CN109723450A - 一种复合式tbm隧道掘进施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合式TBM隧道掘进施工方法，涉及隧道施工技术领域。该方法包括S1选择掘进模式：根据隧道地质情况及周边环境条件，采用敞开式、半敞开式、土压平衡模式；S2复合式TBM试掘进和S3复合式TBM正常掘进。本发明的复合式TBM隧道掘进施工方法能够有效提高掘进速度，同时保证施工质量，减少刀具以及TBM机各装置的消耗，具有较强的经济效益和社会效益。

Description

一种复合式TBM隧道掘进施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其是一种复合式TBM隧道掘进施工方法。

背景技术

随着城市现代化建设的飞速发展，城市空间拥挤、交通阻塞问题日益严重，城市地铁的修建则是解决这一问题的良好途径。近年来，全国中等以上城市大多都在兴建地下铁道。地铁工程基本位于城市中心区域，其施工方法受到当地地面水文地质、环境保护要求、既有建筑物与道路交通，乃至施工机具和建设资金等诸多因素影响，需要通过合理比选施工方法、因地制宜建设。近年来，TBM法施工已成为城市地铁施工的主要施工方法，但其掘进效率受各方面的因素的制约依然是施工存在的主要问题。盾构区间主要以砂质泥岩、砂岩为主，地层相对稳定，掘进过程中为提高掘进效率，一般掘进过程中采用敞开模式掘进，开挖面不需要支撑。由于渣土一般呈片状，土仓内无足够水土压力，掘进过程中螺旋输送机出渣比较困难，出渣效率相对较低，也是影响掘进效率提升的一个因素。另外，由于砂质泥岩为软岩，粘土矿物质含量较高，在地下水润湿、额外加水及刀盘切削搅拌共同作用下，岩石易软化。渣土改良或施工不当容易存在结泥饼现象，影响掘进效率。同时，由于砂岩、砂质泥岩地层石英含量较高，局部钙质胶结核，强度很高，对设备磨损较大，也很大程度上影响着掘进效率。针对现状，提出一种能够有效提高掘进效率的TBM隧道掘进施工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合式TBM隧道掘进施工方法，解决现有TBM隧道掘进施工方法的掘进效率不高的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合式TBM隧道掘进施工方法，该方法包括如下步骤：

S1、选择掘进模式：根据隧道地质情况及周边环境条件，采用敞开式、半敞开式、土压平衡模式；

S2、复合式TBM试掘进：复合式TBM开始掘进的100m为试掘进段，在试掘阶段对复合式TBM进行调试，掌握地质条件，优化掘进参数；

S3、复合式TBM正常掘进：具体包括：

S301、首先设置好管理基准，再开始挖掘并同步注浆；

S302、判断1号列车是否装满，若是，1号列车缷渣，同时2号列车进洞；

S303、开始挖掘并同步注浆；

S304、判断是否达到掘进尺寸1.5m，若是，则2号列车出洞缷渣，同时材料车进洞，进行管片衬砌拼装；

S305、判断开挖是否达到6米，若是，则延伸轨排，由1号列车进洞，重复步骤S303进入下一个循环作业；若否，则直接将1号列车进洞，重复步骤S303进入下一个循环作业。

进一步地，S1中，不同环境及地质条件选用不同的掘进模式；其中，能够自稳、地下水少的地层采用敞开式模式，具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层采用半敞开式，不稳定的软土和富水地层采用土压平衡模式。

进一步地，在S2之前还包括S200：复合式TBM始发掘进，所述复合式TBM始发掘进采用分体始发，具体包括复合式TBM一次始发和复合式TBM二次始发。

进一步地，S3中，需要严格控制推进里程，将施工测量结果不断地与计算机三维坐标相校核，及时调整；将里程偏差控制在：缓和曲线、圆曲线段：X隧道设计纵轴方向即沿里程方向X＜±30mm、垂直隧道沿设计轴线方向Y＜±30mm。

进一步地，S3的复合式TBM掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4％。

本发明的复合式TBM隧道掘进施工方法能够有效提高掘进速度，同时保证施工质量，减少刀具以及TBM机各装置的消耗，具有较强的经济效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的复合式TBM正常掘进作业流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1所示，本发明的一种复合式TBM隧道掘进施工方法，该方法包括如下步骤：

S1、选择掘进模式：根据隧道地质情况及周边环境条件，采用敞开式、半敞开式、土压平衡模式；

S1中，不同环境及地质条件选用不同的掘进模式；其中，能够自稳、地下水少的地层采用敞开式模式，具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层采用半敞开式，不稳定的软土和富水地层采用土压平衡模式。

a、敞开式模式掘进的技术措施：

(1)以滚刀破岩为主，采用高转速、低扭矩和主机皮带机出碴的方式。

(2)采用敞开模式掘进时，掘进中易产生复合式TBM滚动，施工中如复合式TBM滚动，则使刀盘反转来纠正。

b、半敞开式模式掘进技术措施：

(1)半敞开式掘进模式介于土压平衡和敞开式之间，采用滚刀、齿刀混合破岩切削，或采用全滚刀。

(2)要求既能稳定开挖面和防止地下水渗入，又能避免出碴时螺旋输送机发生喷涌，压缩空气压力应控制在1～1.5bar以内。

(3)该模式下掘进时，应注入泡沫对碴土进行改良。遇地层变换、涌水较大时，及时转换模式掘进。

c、土压平衡模式掘进的技术措施：

(1)采用以齿刀、刮刀和边滚刀为主切削土层，以低转速、大扭矩推进。

(2)土仓内土压力值P应略大于静水压力和地层土压力之和P0，即P＝KP0，K介于1.0～3.0；

(3)土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。

(4)在过岩层段掘进时，需要添加泡沫剂、聚合物、膨润土等改善碴土的止水性，以使土仓内的压力稳定平衡。

(5)复合式TBM的掘进速度主要通过调整推进力、转速(扭矩)来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及复合式TBM的各项工作状态参数等动态地调整优化，此模式掘进时应采取碴土改良措施增加碴土的流动性和止水性。

S200、复合式TBM始发掘进，复合式TBM始发掘进采用分体始发，具体包括复合式TBM一次始发和复合式TBM二次始发。

S2、复合式TBM试掘进：复合式TBM开始掘进的100m为试掘进段，在试掘阶段对复合式TBM进行调试，掌握地质条件，优化掘进参数；

具体地，通过试掘进段拟达到以下目的：

(1)用合理的最短时间对复合式TBM进行调试。

(2)了解和认识本工程的地质条件，掌握该地质条件下复合式TBM的施工方法。

(3)收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数，制定正常掘进时各地层操作规程，实现快速、连续、高效的正常掘进。

(4)熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。

(5)通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映复合式TBM出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握复合式TBM推进参数及同步注浆量。

(6)通过对试掘进地层推进施工，摸索出在复合式TBM断面处于各地层中，复合式TBM推进轴线的控制规律。

S3、复合式TBM正常掘进：具体包括：

S301、首先设置好管理基准，再开始挖掘并同步注浆；

S302、判断1号列车是否装满，若是，1号列车缷渣，同时2号列车进洞；

S303、开始挖掘并同步注浆；

S304、判断是否达到掘进尺寸1.5m，若是，则2号列车出洞缷渣，同时材料车进洞，进行管片衬砌拼装；

S305、判断开挖是否达到6米，若是，则延伸轨排，由1号列车进洞，重复步骤S303进入下一个循环作业；若否，则直接将1号列车进洞，重复步骤S303进入下一个循环作业。

S3中，推进过程中，需要严格控制推进里程，将施工测量结果不断地与计算机三维坐标相校核，及时调整；将里程偏差控制在：缓和曲线、圆曲线段：X隧道设计纵轴方向即沿里程方向X＜±30mm、垂直隧道沿设计轴线方向Y＜±30mm。

S3的复合式TBM掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4％。

S3中，全过程须严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、复合式TBM姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。

S3中，复合式TBM操作人员须严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免复合式TBM走“蛇”形，复合式TBM一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。

S3中，同时需要做好施工记录，主要包括：

(1)隧道掘进：施工进度、油缸行程、掘进速、复合式TBM推力、土压力、刀盘、螺旋机转速、复合式TBM内壁与管片外侧环形空隙(上、下、左、右)。

(2)同步注浆：注浆压力、数量、稠度、注浆材料配比、注浆试块强度(每天取样试验).

(3)测量：复合式TBM倾斜度、隧道椭圆度、推进总距离。

(4)隧道每环衬砌环轴心的确切位置(X、Y、Z)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种复合式TBM隧道掘进施工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1、选择掘进模式：根据隧道地质情况及周边环境条件，采用敞开式、半敞开式、土压平衡模式；

S2、复合式TBM试掘进：复合式TBM开始掘进的100m为试掘进段，在试掘阶段对复合式TBM进行调试，掌握地质条件，优化掘进参数；

S3、复合式TBM正常掘进：具体包括：

S301、首先设置好管理基准，再开始挖掘并同步注浆；

S302、判断1号列车是否装满，若是，1号列车缷渣，同时2号列车进洞；

S303、开始挖掘并同步注浆；

S304、判断是否达到掘进尺寸1.5m，若是，则2号列车出洞缷渣，同时材料车进洞，进行管片衬砌拼装；

S305、判断开挖是否达到6米，若是，则延伸轨排，由1号列车进洞，重复步骤S303进入下一个循环作业；若否，则直接将1号列车进洞，重复步骤S303进入下一个循环作业。

2.根据权利要求1所述的一种复合式TBM隧道掘进施工方法，其特征在于：S1中，不同环境及地质条件选用不同的掘进模式；其中，能够自稳、地下水少的地层采用敞开式模式，具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层采用半敞开式，不稳定的软土和富水地层采用土压平衡模式。

3.根据权利要求1所述的一种复合式TBM隧道掘进施工方法，其特征在于：在S2之前还包括S200：复合式TBM始发掘进，所述复合式TBM始发掘进采用分体始发，具体包括复合式TBM一次始发和复合式TBM二次始发。

4.根据权利要求1所述的一种复合式TBM隧道掘进施工方法，其特征在于：S3中，需要严格控制推进里程，将施工测量结果不断地与计算机三维坐标相校核，及时调整；将里程偏差控制在：缓和曲线、圆曲线段：X隧道设计纵轴方向即沿里程方向X＜±30mm、垂直隧道沿设计轴线方向Y＜±30mm。

5.根据权利要求1所述的一种复合式TBM隧道掘进施工方法，其特征在于：S3中，复合式TBM掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4％。