CN111852491A - 一种tbm通过长距离软弱泥化岩断层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,包括:IV类、V类围岩均支护型钢拱架,型钢拱架采用槽钢连接;顶拱均悬挂钢筋网,开挖断面处喷涂混凝土;在仰拱围岩软弱变形处,清理型钢拱架底部的泥渣,设置型钢拱架、槽钢与钢筋网并连为一片,浇筑混凝土。该方法中,通过在软弱泥化岩断层处支护型钢拱架、设置槽钢、悬挂钢筋网以及喷涂混凝土等方式,保证开挖断面从顶拱到撑靴墙到仰拱各个范围内围岩的收敛变形,达到断面整体的稳定性,有效避免后期型钢拱架严重变形,避免发生支护系统整体稳定性丧失的现象,实现TBM掘进的顺利通过。本申请提供的方法大大减少后续处理不可预见的工作量,具有很高的施工安全性、可行性和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进技术领域,尤其涉及一种TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法。
背景技术
TBM(英文全称:Tunnel Boring Machine;中文名称:全断面硬岩隧道掘进机)是一种机、电、液、光及气等系统集成化的隧道施工装备,能够提供掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业,具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点。软弱泥化岩断层段是TBM顺坡掘进施工中的重大地质风险段,尤其是长距离的软弱泥化岩断层段,这关系到TBM本身设备和人员的安全,同时也关系到隧洞施工质量和进度,因此需要采取有效措施确保施工安全。
TBM顺坡掘进施工过程中,由于洞壁围岩抗压、抗剪强度小于支撑靴的接地比压,这易出现支撑靴部位滑坍或下陷,即支撑靴部位出现洞壁塌方。此时,需要及时停机,并采取回填混凝土的方式回填洞壁塌方处。当掘进到软弱泥化岩断层段时,由于没有地下水,岩面干燥,因而,TBM短时间通过时不会出现刀盘明显沉降现象,此时可以采取常规拱架支护措施,以确保施工安全。TBM通过软弱泥化岩断层段48h后,由于岩石的水稳性差,顺坡掘进过程中的水流向刀盘方向聚集。汇集的水流导致岩石泥化,支撑靴部位出现的洞壁塌方处的围岩收敛,致使之前支护的拱架底部仰拱位置压入岩土中,进而致使拱架发生严重变形,支护系统整体稳定性丧失,此时采用普通加密拱架间的100mm槽钢措施已经启不到作用,并且会愈发严重。
TBM顺坡掘进施工采用无轨运输方式完成所需物料的运输。当拱架支护完成后,大量物料的运输会对软弱泥化岩断层段多次碾压,这也会造成拱架底部严重变形,使得支护系统丧失稳定性,影响软弱泥化岩断层段的TBM顺坡掘进施工。
发明内容
本发明提供一种TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,以解决TBM顺坡掘进施工过程中通过软弱泥化岩断层段困难的问题。
本发明提供一种TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,包括:
TBM大坡度顺坡掘进过程中,采用低转速、低扭矩、推进小推力的刀盘掘进参数进行短行程长度掘进;
根据软弱泥化岩断层的岩石地质情况,IV类围岩和V类围岩均支护型钢拱架,且塌方处的所述型钢拱架采用槽钢连接;所述IV类围岩和所述V类围岩的顶拱均悬挂钢筋网,开挖断面290°范围内均喷涂混凝土;
在仰拱围岩软弱变形处,清理所述型钢拱架底部90°范围内泥渣,设置型钢拱架、槽钢与钢筋网并连为一片,浇筑混凝土。
优选地,所述拱顶的塌方处均采用双层钢筋网。
优选地,根据TBM撑靴宽度以及侧壁围岩强度情况,当所述型钢拱架的间距小于1.2m时,所述型钢拱架外焊接钢板,泵送回填混凝土。
优选地,所述钢板的弧长为4500-5000mm。
优选地,所述IV类围岩支护的所述型钢拱架的间距为1-1.5m,在塌方处的所述型钢拱架的间距为1m;顶拱悬挂φ8@200×200mm的钢筋网。
优选地,所述V类围岩支护的所述型钢拱架的间距为0.5-1m,在塌方处的所述型钢拱架的间距为1m;顶拱悬挂φ8@200×200mm的钢筋网。
优选地,所述IV类围岩的开挖断面290°范围内均喷涂厚度为180mm的混凝土,所述V类围岩的开挖断面290°范围内均喷涂厚度为200mm的混凝土。
优选地,所述TBM大坡度顺坡掘进的纵坡比为11.5%。
优选地,所述短行程长度的掘进范围为1.2-6.4m/天。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
本发明提供一种TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,包括:TBM大坡度顺坡掘进过程中,采用低转速、低扭矩、推进小推力的刀盘掘进参数进行短行程长度掘进;根据软弱泥化岩断层的岩石地质情况,IV类围岩和V类围岩均支护型钢拱架,且塌方处的所述型钢拱架采用槽钢连接;所述IV类围岩和所述V类围岩的顶拱均悬挂钢筋网,开挖断面290°范围内均喷涂混凝土;在仰拱围岩软弱变形处,清理所述型钢拱架底部90°范围内泥渣,设置型钢拱架、槽钢与钢筋网并连为一片,浇筑混凝土。本申请提供的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法中,通过在软弱泥化岩断层处支护型钢拱架、设置槽钢、悬挂钢筋网以及喷涂混凝土等方式,能够保证开挖断面从顶拱到撑靴墙到仰拱各个范围内围岩的收敛变形,达到断面整体的稳定性,这能够有效避免后期型钢拱架严重变形,避免发生支护系统整体稳定性丧失的现象,实现TBM掘进的顺利通过。本申请提供的方法能够大大减少后续处理不可预见的工作量,具有很高施工安全性和可行性,同时还具有显著的经济效益。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的软弱泥化岩断层综合支护的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,该方法具体包括:
1)TBM大坡度顺坡掘进过程中,采用低转速、低扭矩、推进小推力的刀盘掘进参数进行短行程长度掘进。
结合地质预报,本申请实施例中的TBM在大坡度顺坡掘进过程中,在软弱泥化岩断层处采用低转速、低扭矩、推进小推力的刀盘掘进参数进行短行程长度掘进,以减小掘进行程长度。本申请实施例中的顺坡掘进的纵坡比为11.5%,短行程长度的掘进范围为1.2-6.4m/天。刀盘的低转速、低扭矩、推进小推力掘进参数可以根据现场施工情况进行确定,此处并不限定具体参数。
2)根据软弱泥化岩断层的岩石地质情况,IV类围岩和V类围岩均支护型钢拱架,且塌方处的所述型钢拱架采用槽钢连接;所述IV类围岩和所述V类围岩的顶拱均悬挂钢筋网,开挖断面290°范围内均喷涂混凝土。
根据岩石地质情况,IV类围岩呈现为散块状结构、碎裂状结构,具有层间结合不良的薄层中厚层和软硬岩互层结构。V类围岩为散体状结构,因此,IV类围岩和V类围岩为软弱泥化岩断层。
对于为软弱泥化岩断层的IV类围岩和V类围岩,在常规支护的基础上,根据TBM下坡的特点,IV类围岩和V类围岩均支护型钢拱架,且塌方处的型钢拱架采用槽钢连接。型钢拱架与槽钢的连接能够加强支护强度,提高型钢拱架的结构强度。相邻两个型钢拱架之间的间距也减小,间距的减小能够增强型钢拱架之间的连接强度,提高型钢拱架的稳定性。另外,IV类围岩和V类围岩的顶拱均悬挂钢筋网,开挖断面290°范围内均喷涂混凝土。混凝土的喷涂能够有效防止由于仰拱处围岩软弱收敛变形而导致的拱架失稳侧滑、外加机车碾压变形等问题。
对于IV类围岩,其支护HW150型钢拱架,且型钢拱架的间距为1-1.5m。在塌方处支护的型钢拱架采用100mm槽钢连接,且此处的型钢拱架的间距为1m。型钢拱架的顶拱120°范围内悬挂型号为φ8@200×200mm的钢筋网。开挖断面290°范围内均喷涂厚度为180mm的C25混凝土。为进一步增强型钢拱架的支护强度,塌方处的型钢拱架的顶拱采用双层钢筋网。
对于V类围岩,其支护HW150型钢拱架,且型钢拱架的间距为0.5-1m。在塌方处支护的型钢拱架采用100mm槽钢连接,且此处的型钢拱架的间距为1m。型钢拱架的顶拱240°范围内悬挂型号为φ8@200×200mm的钢筋网。开挖断面290°范围内均喷涂厚度为200mm的C25混凝土。为进一步增强型钢拱架的支护强度,塌方处的型钢拱架的顶拱采用双层钢筋网。
3)在仰拱围岩软弱变形处,清理所述型钢拱架90°范围内泥渣,设置型钢拱架、槽钢与钢筋网并连为一片,浇筑混凝土。
在仰拱围岩软弱变形处,特别是发生泥岩遇水软化现象之处,在上述1)、2)支护完成后,清理型钢拱架底部90°范围内的泥渣。清理完成后,设置型钢拱架,且各型钢拱架之间采用100mm槽钢加密连接。在连接完成后的型钢拱架、槽钢上铺设钢筋网并连为一片。在连为一片的型钢拱架、槽钢和钢筋网上浇筑厚度为25mm的C25混凝土。这样的措施能够使得型钢拱架底部连成整体,进而显著仰拱围岩软弱变形处支护的提高强度和稳定性,同时杜绝隧洞底部流水继续软化岩石。
进一步,根据TBM撑靴宽度以及侧壁围岩强度情况,通常型钢拱架的间距要求大于1.2m,其中,撑靴宽度为2300mm。当撑靴处的型钢拱架的间距小于1.2m时,在此处的型钢拱架外焊接钢板,以封闭塌腔。通过泵向封闭的塌腔内回填C20混凝土,等待混凝土强度满足掘进撑靴压力要求后再进行掘进施工。本申请实施例中,撑靴处设置混凝土能够有效提高撑靴的高撑紧力,进而撑靴能够给TBM提供掘进期间的高强度撑紧力,不会导致危岩变形,避免压垮围岩。较为优选地,钢板的弧长为4500-5000mm。
下面以新疆喀双T3项目为例进行说明,但这并不限定本申请的保护范围。对于新疆喀双T3项目,该项目为TBM顺坡掘进,工程总长5525m,纵坡比11.5%,为国内首例。该项目中,IV类围岩和V类围岩的总长度共计854.7米,约占总掘进长度的17.2%。IV类围岩和V类围岩共有37处分布,且分布不规律。例如,1+867~2+033段全长166米,为IV、V类围岩。对于1+867~2+033段的IV、V类围岩,其自稳性极差,主要是石炭系下统凝灰质砂岩,呈紫红色、灰绿色等杂色,夹杂有断层泥带和断层角砾岩带,岩石软弱,强度低,岩石水稳性差,遇水泥化现象严重;裂隙分布密集,产状各异,交叉、切割现象较多,裂隙面平直粗糙,部分无充填,部分有岩屑、泥屑充填,厚度约0.5~1cm,部分裂隙随时间延续,肉眼可见张开现象;Ⅴ类与Ⅳ类围岩二者之间,无明显的界面或界线,无地下水,岩面干燥。
对于上述岩石地质情况的新疆喀双T3项目,本申请实施例提供的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法具体为:
1)在软弱泥化岩断层处采用低转速、低扭矩、推进小推力的刀盘掘进参数进行短行程长度掘进,1+867~2+033段各段处的掘进行程如表1所示。
表1:1+867~2+033段各段处的掘进行程
桩号 | 围岩类别 | 长度/m | 施工时间/d | 平均日进数/m |
1+867~1+889 | Ⅳ | 22 | 3.4 | 6.4 |
1+889~1+959 | Ⅴ | 70 | 57.5 | 1.2 |
1+959~1+974 | Ⅳ | 15 | 4.7 | 3.2 |
1+974~2+006 | Ⅴ | 32 | 17.7 | 1.8 |
2+006~2+033 | Ⅳ | 27 | 7.6 | 3.6 |
2)对于IV类围岩,其支护HW150型钢拱架,且型钢拱架的间距为1-1.5m。在塌方处支护的型钢拱架采用100mm槽钢连接,且此处的型钢拱架的间距为1m。型钢拱架的顶拱120°范围内悬挂型号为φ8@200×200mm的钢筋网。开挖断面290°范围内均喷涂厚度为180mm的C25混凝土。为进一步增强型钢拱架的支护强度,塌方处的型钢拱架的顶拱采用双层钢筋网。对于V类围岩,其支护HW150型钢拱架,且型钢拱架的间距为0.5-1m。在塌方处支护的型钢拱架采用100mm槽钢连接,且此处的型钢拱架的间距为1m。型钢拱架的顶拱240°范围内悬挂型号为φ8@200×200mm的钢筋网。开挖断面290°范围内均喷涂厚度为200mm的C25混凝土。为进一步增强型钢拱架的支护强度,塌方处的型钢拱架的顶拱采用双层钢筋网。
3)根据TBM撑靴宽度以及侧壁围岩强度情况,当撑靴处的型钢拱架的间距小于1.2m时,在此处的型钢拱架外焊接型号为1500*2000*2mm、弧长为4500-5000mm的钢板,以封闭塌腔。通过泵向封闭的塌腔内回填C20混凝土,等待混凝土强度满足掘进撑靴压力要求后再进行掘进施工。
在仰拱围岩软弱变形处,特别是发生泥岩遇水软化现象之处,清理型钢拱架底部90°范围内的泥渣。清理完成后,设置型钢拱架,且各型钢拱架之间采用100mm槽钢加密连接。在连接完成后的型钢拱架、槽钢上铺设钢筋网并连为一片。在连为一片的型钢拱架、槽钢和钢筋网上浇筑厚度为25mm的C25混凝土。
本申请实施例提供的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法中,通过在软弱泥化岩断层处支护型钢拱架、设置槽钢、悬挂钢筋网以及喷涂混凝土等方式,能够保证开挖断面从顶拱到撑靴墙到仰拱各个范围内围岩的收敛变形,达到断面整体的稳定性,这能够有效避免后期型钢拱架严重变形,避免发生支护系统整体稳定性丧失的现象,实现TBM掘进的顺利通过。本申请实施例提供的方法能够大大减少后续处理不可预见的工作量,具有很高施工安全性和可行性,同时还具有显著的经济效益。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (9)
1.一种TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,包括:
TBM大坡度顺坡掘进过程中,采用低转速、低扭矩、推进小推力的刀盘掘进参数进行短行程长度掘进;
根据软弱泥化岩断层的岩石地质情况,IV类围岩和V类围岩均支护型钢拱架,且塌方处的所述型钢拱架采用槽钢连接;所述IV类围岩和所述V类围岩的顶拱均悬挂钢筋网,开挖断面290°范围内均喷涂混凝土;
在仰拱围岩软弱变形处,清理所述型钢拱架底部90°范围内泥渣,设置型钢拱架、槽钢与钢筋网并连为一片,浇筑混凝土。
2.根据权利要求1所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,所述拱顶的塌方处均采用双层钢筋网。
3.根据权利要求1所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,根据TBM撑靴宽度以及侧壁围岩强度情况,当所述型钢拱架的间距小于1.2m时,所述型钢拱架外焊接钢板,泵送回填混凝土。
4.根据权利要求3所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,所述钢板的弧长为4500-5000mm。
5.根据权利要求1所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,所述IV类围岩支护的所述型钢拱架的间距为1-1.5m,在塌方处的所述型钢拱架的间距为1m;顶拱悬挂φ8@200×200mm的钢筋网。
6.根据权利要求1所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,所述V类围岩支护的所述型钢拱架的间距为0.5-1m,在塌方处的所述型钢拱架的间距为1m;顶拱悬挂φ8@200×200mm的钢筋网。
7.根据权利要求1所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,所述IV类围岩的开挖断面290°范围内均喷涂厚度为180mm的混凝土,所述V类围岩的开挖断面290°范围内均喷涂厚度为200mm的混凝土。
8.根据权利要求1所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,所述TBM大坡度顺坡掘进的纵坡比为11.5%。
9.根据权利要求1所述的TBM通过长距离软弱泥化岩断层的方法,其特征在于,所述短行程长度的掘进范围为1.2-6.4m/天。
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