CN108915712A - 敞开式tbm穿越强岩爆洞段掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，该方法包括如下步骤：s1、控制TBM掘进进尺，并利用TBM护盾抵抗岩爆产生的能量，操控护盾油缸收缩以使岩爆能量逐渐释放；s2、随着TBM的向前掘进，在护盾后方进行支护以对岩爆过后的碎渣形成支撑。本发明所述的敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，由于TBM自身护盾具有较强的结构强度而足以抵抗岩爆时产生的能量，因此在通过利用TBM自身护盾来抵抗岩爆时，并不会产生破坏性的影响，并可通过支护对碎渣进行支撑，防止碎渣塌落，且此时支护结构仅用于支撑将从护盾上滑落的石渣，而不是直接抵抗岩爆冲击，因此支护免于被破坏，便于TBM顺利进行下一个循环掘进。

Description

敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法

技术领域

本发明涉及TBM隧道开挖施工技术领域，特别涉及一种敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法。

背景技术

在使用TBM（即岩石隧道掘进机，下同）掘进的深埋隧道中，经常会遭遇高地应力岩爆，即当地下工程活动破坏了岩体原有的平衡状态，岩体中积聚的能量释放导致岩石破坏，并将破碎岩石抛出的现象，尤其是强岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题，其中中等以下岩爆得到了较好控制，但强岩爆还没有安全、高效直接穿越的技术方法。为了减少强岩爆造成的损失，现有技术在施工时有以下两种方法。

第一种：不主动控制TBM的掘进进尺速度，在TBM护盾后面实施锚杆、网片、拱架、喷混等支护来防控强岩爆，但是由于强岩爆的巨大能量常使支护不足以抵抗如此巨大的冲击能量而被摧毁，虽然降低了一定的危害程度，但强岩爆发生过后还需大量的清理和重新支护，严重影响了TBM的施工速度和施工安全。

第二种：TBM停止掘进，绕道刀盘前方采用钻爆法进行部分断面导洞开挖，以降低强岩爆能量，然后TBM再掘进剩余断面通过。这种方法还只是一种试验，虽然降低一定比例能量，但剩余断面仍然储存巨大能量，危害存在，且这种部分断面钻爆法的开挖，与完全用钻爆法开挖整个断面，在施工进度延误上和施工方法上没有本质区别，钻爆实施不方便，TBM需长时间停机等待，还不如钻爆法完全开挖后，TBM再步进通过，与传统钻爆法开挖无异，没有根本解决TBM直接掘进穿越强岩爆洞段问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，以提高TBM掘进的效率和安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，该方法包括如下步骤：

s1、控制TBM掘进进尺，并利用TBM护盾抵挡岩爆能量和爆裂抛射石渣；

s2、随着TBM的向前掘进，在所述护盾后方进行支护以形成对岩爆产生的石渣脱离所述护盾后的支撑。

进一步的，所述步骤s1包括如下步骤：

s11、控制TBM一次掘进进尺S后中止掘进；

s12、TBM中止掘进后，控制护盾油缸收缩，以使得岩爆能量形成缓慢释放，并使护盾油缸不因岩爆释放而压力过高；

s13、重复步骤s11-s12以进行下一周期掘进，直至穿越岩爆洞段后结束。

进一步的，在步骤s11中，所述一次掘进进尺S不超过L1+L2，式中L1为所述TBM护盾的长度，L2为所述TBM刀盘前端至护盾前端的长度。

进一步的，在步骤s12中，在控制护盾油缸收缩过程中保持护盾油缸压力P为60~80bar。

进一步的，在步骤s2中所述支护方法包括：

s21、向所述护盾尾部的储存仓中插入钢筋段，随着TBM掘进进尺，钢筋段逐渐从储存仓内露出而形成露出段，将露出段通过钢拱架和锚杆支撑形成联合支护，防止岩爆后石渣塌落；

s22、继续掘进，待钢筋段完全露出护盾前，插入下一节钢筋段，并继续采用钢拱架和锚杆支撑和固定；

s23、重复步骤s21-s22，即可形成对开挖洞壁实现连续不间断支护。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，由于TBM自身护盾具有较强的结构强度而足以抵抗岩爆时产生的能量，因此再通过利用TBM自身护盾来抵抗岩爆时，并不会产生破坏性的影响，保证设备和人员的安全性，由于TBM随后向前掘进时岩爆产生的碎渣会与护盾脱离，进而可通过设置支护对碎渣进行支撑，防止碎渣塌落，且此时支护结构仅用于支撑已从护盾上滑落的石渣，而不直接抵抗岩爆冲击，因此免于被损坏，便于TBM顺利进入下一个掘进周期，提高了施工效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的敞开式TBM俯视图；

图2为本发明实施例所述的敞开式TBM断面图；

图3为本发明实施例所述的护盾尾部储存仓结构示意图；

图4本发明实施例所述支护施工状态示意图；

附图标记说明：

1-刀盘，2-护盾，3-护盾油缸，4-储存仓，5-钢筋段，501-露出段，6-钢拱架。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明涉及的敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，基于现有结构中的TBM实施，其结构可如图1和图2所示，其中当护盾油缸3伸长时，护盾2因护盾油缸3伸出而与洞壁间的距离减少，当护盾油缸3收缩时，护盾2因护盾油缸3回缩而与洞壁间的距离增大，在TBM操作室内护盾油缸3有压力和位置显示，通过操作按钮即可对护盾油缸3进行控制。同时，如图3所示，本实施例中在护盾2含有储存仓4，该储存仓4为环护盾2周向间隔布置，从而可便于下文所述对钢筋段5的支护。

本实施例涉及一种敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，该方法包括如下步骤：s1、控制TBM掘进进尺，并利用TBM护盾抵挡岩爆能量和爆裂抛射石渣；s2、随着TBM的向前掘进，在所述护盾后方进行支护以形成对岩爆产生的石渣脱离所述护盾后的支撑。

上述的步骤中，其中步骤s1包括如下步骤：

s11、控制TBM一次掘进进尺S后中止掘进，一次掘进进尺S不超过L1+L2，最优为等于L1+L2，结合图1所示，式中：L1为所述护盾2的长度，L2为所述刀盘1前端至护盾2前端的长度；

s12、TBM中止掘进后，控制护盾油缸3收缩，以使得岩爆能量形成缓慢释放，并使护盾油缸3不因岩爆释放而压力过高，且在控制护盾油缸3收缩过程中保持护盾油缸3压力P为60~80bar，最优为70bar。

s13、重复步骤s11-s12以进行下一周期掘进，直至穿越岩爆洞段后结束，掘进时TBM护盾油缸2可微量伸缩维持上述压力即可。

在步骤s11中，通过主动控制TBM掘进进尺（即一次掘进进尺S后中止掘进），以便控制岩爆发生的相对位置和时间，停止掘进后逐渐回收护盾2，利用护盾2阻挡防护岩爆抛射的石渣，起到能量逐渐释放和防护目的。相比于传统掘进方法不主动精确控制掘进进尺或者持续不断的掘进，虽然短时间内连续掘进进尺可能比较多，但由于支护需要用于抵抗岩爆能量而容易损坏，且在损坏后需要清渣拆除、重新支护，停机处理时间长，总体上降低了每天的掘进进尺的同时还增加了工作量。而本发明充分利用了TBM的结构特点和岩爆发生的时空特征，主动控制掘进进尺，提高施工进度的同时也避免了后续处理工作，更安全，更经济。此外，在控制护盾2回收时可采用间断的控制方式，即按一定时间间隔操作手柄而逐渐收缩护盾油缸3，采用间断式的操作而非连续性操作一方面可使得岩爆能量缓慢释放，另一方面也可便于施工人员操作。

本实施例中步骤s2中所述支护方法可结合图3和图4所示，该方法具体包括：

s21、向所述护盾2尾部的各储存仓4内间隔插入多个钢筋段5而形成钢筋排，随着TBM掘进进尺，钢筋段5逐渐从储存仓内露出而形成露出段501，将露出段501通过钢拱架6和图中未示出的锚杆支撑形成联合支护，防止岩爆后石渣塌落，在该步骤中，可通过焊接方式将钢筋段5与钢供架6形成固定连接；

s22、继续掘进，待钢筋段5完全露出护盾2前，插入下一节钢筋段，并继续采用钢拱架和锚杆支撑和固定；

s23、重复步骤s21-s22，即可形成对开挖洞壁实现连续不间断支护。

当然，本实施例中支护方法除了可采用上述的方法外，也可采用现有技术中的施工方法，只要能实现随TBM的掘进而形成支护即可。

本敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，通过利用TBM自身护盾来抵抗岩爆，并待岩爆发生后在护盾2尾部紧跟钢筋段5支护，由于此时钢筋段5形成的钢筋排只用来防止石渣塌落，因此不会对钢筋段5造成损坏，这样，既有护盾2防护带来的安全性，又避免后面的支护无法抵挡岩爆能量而被摧毁，避免了传统方法需要清渣拆除、重新支护的麻烦。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

s1、控制TBM掘进进尺，并利用TBM护盾抵挡岩爆能量和爆裂抛射石渣；

s2、随着TBM的向前掘进，在所述护盾后方进行支护以形成对岩爆产生的石渣脱离所述护盾后的支撑。

2.根据权利要求1所述的敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，其特征在于：所述步骤s1包括如下步骤：

s11、控制TBM一次掘进进尺S后中止掘进；

s12、TBM中止掘进后，控制护盾油缸收缩，以使得岩爆能量形成缓慢释放，并使护盾油缸不因岩爆释放而压力过高；

s13、重复步骤s11-s12以进行下一周期掘进，直至穿越岩爆洞段后结束。

3.根据权利要求2所述的敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，其特征在于：在步骤s11中，所述一次掘进进尺S不超过L1+L2，式中L1为所述TBM护盾的长度，L2为所述TBM刀盘前端至护盾前端的长度。

4.根据权利要求2所述的敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，其特征在于：在步骤s12中，在控制护盾油缸收缩过程中保持护盾油缸压力P为60~80bar。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的敞开式TBM穿越强岩爆洞段掘进方法，其特征在于：在步骤s2中所述支护方法包括：

s21、向所述护盾尾部的储存仓中插入钢筋段，随着TBM掘进进尺，钢筋段逐渐从储存仓内露出而形成露出段，将露出段通过钢拱架和锚杆支撑形成联合支护，防止岩爆后石渣塌落；

s22、继续掘进，待钢筋段完全露出护盾前，插入下一节钢筋段，并继续采用钢拱架和锚杆支撑和固定；

s23、重复步骤s21-s22，即可形成对开挖洞壁连续不间断支护。