CN102797469A - 一种应用具有土压平衡功能的tbm施工斜井的方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，包括如下步骤：1、在TBM掘进施工前判断TBM施工前方隔水层所处的位置；2、利用超前探测/注浆钻机打钻孔进行地下水预排放施工；3、斜井TBM法连续下坡掘进施工；4、将TBM施工所需风量输送到TBM施工设备最末一环衬砌管片处；5、斜井反坡地下水抽排；6、进行长距离大坡度物料运输及出渣；7、当斜井穿越富水、松散软岩变形段时，采用单护盾TBM敞开式及土压平衡盾构两种掘进模式的转换施工。本发明具有施工周期短和速度快的优点，同时地层适应性涵盖硬岩及软岩，拓展了设备的地质适应范围，能有效降低施工风险，操作简单，成本低廉。
Description
技术领域：
本发明属于一种建筑施工方法，特别涉及一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，该方法适用于大坡度高埋深斜井施工的TBM施工。
背景技术：
目前，斜井施工一般采用冻结+钻爆法工艺。采用斜井普通法施工进度慢（70-100米/月）、造价高、生产运营费用高、安全管理难度大、对地质条件（涌水、岩爆、围岩泥化等）的适应性差、对围岩扰动大、巷道成型差。
全断面隧道掘进机（简称TBM）集钻、掘、护于一体，能够有效实现长大隧道施工的工厂化作业，是世界上最先进的大型综合性隧道施工设备，代表着国际隧道施工技术的最高水平，在国际上已广泛应用于交通、水电、矿山、市政、国防等工程领域中。
大坡度长距离斜井采用TBM施工方法，相对于传统的施工方法，将在安全、进度、质量、效益等多方面显现优势，此外，对地层适应性也极大的增强，涵盖了硬岩及软岩，拓展了设备的地质适应范围，能有效降低施工风险。但是，TBM施工深埋超长、连续下坡、富水压高、地层多变煤矿斜井，是煤矿施工领域一个崭新的课题，其综合性强、技术复杂、施工难点多，尚有系列问题亟待解决。
发明内容：
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，旨在克服深埋超长、连续下坡、富水压高、地层多变条件下斜井TBM法施工技术问题。
如上构思，本发明的技术方案是：一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）在TBM掘进施工前利用TBM上配备的超前地质预报系统进行超前地质预报，判断TBM施工前方隔水层所处的位置；
（2）利用超前探测/注浆钻机打钻孔进行地下水预排放施工；
（3）斜井TBM法连续下坡掘进施工；
（4）将TBM施工所需风量输送到TBM施工设备最末一环衬砌管片处；
（5）斜井反坡地下水抽排：将TBM处抽排的水引至洞外；
（6）采用长距离大坡度物料运输及出渣；
（7）当斜井穿越富水、松散软岩变形段时，采用单护盾TBM敞开式及土压平衡盾构两种掘进模式的转换施工。
上述步骤（2）利用超前探测/注浆钻机打钻孔进行地下水预排放施工是：将超前探测/注浆钻机更装成超前预注浆系统，并利用衬砌管片上的注浆孔对掘进施工前方周围范围内的土体进行预加固处理。
上述衬砌管片上设置排水泄压孔，当衬砌管片背后水压力达到0.3MPa时，自动进行排水泄压施工作业；两个排水泄压孔对称布置在隧道底拱中心线两测52o角的位置。
上述步骤（4）是通过风机和与斜井平行布置的风管，将TBM施工所需风量输送到TBM施工设备最末一环衬砌管片处。
上述步骤（5）是斜井反坡地下水抽排，采用分级分段排水方案，首先在TBM中盾位置安装排水水泵，用排水管将TBM处抽排的水引到离TBM设备最近的一级临时水箱，然后依次用水泵与水管将水输送到斜井洞外。
上述步骤（6）长距离大坡度物料运输及出渣采用双车道运输或单车道运输。
本发明是一种适用于大坡度高埋深斜井施工的TBM施工方法，它包括大坡度掘进施工、长距离施工通风、反坡地下水抽排及地下水综合治理施工、长距离大坡度物料运输及出渣综合施工、斜井超前地质预报施工和单护盾TBM及土压平衡两种掘进模式的转换施工。本发明解决了长距离大坡度斜井TBM法施工技术问题，具有施工周期短和速度快的优点，同时地层适应性涵盖硬岩及软岩，拓展了设备的地质适应范围，能有效降低施工风险，操作简单，成本低廉。
附图说明：
图1是TBM法施工斜井施工纵剖面图；
图2是TBM法施工斜井施工无临时水箱段断面布置图；
图3是TBM法施工斜井施工有临时水箱段的断面布置图；
图4是衬砌管片的结构示意图。
图中：1、刀盘；2、渣土仓；3、刀盘驱动装置；4、中心皮带运输机；5、人行气闸；6、前盾；7、中盾；8、超前钻导孔；9、推进油缸；10、尾盾；11、管片拼装机；12、超前钻机；13、盾尾刷；14、衬砌管片环；15、渣土；16、转接胶带机；17、预留螺旋输送机位置；18、排水水泵；19、排水临时水箱；20、物料运输车；21、风管；22、风机；23、排水管；24、连续皮带输送机；25、排水泄压孔；26、仰拱路面；27、注浆孔。
具体实施方式：
一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，适用于如图1所示坡度为6°、埋深达660m、长度6134m的斜井的施工，其具体实施过程包括：
1、在TBM掘进施工前，超前地质钻机12进行TBM设备前方地层的超前地质预报施工。
2、在TBM掘进施工过程中，利用斜井TBM刀盘1的偏心设计，将TBM刀盘1的中心设计高于TBM壳体中心10mm，结合TBM姿态控制常规方法，利用TBM上配备的自动导向系统，实时观察TBM姿态及时调整施工方案，控制TBM掘进姿态。
3、做好TBM法斜井辅助施工技术，包括：
① 长距离施工通风：长距离斜井TBM法通风采用基于冲淡通风理论的长管道独头压入式通风方案，通过风机22和经与斜井平行布置的风管21，将TBM施工所需风量输送到TBM施工设备最末一环衬砌管片14处。
②反坡地下水抽排：采用分级、分段排水方案，首先在TBM中盾7的位置安装排水水泵18，用排水管23将TBM处抽排的水引到离TBM设备最近的一级临时水箱19，然后依次用水泵与水管将水输送到斜井洞外。
③地下水综合治理施工：
在TBM掘进施工前，采用超前地质钻机12进行TBM设备前方地层的超前地质预报施工；当探测到前方水量较大、水压较高时，利用超前地质钻机12所打的超前地质探孔进行地下水预排放施工；当探测到前方水量特别大、水压特别高时，在进行地下水预排放施工之前，更换TBM设备上配备超前地质钻探设备12，在同一位置安装超前预注浆系统12，对掘进施工前方一定范围内的土体进行预加固处理。
如图4所示：在考虑TBM施工对地下进行处理的同时，在衬砌管片14结构上设置排水泄压孔25，两个排水泄压孔对称布置在隧道底拱仰拱路面26中心线两测52°角的位置，当管片背后水压力达到0.3MPa时，自动进行排水泄压施工作业。
④长距离大坡度物料运输及出渣综合施工：
在长距离大坡度物料运输过程中，从快速施工的角度，提出采用双车道运行的模式，该模式的最大好处是可以实现洞内错车，在运输能力无法满足施工进度要求的时候通过增加运输车辆来弥补运输车辆在斜井内运行消耗掉的时间。TBM施工渣土15通过中心皮带输送机4从渣土仓2转运到连续皮带输送机24将切削下来的渣土运送至洞外渣土转运场。具体TBM施工断面布置图（如图2、3所示），在无临时水箱洞段，可实现物料运输车辆20的双向随时会车，在设有临时水箱的洞段只能单向运输，对施工工期有一定的影响。
4、当斜井TBM掘进到富水、松散软岩变形地段时，将通过单护盾TBM敞开式及土压平衡盾构两种掘进模式进行转换施工以应对该地段的TBM施工风险。
Claims (6)
1.一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）在TBM掘进施工前利用TBM上配备的超前地质预报系统进行超前地质预报，判断TBM施工前方隔水层所处的位置；
（2）利用超前探测/注浆钻机打钻孔进行地下水预排放施工；
（3）斜井TBM法连续下坡掘进施工；
（4）将TBM施工所需风量输送到TBM施工设备最末一环衬砌管片处；
（5）斜井反坡地下水抽排：将TBM处抽排的水引至洞外；
（6）采用双车道运行方式进行长距离大坡度物料运输及出渣；
（7）当斜井穿越富水、松散软岩变形段时，采用单护盾TBM敞开式及土压平衡盾构两种掘进模式的转换施工。
2.根据权利要求1所述的一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，其特征在于：上述步骤（2）利用超前探测/注浆钻机打钻孔进行地下水预排放施工是：将超前探测/注浆钻机更装成超前预注浆系统，并利用衬砌管片上的注浆孔对掘进施工前方周围范围内的土体进行预加固处理。
3.根据权利要求1所述的一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，其特征在于：上述衬砌管片上设置排水泄压孔，当衬砌管片背后水压力达到0.3MPa时，自动进行排水泄压施工作业；两个排水泄压孔对称布置在隧道底拱中心线两测52o角的位置。
4.根据权利要求1所述的一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，其特征在于：上述步骤（4）是通过风机和与斜井平行布置的风管，将TBM施工所需风量输送到TBM施工设备最末一环衬砌管片处。
5.根据权利要求1所述的一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，其特征在于：上述步骤（5）是斜井反坡地下水抽排，采用分级分段排水方案，首先在TBM中盾位置安装排水水泵，用排水管将TBM处抽排的水引到离TBM设备最近的一级临时水箱，然后依次用水泵与水管将水输送到斜井洞外。
6.根据权利要求1所述的一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，其特征在于：上述步骤（6）长距离大坡度物料运输及出渣采用双车道运输或单车道运输。
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