CN111335901A - 一种不良地质洞段管棚辅助小直径敞开式tbm掘进的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，所述方法包括如下步骤：1）不良地质洞段施工准备；2）对围岩进行加固，施作临时支撑；3）管棚工作间扩挖；4）锚杆钻机安装，对护盾上部排水孔施工；5）对护盾及刀盘上部化灌固结；6）拆除锚杆钻机，安装管棚钻机；7）裸孔钻孔、注浆；8）管棚钻孔、注浆；9）扩挖段回填；10）TBM掘进。本发明能有效提高TBM刀盘前方围岩强度，增强围岩自稳能力，有效控制敞开式TBM掘进后护盾上方塌腔高度和范围，较少拱顶掉渣，大大减轻了不良地质条件下的清渣工作量，实现TBM连续、快速通过不良地质。
Description
技术领域
本发明涉及一种敞开式TBM掘进的施工方法，特别是一种不良地质洞段管棚辅助小直径敞开式TBM掘进的施工方法。
背景技术
目前，隧道掘进机（TBM）经六十多年的发展和改良，掘进机制造商协同施工单位研发了多种机型以适应不同地质条件，为实现持续、均衡、快速的施工理念而不断优化改进。传统TBM法施工主要应用于具有一定自稳能力的岩层；而传统管棚支护法施工主要应用于非稳固性岩土层或岩层中有破碎带、蚀变带、断层带、涌水涌泥等。由于在非稳固性岩土层的开挖较为复杂，在隧道施工中经常遇到，施工方案的选择尤为重要，选择不当严重影响施工进度、成本等，甚至安全威胁。
然而，敞开式TBM在遇到蚀变带、断层带、涌水、涌泥、岩爆、富水破碎带等不良地质段时，单靠敞开式TBM设备掘进，极易出现卡机、大范围塌方、泥渣在刀盘、主梁段大量堆积等问题，严重影响施工效率。为解决上述问题，实现不良地质段敞开式TBM快速通行、快速支护，传统施工通过对掌子面及刀盘体周边围岩进行注浆加固或者以开小导洞的方式进行提前预处理，这种方式所需工期长、工序复杂、钻孔角度大，导致三角体较大，超前加固效果较差，且钻机移位基本靠人工加手拉葫芦链辅助移位，施工效率较低等问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能有效提高围岩自稳能力，实现TBM连续、快速通过的不良地质洞段管棚辅助小直径敞开式TBM掘进的施工方法。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，所述方法包括如下步骤：1）不良地质洞段施工准备；2）对围岩进行加固，施作临时支撑；3）管棚工作间扩挖；4）锚杆钻机安装，对护盾上部排水孔施工；5）对护盾及刀盘上部化灌固结；6）拆除锚杆钻机，安装管棚钻机；7）裸孔钻孔、注浆；8）管棚钻孔、注浆；9）扩挖段回填；10）TBM掘进。
其中，在所述步骤2）中，采用TBM配备的钻机按照设计要求布设自进式锚杆，并注浆，固结护盾尾部围岩。
进一步描述，在所述步骤3）中，以钻机的最小角度确认扩挖断面，边扩挖边支护，最后喷混凝土封闭，支护完成后扩挖段为喇叭状。
为了便于锚杆钻机安装，以及方便化学灌浆，在所述步骤4）和步骤5）中，先在拱架拼装器和主梁上安装由悬臂梁、弧形梁、弧形梁支撑、托板和其它组件构成的支撑调节机构，将锚杆钻机安装在支撑调节机构上，然后按设计要求布设化学灌浆中空注浆锚杆与排水孔，通过高压注浆设备完成化学灌浆工作。
进一步描述，在所述步骤7）中，管棚钻机布设注浆裸孔，采用分段钻孔，分段注浆方式进行；同时，管棚钻机布设管棚根管，采用高压注浆对每根根管进行注浆，完成管棚施工后，拆除管棚钻机、弧形梁、弧形梁支撑、悬臂梁、托板和其它组件；注浆过程中做好刀盘防护，及时冲洗稀释高浓度浆液并抽排出刀盘。
在本发明中，所述支撑调节机构包括拱架拼装器，在所述拱架拼装器上设置一端与拱架拼装器连接的悬臂梁；在所述主梁上设置有弧形梁支撑，在所述弧形梁支撑上设置有弧形梁，在所述弧形梁的顶端设置有托板；所述锚杆钻机或管棚钻机的前端与悬臂梁连接，所述后端位于托板上。
进一步描述，所述高压注浆设备包括依次连接的高速制浆机、储浆罐、高压注浆泵、稳压器和混合器，在所述高压注浆泵与混合器之间设置有回流阀，所述回流阀通过回流管与储浆罐连接；所述混合器与中空注浆锚杆连接。
为了根据情况对注浆料进行添加剂的增加，所述高压注浆设备还包括添加剂罐，所述添加剂罐通过管道与混合器连接。
由于采用了上述技术方案，本发明能有效提高TBM刀盘前方围岩强度，增强围岩自稳能力，有效控制敞开式TBM掘进后护盾上方塌腔高度和范围，较少拱顶掉渣，大大减轻了不良地质条件下的清渣工作量，实现TBM连续、快速通过不良地质。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明锚杆钻机或管棚钻机安装示意图；
图2为本发明高压注浆示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1：如图1、2所示，一种不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，所述方法包括如下步骤：1）不良地质洞段施工准备；2）对围岩进行加固，施作临时支撑；3）管棚工作间扩挖；4）锚杆钻机安装，对护盾上部排水孔施工；5）对护盾及刀盘上部化灌固结；6）拆除锚杆钻机，安装管棚钻机；7）裸孔钻孔、注浆；8）管棚钻孔、注浆；9）扩挖段回填；10）TBM掘进。
其中，在所述步骤2）中，采用TBM配备的钻机按照设计要求布设自进式锚杆，并注浆，固结护盾尾部围岩。
进一步描述，在所述步骤3）中，以钻机的最小角度确认扩挖断面，边扩挖边支护，最后喷混凝土封闭，支护完成后扩挖段为喇叭状。
为了便于安装钻机，以及方便化学灌浆，在所述步骤4）和步骤5）中，先在拱架拼装器1和主梁2上安装由悬臂梁3、弧形梁4、弧形梁支撑5、托板6和其它组件构成的支撑调节机构，将锚杆钻机7安装在支撑调节机构上，然后按设计要求布设化学灌浆中空注浆锚杆8与排水孔，通过高压注浆设备完成化学灌浆工作。
进一步描述，在所述步骤7）中，管棚钻机9布设注浆裸孔，采用分段钻孔，分段注浆方式进行；同时，管棚钻机9布设管棚根管，采用高压注浆对每根根管进行注浆，完成管棚10施工后，拆除管棚钻机9、弧形梁4、弧形梁支撑5、悬臂梁3、托板6和其它组件；注浆过程中做好刀盘11防护，及时冲洗稀释高浓度浆液并抽排出刀盘11。
在本发明中，所述支撑调节机构包括拱架拼装器1，在所述拱架拼装器1上设置一端与拱架拼装器1连接的悬臂梁3；在所述主梁2上设置有弧形梁支撑5，在所述弧形梁支撑5上设置有弧形梁4，在所述弧形梁4的顶端设置有托板6；所述锚杆钻机7或管棚钻机9的前端与悬臂梁3连接，所述后端位于托板6上。
其中，所述高压注浆设备包括依次连接的高速制浆机12、储浆罐13、高压注浆泵14、稳压器15和混合器16，在所述高压注浆泵14与混合器16之间设置有回流阀17，所述回流阀17通过回流管18与储浆罐13连接；所述混合器16与中空注浆锚杆8连接。
为了根据施工情况对注浆料进行添加剂的增加，所述高压注浆设备还包括添加剂罐19，所述添加剂罐19通过管道与混合器16连接。
在本发明中，所述拱架拼装器1，为TBM拱架拼装结构，由两个液压马达驱动大齿圈实现正反转，利用大齿圈正反转为钻机绕隧洞轴线做圆周运动提供动力和支撑，满足超前长管棚钻孔范围要求；所述锚杆钻机7，为矿用钻孔设备，具有钻孔效率高、接杆快、操作方便等特点，其动力由锚杆钻机泵站提供。本发明中主要完成TBM护盾上方化学灌浆锚杆施工，经化学灌浆固结锚杆周边围岩后形成止浆墙，起到保护TBM主机及堵水作用。 所述管棚钻机9，主要完成超前大孔径裸孔、排水孔以及超前长管棚的钻孔施工，配备液压泵站、空气压缩机等设备为管棚钻机提供动力；所述悬臂梁3，整体为门式结构，采用螺纹连接固定在大齿圈上，钻机前端通过螺纹连接在悬梁臂上；所述托板6，为钻机提供支撑，并通过调节钻机前后端固定托板与活动托板之间的螺栓实现钻孔角度调整，以最佳角度钻孔；所述弧形梁4，为钻机提供支撑，并承受钻机钻孔或退钻杆时的轴向力，进而传递到TBM主梁、撑靴、最后传递到已开挖段洞壁；所述高速制浆机12，按照施工要求，定比例进行注浆材料搅拌混合，为管棚注浆提供充足的浆液。具有制浆速率高，搅拌均匀等特点；所述储浆罐13，保证管棚注浆过程连续，且储浆罐具有搅拌功能，避免浆液沉积，注浆堵管等问题；所述高压注浆泵14，为管棚高压注浆提供动力，具有注浆压力大，压力稳定、流量大等特点；所述稳压器15，在管棚注浆过程中，具有限压、稳压、节流等作用，观察注浆出口压力，通过调节手柄进行压力调节和流量调节，避免连续高压，引发安全事故。
本发明中通过TBM自身拱架拼装器1为锚杆钻机7或管棚钻机9提供支撑并为其绕隧洞轴线做圆周运动提供动力，拱架拼装器1由两个液压马达驱动大齿圈实现正反转。锚杆钻机7或管棚钻机9安装在悬臂梁3上并固定在拱架拼装器1上，通过托板6进行钻孔角度调整，钻孔角度调整符合钻孔要求后利用U型卡将锚杆钻机7或管棚钻机9固定到弧形梁4上。弧形梁4用支撑型钢和螺栓固定在TBM的主梁2上，为锚杆钻机7或管棚钻机9提供支撑，承受钻机钻孔时的轴向反力，进而传递到TBM主梁、撑靴、最后传递到不良地质已开挖支护段洞壁，最后将锚杆钻机7或管棚钻机9后配套及液压管路及组件安装到位，即可进行钻孔施工。管棚根管注浆完成后，利用浆液固结所需时间拆除所有设备及支撑，并将锚杆钻机7或管棚钻机9的工作间回填支护，TBM成功掘进。
Claims (8)
1.一种不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：1）不良地质洞段施工准备；2）对围岩进行加固，施作临时支撑；3）管棚工作间扩挖；4）锚杆钻机安装，对护盾上部排水孔施工；5）对护盾及刀盘上部化灌固结；6）拆除锚杆钻机，安装管棚钻机；7）裸孔钻孔、注浆；8）管棚钻孔、注浆；9）扩挖段回填；10）TBM掘进。
2.如权利要求1所述的不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是：在所述步骤2）中，采用TBM配备的钻机按照设计要求布设自进式锚杆，并注浆，固结护盾尾部围岩。
3.如权利要求2所述的不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是：在所述步骤3）中，以钻机的最小角度确认扩挖断面，边扩挖边支护，最后喷混凝土封闭，支护完成后扩挖段为喇叭状。
4.如权利要求3所述的不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是：在所述步骤4）和步骤5）中，先在拱架拼装器和主梁上安装由悬臂梁、弧形梁、弧形梁支撑、托板和其它组件构成的支撑调节机构，将锚杆钻机安装在支撑调节机构上，然后按设计要求布设化学灌浆中空注浆锚杆与排水孔，通过高压注浆设备完成化学灌浆工作。
5.如权利要求4所述的不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是：在所述步骤7）中，管棚钻机布设注浆裸孔，采用分段钻孔，分段注浆方式进行；同时，管棚钻机布设管棚根管，采用高压注浆对每根根管进行注浆，完成管棚施工后，拆除管棚钻机、弧形梁、弧形梁支撑、悬臂梁、托板和其它组件；注浆过程中做好刀盘防护，及时冲洗稀释高浓度浆液并抽排出刀盘。
6.如权利要求5所述的不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是：所述支撑调节机构包括拱架拼装器，在所述拱架拼装器上设置一端与拱架拼装器连接的悬臂梁；在所述主梁上设置有弧形梁支撑，在所述弧形梁支撑上设置有弧形梁，在所述弧形梁的顶端设置有托板；所述锚杆钻机或管棚钻机的前端与悬臂梁连接，所述后端位于托板上。
7.如权利要求6所述的不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是：所述高压注浆设备包括依次连接的高速制浆机、储浆罐、高压注浆泵、稳压器和混合器，在所述高压注浆泵与混合器之间设置有回流阀，所述回流阀通过回流管与储浆罐连接；所述混合器与中空注浆锚杆连接。
8.如权利要求7所述的不良地质洞段管棚辅助小敞开式TBM掘进的施工方法，其特征是：所述高压注浆设备还包括添加剂罐，所述添加剂罐通过管道与混合器连接。
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