造成拱架严重扭曲变形，直至松散的碎块石坍塌至物料平台处。此次坍塌主要诱因为基岩裂隙水，其次为未揭露的层间挤压破碎带[1-4]。
3.3 预报对比
现场实际塌方段为11+095～11+104m，超前预报建议加强支护段为11+090~11+107，由结果可知实际塌方段完全处于建议加强支护段内，表明超前预报结果准确，地震波法与激发极化法的组合满足指导TBM施工的要求。
4、结论
本文以新疆某引水工程为研究背景，通过地震波法和激发极化法对TBM隧道掌子面前方的地质情况进行探测预报，针对TBM施工灾害预测问题进行了研究。结果表明，地震波法和激发极化法适合在TBM隧道环境下进行超前地质预报，可以对掌子面前方不良地质体、含水构造进行准确探测，降低TBM遭遇塌方事故的概率。
参考文献
[1]刘宁等, 深埋破碎岩体TBM掘进风险评估与应对. 岩石力学与工程学报, 2015. 34(S1): 第3348-3355页.
[2]吕炎浩, 浅谈TBM卡机高效脱困技术. 中国水能及电气化, 2018(08): 第58-62页.
[3]杨鲲鹏, TBM在隧洞施工中卡机脱困的实践. 山西水利科技, 2018(03): 第35-39页.
[4]徐虎城, 断层破碎带敞开式TBM卡机处理与脱困技术探析. 隧道建设, 2018. 38(S1): 第156-160页.
作者简介：韩强（1973.09），男，新疆阿勒泰人，职称：高级工程师，毕业于中国农业大学，主要从事水利水电工程建设管理方面的工作；