引松供水工程岩溶及软弱破碎地层敞开式TBM施工技术

引松供水工程岩溶及软弱破碎地层敞开式TBM施工技术

孙振川1, 2， 陈建立1, 2

(1. 中铁隧道集团有限公司， 河南 洛阳 471009； 2. 盾构及掘进技术国家重点实验室， 河南 郑州 450001)

摘要： 引松供水工程四标段隧洞TBM法施工长度约17 km，其中7 332 m主要穿越灰岩(岩溶)、炭质板岩、断层等软弱破碎地层。为解决TBM在该类地层中掘进时TBM偏机、栽头、刀盘被糊、被卡、涌泥涌水、收敛变形引起设备被卡等难题，通过资料查阅、调研国内外现有TBM施工案例、专家咨询研讨等，对比研究多种方案；结合工程实践，提出TBM超前地质预报、钢拱架、钢筋排和喷射混凝土联合及时支护等一系列确保TBM连续施工的方案与措施。经工程验证，该方案与措施能够很好地保证TBM在岩溶及软弱破碎地层的连续掘进，为工程的顺利实施奠定了坚实的基础。本文研究得出了一系列理论及参数，可为类似工程提供借鉴和参考。

关键词： 隧道； 岩溶； 软弱破碎地层； 敞开式TBM； 超前地质预报； 钢筋排支护

0 引言

TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出渣、支护等作业，可实现工厂化施工，掘进速度较快，在长距离岩石隧道(洞)中得到了广泛的应用[1]。TBM分为敞开式TBM、双护盾TBM、单护盾TBM 3种类型。它和盾构的最大区别是其不具备平衡掌子面的密闭建压功能。敞开式TBM施工一般采用复合式衬砌，而护盾式TBM施工一般采用管片作为衬砌形式[2]。

敞开式TBM 自1997年因修建西康铁路秦岭隧道而引进国内以来，已先后在磨沟岭隧道、中天山隧道、西秦岭隧道、大伙房输水隧洞、辽西北供水隧洞等工程中得到应用，是国内长大隧道施工技术的一次巨大革新，大大提升了隧道(洞)施工机械化水平[3-4]。但敞开式TBM主要是针对硬岩施工而设计制造的，一般适用于地质条件相对单一的中硬岩长大隧道，对断层、构造发育及节理密集带等软弱破碎地层适应性较差，甚至需要停机处理，从而造成工效降低，成本攀升[5-8]。众所周知，隧道等地下工程地质千变万化，充满变数且无法预先完全探明，经常存在断层破碎带、侵入岩、蚀变岩、风化槽等软弱破碎地层[9]。如何保证TBM连续顺利穿越此类地层，往往决定一项工程的工期和造价，对工程建设意义重大。虽然采用敞开式TBM已成功修建了很多隧道(洞)，如秦岭隧道、磨沟岭隧道、辽西北供水隧洞、中天山隧道等，也曾尝试采用TBM处理软弱破碎地层，并做了大量的研究，取得了一些成绩；但受制于复杂多变且无法精准探明的地下工程地质，仍没有很好地解决TBM对软弱破碎地层的适应性问题。为不断提高TBM的适应性，创新TBM施工技术水平，进一步研究并探索TBM对软弱破碎地层的适应性和施工技术显得尤为重要和必要。

吉林省中部城市引松供水工程四标段23 km的引水隧洞采用敞开式TBM辅以钻爆法施工，TBM穿越的不良地质构造主要有断层破碎带、灰岩段岩溶溶洞区和富水炭质板岩等软弱破碎地层，在该类地层中掘进时TBM存在偏机、裁头、刀盘被糊、被卡、涌泥掩埋盾体、涌水引起电气故障、收敛变形引起设备被卡等施工风险，严重制约着TBM 的施工质量和掘进进度。为解决该问题，通过超前地质预报、合理掘进参数的选择、围岩及时支护与封闭、加强支护措施的应用、无尺量测监测技术的应用等一系列措施，顺利通过了掘进过程中遇到的断层、溶洞、涌水段及涌泥段，较好地解决了TBM对软弱破碎地层的适应性问题。

1 工程概况

吉林省中部城市引松供水工程是从第二松花江丰满水库库区引水，以解决吉林省中部地区城市供水问题的大型调水工程，是松辽流域水资源优化配置的主要工程之一。引松供水工程四标段设计为23 km的引水隧洞，起止桩号为48+900～71+900(见图1)，采用1台φ7.93 m的敞开式TBM辅以钻爆法施工，其中TBM法施工长度17 km。

图1 引松供水工程四标平面布置示意图(单位： m)

Fig. 1 Plan of layout of No. 4 Bid Section of Songhua River Water Diversion Project (m)

2 主要工程地质问题

2.1 工程地质岩性

工程涉及地层岩性主要有： 三叠系上统小蜂蜜顶子组凝灰岩，三叠系上统大酱缸组砂砾岩，石炭系中下统磨盘山组灰岩，石炭系下统余富屯组凝灰岩，石炭系下统鹿圈屯组凝灰质砂岩，泥盆系中下统碱草甸-常家街组灰岩、砂岩；侵入岩为燕山期花岗岩、钠长斑岩、石英闪长岩，华力西晚期闪长岩。其中K63+884～K71+216洞段共计7 332 m以灰岩、炭质板岩为主。

2.2 不良地质构造

TBM穿越的不良地质构造主要有断层破碎带、灰岩段岩溶溶洞区、富水炭质板岩3种。与洞身相交断层及低阻异常带39处， Fw24-1、F24-2、F28、F38、F41等断裂为阻水或导水断裂，且地处沟谷，有汇水条件，与地表水可能形成联系，可能存在断裂带的突水、突泥问题。其中灰岩段岩溶溶洞区已探明12处溶洞。最大溶洞高38.52 m，距洞顶5.7 m；最小溶洞高6.3 m，距洞顶32.5 m。

在该类地层中掘进时，TBM存在偏机、栽头、刀盘被糊(见图2)、被卡、涌泥掩埋盾体、涌水引起电气故障、收敛变形引起设备被卡等施工风险[10-11]。

3 主要技术方案与措施

3.1 掘进原则

1)超前探、少扰动、短进尺、早封闭、强支护、勤量测； 2)避免在不良地质段长时间停机，匀速通过。

图2 炭质板岩刀盘被糊

Fig. 2 Cutterhead jammed in carbonaceous slate

3.2 超前地质预报

超前地质预报是决定TBM能否安全、顺利通过软岩地段的关键，超前地质预报可减少盲目性，便于采取正确的开挖方法和支护措施，尤其是在软岩或断层破碎带掘进过程中。引松供水工程四标段地质预报的主要内容有： 断层，软弱夹层，岩溶的位置、规模和性质，不同岩类间接触界面位置，工程地质灾害可能发生的位置和规模等。预报方法主要采用长短结合、物探+钻探+地质素描相结合的综合地质预报手段[12]，以探明掌子面前方地质情况。

1)物探主要采用2种手段： ①搭载在TBM设备上的激发极化法; ②TRT法[13]。激发极化法是电法勘探的一个重要分支，是以不同地质介质之间的激电效应差异为物质基础，通过观测和研究被测对象的激电效应进行地质探查的一种电法，能实时预测掌子面前方30 m的地质情况(见图3)。TRT法的基本原理是当地震波遇到声学阻抗差异(密度和波速的乘积)界面时，一部分信号被反射回来，另一部分信号透射进入前方介质(见图4)。该方法被用来了解隧道工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)、位置及规模，操作简单、快捷，预测距离为100～120 m。

2)钻探。因该工程埋深为26～260 m，地表具备钻探条件。通过对物探低阻带及断层破碎带的针对性钻孔取芯，分析洞顶岩石覆盖层厚度、岩溶发育程度、地下水发育情况等。

3)地质素描。通过对出露护盾的围岩以及不良地质段在刀舱内通过刀孔、刮渣孔、人孔等位置对掌子面围岩情况进行观察，绘制地质素描图，对物探和钻探结果进行验证校核。

图3 激发极化三维图像

Fig. 3 3D images of induced polarization

图4 TRT三维图像

Fig. 4 3D image of TRT

通过以上综合地质预报手段，相互验证纠偏，能比较准确地探明前方地质情况。

3.3 TBM掘进和出渣控制

3.3.1 掘进参数的选择

选择合理的掘进参数至关重要[14]。根据地质预报结果结合实际揭露围岩，尤其是软弱破碎地层易产生坍塌，溶洞发育易造成掌子面不平而损坏刀具，在选择掘进参数时应遵循“低转速、小推力”的原则，减小对围岩的扰动，同时降低刀具异常损伤的概率。引松供水工程四标段掘进参数选择范围见表1。

通过对掘进参数的有效控制，减小了对不良地质段围岩的扰动，限制了塌方、掉块的发展；同时,减小了刀具的异常损坏，降低了不良地质段频繁换刀的概率。

3.3.2 循环进尺的控制

引松供水工程四标段采用的敞开式TBM推进油缸行程为1.8 m，即正常单循环进尺为1.8 m。在不良地质段控制掘进进尺的目的在于对出露护盾的围岩尽早封闭并加强支护，减少因风化造成的进一步剥落或坍塌，以限制临空面的发展，确保围岩出护盾后的施工安全和施工的连续性。

表1 不同围岩类别、不同岩性掘进参数选择范围

Table 1 Ranges of boring parameters of TBM in different kinds of surrounding rocks and lithologies

掘进段掘进速度/(mm/min)刀盘扭矩/(kN·m)刀盘转速/(r/min)推进压力/(×10-1MPa)撑靴压力/(×10-1MPa)炭质板岩10～264000～43501.8～4.5160～120194～254断层破碎带52～702700～33604.8～5.9112～165255～294正常掘进段62～801630～33101.6～6.7134～235273～323

对于围岩完整性差、破碎洞段，循环进尺控制在0.9 m，即钢拱架支护间距为0.9 m，结合TBM水平撑靴的特殊设计，该工况可正常换步；对于溶蚀发育、洞顶脱空在4 m以上、涌泥洞段，循环进尺控制在0.45 m，即钢拱架支护间距为0.45 m，该工况需将撑靴受力范围的钢拱架间采用喷射混凝土回填密实，等强后撑靴直接在喷射混凝土表面受力提供反力换步。

3.3.3 掘进姿态预调整

在超前地质预报确认围岩软弱、破碎后，立即对掘进姿态进行预调整，水平姿态向0调整，水平趋势趋近于0，垂直姿态控制在+10～+20 mm，垂直趋势控制在+10 mm/m。提前将TBM水平姿态调正，垂直姿态呈“抬头”形式，以便在软弱围岩中处于主动态势。

3.3.4 刀盘清理

针对炭质板岩遇水泥化的特性，关闭刀盘喷水，减少人为原因造成的泥化问题。对于糊刀盘、糊刀孔问题，加强人工清理刀盘工作，在立拱架及常规保养时间内必须进行刀盘清理，清理刀孔及刮渣孔，至少保证对角2个刮渣孔清理彻底，以确保泥渣的外排；除立拱架及保养时间外，在掘进过程中扭矩急剧增大且进尺极小时，需要及时停机清理刀盘。

3.4 出露护盾围岩的及时支护封闭

引松供水工程四标段采用的敞开式TBM在充分研究工程地质的基础上配备了钢筋排支护和应急湿喷系统，2种系统的配置可及时有效完成出露护盾后围岩的及时支护封闭。

3.4.1 钢筋排支护系统

横向采用盘条将3根钢筋连接成一体，形成钢筋排。钢筋排构成见图5。

图5 钢筋排构成(单位： mm)

Fig. 5 Rebar row structure (mm)

在护盾尾部设置钢筋排安装卡槽，布设范围为拱顶120°，将钢筋排的一端提前插入卡槽内(卡槽宽137 mm、高50 mm)，另一端与钢拱架背部焊接牢固。随着TBM的掘进，钢筋排逐渐被拖出，形成相对封闭的棚护体系(见图6)，防止拱顶塌方体的坠落。钢筋排支护一方面保证了设备和支护人员的安全；另一方面大大减少了清渣工作量，减少了停机时间，有效降低了在不良地质段长时间停机和刀盘护盾被卡的风险，同时为TBM在不良地质条件下连续掘进创造了条件。

(a) (b)

图6 钢筋排支护

Fig. 6 Rebar row support

3.4.2 应急湿喷系统

由于TBM设备喷混凝土系统位于掌子面后方约55 m，无法对出护盾后的围岩进行及时支护封闭，因此，增设湿喷机及时对围岩封闭至关重要。湿喷机的操作与钻爆法施工相同，在喷射之前须对设备进行防护，防止喷射混凝土对设备造成损坏。采用应急喷射混凝土一方面可以对围岩及时封闭，防止塌方的进一步发展；另一方面对于撑靴受力部位的塌腔或小型溶洞可及时回填加固，以满足撑靴的受力要求(见图7)。

图7 围岩喷混凝土加固

Fig. 7 Shotcrete reinforcement of surrounding rock

3.4.3 联合加强支护

1) 围岩出护盾后，拱顶大范围掉块，存在塌方风险时，根据设计参数，采用钢拱架、锚网、钢筋排进行联合支护，在掉块及钢筋排受力挤压变形处使用I16工字钢纵向连接拱架进行加固(见图8)；TBM通过后，及时对支护背后塌腔进行回填注浆。

图8 I16工字钢纵向连接拱架

Fig. 8 Longitudinal connecting arch of I16 beam

2) 围岩出护盾后，撑靴位置较大范围掉块，此类情况撑靴无法撑紧岩面或出现撑靴打滑，宜采用以下3种处理方法掘进通过。

①处理方法1： 减小撑靴压力，控制TBM推进力，慢速掘进通过；

②处理方法2： 撑靴(外弧长4.74 m、宽1.55 m)处加垫方木(15 cm×15 cm)，方木的长度视现场实际情况决定(见图9)，然后慢速掘进通过；

③处理方法3： 将该部位掉块及渣土清除，然后挂设钢筋网片并与钢拱架焊接牢固，进行湿喷混凝土处理， 待混凝土强度达到5 MPa后慢速掘进通过。

3)围岩出护盾后，在撑靴部位存在炭质板岩、黏土或塌腔时，围岩强度无法满足撑靴压力或撑靴打滑，需湿喷混凝土进行处理。湿喷前应在撑靴部位挂设网片，使其与钢拱架相连，在塌腔处将钢筋网片(φ8 mm@150 mm×150 mm)卷叠后塞入(见图10)，湿喷厚度与钢拱架内弧面齐平(见图11)。

图9 撑靴位置加垫方木

Fig. 9 Padded wood in gripper position

图10 脱空处填塞钢筋网及型钢

Fig. 10 Reinforced fabric and shaped steel stuffed

图11 撑靴受力范围内湿喷混凝土

Fig. 11 Wet concrete spraying at gripper stress range

4)隧道底部为炭质板岩或黏土时，极易造成整机下沉、掘进偏差超限。此种情况下应加强排水，底部应铺设干硬性混凝土，并将底部拱架用工字钢纵向连接(见图12)。

图12 软岩隧底处理

Fig. 12 Treatment of bottom of soft rock tunnel

隧底轨排采用针对性设计，增大脚板以扩大受力面积(见图13)。

图13 轨枕增设支腿及加大钢板

Fig. 13 Support blocks and steel plate set under TBM tracks

3.5 坍塌处理

清理塌落体后，及时安装钢拱架，拱架间采用I16工字钢连接，并加密拱脚处锁脚锚杆；在拱部120°塌落处塞填卷叠钢筋网(φ8 mm@150 mm×150 mm)；为防止塌腔内的围岩进一步垮塌，采用I16工字钢支撑围岩，I16工字钢落脚于钢拱架上(见图14)；同时利用应急湿喷机对坍塌处进行喷射混凝土封闭处理，减少围岩暴露时间，以及时形成支护体系[15]。

图14 塌腔I16工字钢支撑围岩

Fig. 14 Collapse supported by I16 beam

为保证对塌腔内的混凝土回填密实，根据塌腔深度从浅到深埋设φ80 mm、φ42 mm注浆管以及排气管并编号记录，注浆管及排气管孔口采用废布封堵。应急喷混凝土封闭后，采用湿喷混凝土泵送回填，回填顺序由浅入深，待排气孔漏浆时判定回填密实。隧道坍塌回填处理见图15。

3.6 溶洞处理

根据超前地质预报成果，探明溶洞的性质、规模，与掌子面的空间位置，以采取有针对性的措施。由于东北吉林地区溶洞的规模一般不大，多为半填充型溶洞，处理的原则是隧洞开挖轮廓线3 m以外的溶洞对隧洞稳定性无影响，不予处理；开挖轮廓线3 m以内的溶洞，根据溶洞具体位置按以下措施进行处理：

1)位于拱顶的溶洞，处理方法类似于大规模岩石塌落处理方法，主要是加强支护及回填；

2)位于撑靴受力位置的溶洞，类似于较大规模岩石掉块处理方法中撑靴位置掉块的处理，主要以回填加固为主；但为及早发现开挖轮廓线3 m以内的溶洞，待围岩出露护盾后要及时采用锚杆钻机进行钻探，发现溶洞后及时进行喷灌混凝土回填密实，防止到达撑靴位置时撑靴脱空无法撑紧或出现撑靴打滑；

(a)

(b)

图15 顶部塌腔、空腔加固处理

Fig. 15 Reinforcing treatment of collapse cavity

3)位于隧洞底部的溶洞，主要采取泵送细石混凝土的方式进行回填，等强后恢复掘进。

3.7 涌水处理

灰岩地层地下水活动多以溶蚀裂隙水为主，导水通道发育，因此涌水处理原则为“以排为主，适时封堵”，防止盲目堵水致导水通道堵塞从而造成突水。

提前制定应急预案，储备应急物资，按设计最大涌水量的2倍配备抽水机、水管、应急发电机等，并保证涌水发生时能及时启动；在涌水发生后及时监测水位、流量，确认实际涌水量，并及时对预案进行修正；对集中出水点采用管道进行引排，排至后配套尾部再经水泵外排。待岩性发生变化后启动封堵措施，将出水点集中封堵。

3.8 涌泥处理

灰岩洞段涌泥夹砂及碎块石黏性较差，导致大量泥渣自刀舱涌出，增加了底护盾后方清渣的工作量，进而制约了拱架安装的效率和连续性。针对此问题，一是对刀盘人孔及刮渣孔焊接钢板局部封堵，减小刀盘开口率，以减少出渣量，且每次掘进前空转刀盘，将刀盘泥浆清理干净；二是在刀舱通道内堆码沙袋形成封堵坝(见图16)，防止泥渣的大量涌出，而是经皮带输出；三是增加清渣人员和泥渣收集斗，泥渣涌出时及时进行清理，并采用折臂吊机运至连续皮带机上外运。

图16 皮带舱堆码沙袋墙

Fig. 16 Sandbags stacked in belt chamber

3.9 敞开式TBM的监控量测

不同于常规钻爆法施工，敞开式TBM由于设备的设计及其与开挖断面的相对位置关系，无法采用铟钢尺及收敛仪进行变形监测，而以往TBM项目对于监控量测的实施系统总结较少。该工程采用无尺量测，即监测桩末端用反光片固定，采用全站仪通过坐标法计算相邻点的距离变化，反映监测位置的位移情况，以反馈指导施工。监测点布置见图17和图18。

图17 无尺量测监测点位布置

Fig. 17 Layout of non-ruler monitoring points

通过无尺量测在不良地质段的应用，及时地掌握了围岩的变形情况，根据量测结果及时加固，避免了变形的进一步加剧，规避了安全风险，体现了信息化施工的理念。

图18 监测桩布置

Fig. 18 Layout of monitoring piles

4 结论与建议

引松供水工程四标段通过超前地质预报、合理掘进参数的选择、围岩及时支护与封闭、针对性加强支护措施的应用、无尺量测监测技术的应用等一系列措施，通过了32处断层(其中最大影响宽度200 m)、36处溶洞(其中洞顶最大规模溶洞弧长6 m、纵向长度9 m、深度6 m)、2段涌水段(其中最大涌水量1 000 m3/h)、1段涌泥段，目前已顺利完成灰岩等软弱地层掘进6 km，平均月掘进进度512 m。

1)目前TBM施工超前地质预报手段多为定性物探，在定量的钻探方面，由于设备问题不能有效实施。建议在刀盘和盾体位置预留一些孔洞，盾尾安装超前地质钻机实现水平钻孔勘探，以便在物探的基础上采用钻探验证，提高超前地质预报的精准度。需要进一步研究选用或者研发适用的钻孔设备、钻头与钻杆等工具与材料。

2)TBM湿喷系统离护盾太远不利于前方不良地质出露护盾后的及时喷护封闭，建议在护盾后合适位置布置应急喷护系统及注浆回填系统，满足拱顶塌腔或大溶洞条件下的应急处置；同时，应急材料能直接从设备桥运送到护盾尾端。

3)钢筋排安装槽布置建议增大到270°范围，以便有效防止边墙围岩垮落造成撑靴支撑困难和清渣工作量增加，进而影响设备的连续掘进。

4)根据监控量测结果及时调整或补强初期支护，防止过大变形造成后配套、主机室不能正常通过而停机处理。

参考文献(References)：

[1] 龚秋明.掘进机隧道掘进概论[M].北京： 科学出版社，2014： 3-63.(GONG Qiuming. Introduction to machine tunneling [M]. Beijing ： Science Press, 2014： 3-63.(in Chinese))

[2] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京: 人民交通出版社,2010: 480-550.(WANG Mengshu. Tunnelling and underground engineering technology in China [M]. Beijing： China Communications Press, 2010: 480-550.(in Chinese))

[3] 张军伟，梅志荣，高菊茹，等.大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究[J].现代隧道技术， 2010， 47(5)： 1-10.(ZHANG Junwei, MEI Zhirong, GAO Juru，et al. Study of TBM type-selection and key technologies in Dahuofang Water Diversion Tunnel [J]. Modern Tunnelling Technology, 2010, 47(5): 1-10.(in Chinese))

[4] 王梦恕.开敞式TBM在铁路长隧道特硬岩、软岩地层的施工技术 [J].土木工程学报， 2005， 38(5)： 54-58. (WANG Mengshu. Construction technique of open TBM for long railway tunnels in very hard or soft rock strata [J]. China Civil Engineering Journal, 2005， 38(5)： 54-58.(in Chinese))

[5] 隆威，尹俊涛，刘永正，等.TBM掘进技术的发展应用及相关工程地质问题探讨[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2005，32(2): 55-59.(LONG Wei,YIN Juntao,LIU Yongzheng， et al. The development & application of TBM and discussion of correlated engineering geological problems [J]. Exploration Engineering(Rock & Soil Drilling and Tunneling), 2005， 32(2): 55-59.(in Chinese))

[6] 许占良.开敞式TBM在管涔山隧道施工的适应性研究 [J].铁道工程学报， 2007， 24(8)： 53-57. (XU Zhanliang. Research on the adaptability of open-type TBM in the construction of Guancen Mountain Tunnel [J]. Journal of Railway Engineering Society, 2007， 24(8)： 53-57.(in Chinese))

[7] 刘明月，杜彦良，麻士琦.地质因素对TBM掘进效率的影响 [J].石家庄铁道学院学报， 2002， 15(4)： 40-43.(LIU Mingyue,DU Yanliang,MA Shiqi. Analysis of relationship between geologic condition and the efficiency of TBM boring [J]. Journal of Shijiazhuang Railway Institute, 2002, 15(4): 40-43.(in Chinese))

[8] 杨宏欣. TBM施工进度影响因素及控制措施[J].东北水利水电， 2011， 29(2)： 15-17. (YANG Hongxin. Construction schedule influence factors and control measures for TBM [J]. Water Resources & Hydropower of Northeast China, 2011， 29(2): 15-17.(in Chinese))

[9] 车晓明.TBM施工中主要地质灾害及相关勘察工作的认识[J].铁道勘察， 2009， 35(3): 38-40.(CHE Xiaoming. Discussion on main geological disasters as well as relevant survey in construction with TBM [J]. Railway Investigation and Surveying, 2009， 35(3): 38-40.(in Chinese))

[10] 高燕芳. TBM掘进技术在软岩隧洞中的应用[J].水利与建筑工程学报，2011，9(6)： 126-128.(GAO Yanfang. Application of TBM boring technology in soft rock tunnels [J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering， 2011,9(6): 126-128.(in Chinese))

[11] 苏华友，张继春，史丽华.TBM通过不良地质地段的施工技术[J].岩石力学与工程学报， 2005， 24(9)： 1635-1638. (SU Huayou,ZHANG Jichun,SHI Lihua. Construction technology of TBM excavating through section of unfavorable geological condition [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005， 24(9)： 1635-1638.(in Chinese))

[12] 李术才, 刘斌，孙怀凤，等.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报， 2014， 33(6): 1090-1108.(LI Shucai, LIU Bin, SUN Huaifeng，et al. State of art and trends of advanced geological prediction in tunnel construction [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2014， 33(6): 1090-1108.(in Chinese))

[13] 刘玉山，陈建平.TRT技术在乌池坝隧道超前预报中的应用[J].铁道建筑，2008(9): 59-61.(LIU Yushan,CHEN Jianping. Application of TRT (tunnel reflection tomography) technology to geological prediction ahead of workface in Wuchiba Tunnel [J]. Railway Engineering, 2008(9): 59-61.(in Chinese))

[14] 赵文华.TB880E掘进机在各类围岩中掘进参数的选择[J].铁道建筑技术，2003(5)： 16-18. (ZHAO Wenhua. Selection of parameters for TB880E TBM (tunnel boring machine) under various types of rock [J]. Railway Construction Technology, 2003(5)： 16-18.(in Chinese))

[15] 杨智国.围岩坍塌地段TBM处理措施研究[J].铁道工程学报，2005(2)： 51-54.(YANG Zhiguo. Research on treatment measures for TBM working in collapsed section of surrounding rock [J]. Journal of Railway Engineering Society, 2005(2)： 51-54.(in Chinese))

Construction Technologies for Open TBM Used in Karst Areas and Soft-weak and Broken Grounds: Case Study of Songhua River Water Diversion Project

SUN Zhenchuan1, 2, CHEN Jianli1, 2

(1. China Railway Tunnel Group Co., Ltd., Luoyang 471009, Henan, China;2. State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, Zhengzhou 450001, Henan, China)

Abstract： The tunnel of No. 4 Bid Section of Songhua River Water Diversion Project bored by TBM is about 17 km; and there are total 7 332 m crosses soft-weak and broken areas; i.e. limestone (karst), carbonaceous slate and fracture. The TBM often deviates, pitches and jammed when boring in the above-mentioned areas. In this paper, the TBM construction cases, related expert consultations and construction schemes are analyzed and studied; and then a series of countermeasures for TBM continuous construction, i.e. advanced geological prediction and support scheme of steel arch frame + rebar row + shotcreting, are proposed. The practice shows that the above-mentioned technologies are feasible and rational and can guarantee the TBM continuous construction in karst areas and soft-weak and broken grounds.

Keywords： tunnel; karst; soft-weak and broken ground; open TBM; advanced geological prediction; rebar row support structure

收稿日期：2016-08-04；

修回日期：2016-11-11

第一作者简介：孙振川(1972—)，男，陕西韩城人，2009年毕业于石家庄铁道学院，土木与建筑专业，硕士,教授级高级工程师，现从事隧道与地下工程技术与管理工作。E-mail: [e-mail]。

DOI：10.3973/j.issn.1672-741X.2017.02.014

中图分类号： U 455

文献标志码： B

文章编号： 1672-741X(2017)02-0215-08